DZ0250-2010煤层气钻井作业规范.pdf

DZ 中华人民共和国地质矿产行业标准 DZ/T 0250- 2010 煤层气钻井作业规范 Specifications for coalbed methane drilling engineering 2011- 01- 13 发布 2011- 03- 01 实施 中华人民共和国国土资源部 发布 I 目 次 前 言...........................................................................................................................................................III 引 言...........................................................................................................................................................IV 1 范围.............................................................................................................................................................1 2 规范性引用文件.........................................................................................................................................1 3 钻井工程设计.............................................................................................................................................2 3.1 钻井工程设计步骤..........................................................................................................................2 3.2 钻井工程设计书格式......................................................................................................................2 3.3 井身结构设计..................................................................................................................................2 3.4 井口及井控装置设计......................................................................................................................3 3.5 钻井循环介质设计..........................................................................................................................3 3.6 钻柱组合设计..................................................................................................................................5 3.7 固井工程设计..................................................................................................................................6 3.8 取芯设计..........................................................................................................................................7 4 钻前准备及验收.........................................................................................................................................7 4.1 钻前准备..........................................................................................................................................7 4.2 开钻前验收......................................................................................................................................8 5 钻井工程质量要求.....................................................................................................................................8 5.1 井身质量..........................................................................................................................................8 5.2 固井质量..........................................................................................................................................9 5.3 取心质量........................................................................................................................................10 5.4 完井质量........................................................................................................................................10 6 钻井施工作业........................................................................................................................................... 11 6.1 钻进作业工序及技术要求............................................................................................................ 11 6.2 煤层钻进要求................................................................................................................................ 11 6.3 钻井循环介质性能监测及固相控制............................................................................................ 11 6.4 复杂情况和事故处理.................................................................................................................... 11 6.5 钻井井史........................................................................................................................................ 11 7 煤层气井井控要求....................................................................................................................................12 7.1 井控操作要求.................................................................................................................................12 7.2 井控设备要求.................................................................................................................................12 8 取心施工作业（绳索式取心作业）.......................................................................................................13 8.1 场地、人员要求............................................................................................................................13 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m II 8.2 下钻操作要求................................................................................................................................13 8.3 取心钻进要求................................................................................................................................13 8.4 割心操作要求................................................................................................................................13 8.5 提心操作要求................................................................................................................................14 8.6 起钻、换钻头操作要求................................................................................................................14 9 固井施工作业要求...................................................................................................................................14 9.1 套管准备及作业............................................................................................................................14 9.2 固井施工要求................................................................................................................................14 9.3 套管柱试压要求............................................................................................................................14 10 健康、安全与环境管理（HSE）要求.................................................................................................15 10.1 健康、安全与环境管理培训及管理体系..................................................................................15 10.2 健康管理要求..............................................................................................................................15 10.3 安全管理要求..............................................................................................................................16 10.4 环境管理要求..............................................................................................................................16 11 钻井完井交接验收.................................................................................................................................16 11.1 交接验收程序..............................................................................................................................16 11.2 交接验收内容..............................................................................................................................17 11.3 填写钻井完井交接验收书..........................................................................................................17 12 钻井工程资料汇交要求.........................................................................................................................17 12.1 资料文字图件要求......................................................................................................................17 12.2 设计资料......................................................................................................................................17 12.3 原始资料......................................................................................................................................17 12.4 成果资料......................................................................................................................................18 附录 A资料性附录 煤层气钻井工程设计步骤示意图.........................................................................19 附录 B资料性附录 井深结构设计流程图.............................................................................................20 附录 C资料性附录 煤层气钻井优选套管与钻头匹配关系图.............................................................21 w w w . b z f x w . c o m III 前 言 本标准由国土资源部提出并归口。 本标准有全国国土资源标准化技术委员会归口。 本标准起草单位中联煤层气有限责任公司、中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司 本标准主要起草人王德桂、鲜保安、林建浩、徐凤银、张遂安、杨能宇、郭炳政、吴华强、 王楚峰、唐兴智、张政和、鲍清英。 本标准由归口单位负责解释。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m IV 引 言 近年来，我国煤层气的勘探开发步伐加快，煤层气井钻井数量大幅增加，但由于煤层气与石油 天然气储层特性和产出机理不同，采用的钻井工程技术与工艺也就存在一定差异。为了适应我国煤 层气勘探开发的需求，规范煤层气钻井工程设计、工程质量要求、施工作业、井控要求、安全、健 康、环境管理要求、完井施工、交井验收及资料汇交等，保障工程质量，促进行业发展，特制定本 标准。 w w w . b z f x w . c o m 1 煤层气钻井作业规范 1 范围 本标准包括钻井工程设计、钻前准备及验收、钻井工程质量要求、钻井施工作业、煤层气井井 控要求、取心施工作业、固井施工作业要求、健康、安全与环境管理（HSE）要求、钻井工程资料 汇交要求及钻井完井交接验收等十项内容，规范了煤层气钻井工程作业全过程的程序和要求。 本标准适用于井深在 1500m 以内的煤层气参数井、试验井、生产井等直井的钻井设计、施工作 业、工程质量要求、资料汇交和验收等方面，对于煤成气井、浅层气井、水平井的钻井作业可参照 执行，本标准未尽内容可参照其它有关石油天然气行业标准执行。 2 规范性引用文件 下列文件中的条文，通过本标准的引用而构成本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有 效。所有文件都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列文件最新版本的可能性。 GB/T 8978 污水排放要求 GB/T 11651 个体防护装备适用规范 SY/T 5089 钻井井史及班报表格式 SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法 SY/T 5272 常规钻井安全技术规程 SY/T 5322 套管柱强度设计方法 SY/T 5333 钻井工程设计格式书 SY/T 5334 套管扶正器安装间距计算方法 SY/T 5358 砂岩储层敏感性评价实验方法 SY/T 5396 石油套管现场验收方法 SY/T 5411 固井施工设计格式 SY/T 5412 下套管作业规程 SY/T 5526 钻井设备安装技术、正确操作和维护 SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋 SY/T 5672 钻井井下事故处理基本规则 SY/ T5678 钻井完井交接验收规则 SY/T 5724 套管串结构设计 SY/T 5876- 1993 石油钻井队安全生产检查规定 SY/T 5954 开钻前验收项目及要求 SY/ T5957 井场电气安装技术要求 SY/T 5964 井控装置组合配套规范 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 2 SY/T 6075 评价入井流体与多层配伍性的基础数据 SY/T 6228- 1996 油气井钻井及修井作业职业安全的推荐方法 SY/T 6283 石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南 SY/T 6426 钻井井控技术规程 SY/T 6543 欠平衡钻井技术规范 3 钻井工程设计 3.1 钻井工程设计步骤 科学系统地进行钻井工程设计是确保钻成高质量煤层气井的前提，煤层气井钻井工程设计须按 如下步骤进行选择和设计，详见附录 A。 3.2 钻井工程设计书格式 煤层气钻井工程设计书参照 SY/T 5333 设计书格式执行。 3.3 井身结构设计 3.3.1 井身结构设计依据 井身结构设计的主要包括套管层次和每层套管的下入深度，以及套管和井眼尺寸的配合。井身 结构设计的主要依据是地质目的、地质设计要求、地层结构及其特征、地层孔隙压力、地层水文条 件、地层破裂压力、完井方法、增产措施、生产方式及生产工具等。 3.3.2 井身结构设计原则 a 所设计的井身结构应充分满足钻井、完井生产需要以及获取参数的需要。 b）有效保护煤气层，使不同地层压力的煤气层免受钻井液的损害。 c）避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的发生，以实现安全、优质、快速、低成本钻井。 d）在保证安全的前提下，应尽可能地简化井身结构，降低钻井成本。 3.3.3 井身结构设计程序 井身结构设计程序应参照附录 B 流程进行。在实际设计中可根据具体地质条件综合考虑各方面 的因素作相应的补充和完善。 3.3.4 套管尺寸与钻头选择 3.3.4.1 选择套管应该满足煤层气开采的需要。根据生产层的产能、生产管柱的尺寸、增产措施和 井下作业的要求来确定。通常情况下，生产套管宜采用φ139.7mm 套管；确因产水量大、地层复杂 或为提高气水产量，可采用更大直径的套管；风险勘探所施工的参数井，可采用小井眼钻井（二开 井径小于φ118mm） 。井身结构设计选择参照附录 C 执行。 3.3.4.2 通常情况下，煤层气生产和试验井井身结构宜采用表 1 所示结构，根据生产需要可采用更 大直径的套管。 w w w . b z f x w . c o m 3 表 1 煤层气井常规钻井井身结构表 单位mm 开钻程序 钻头尺寸 套管类型 套管尺寸 一开 φ311.1 表层套管 φ244.5 二开 φ215.9 生产套管 φ139.7（或φ177.8） 3.3.4.3 地层条件复杂情况下，可采用表 2 所示的井身结构设计。 表 2 复杂地层条件下煤层气钻井井身结构表 单位mm 开钻程序 钻头尺寸 套管类型 套管尺寸 一开 φ444.5 表层套管 φ339.7 二开 φ311.1 技术套管 φ244.5 三开 φ215.9 生产套管 φ139.7（或φ177.8） 3.4 井口及井控装置设计 3.4.1 各次开钻井口和井控装置设计，结合本规范第 7 章煤层气井井控技术要求，参照 SY/T 5964 标准进行具体设计。 3.4.2 在对地质条件作充分了解的基础上，结合井口及井控装置进行试压设计。 3.5 钻井循环介质设计 3.5.1 钻井循环介质设计依据 根据地震资料及本构造邻近井和相邻构造的钻探情况，提高本井全井段地层孔隙压力和地层破 裂压力剖面、浅气层资料、气水显示和复杂情况。然后根据地质设计提供的地层压力，掌握压力系 数，在钻井设计时选定压差，并用当量循环密度进行验算，最后分段确定钻井循环介质类型、密度 等技术指标以及这些指标的允许使用范围。 3.5.2 煤层气井钻井循环介质设计应主要考虑以下因素（不局限于这些因素） a） 尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层； b） 稳定和保护井壁，平衡地层压力，以保障钻进施工安全； c） 减少经济成本，提高钻进速度； d） 润滑、冷却钻头和有效携屑。 3.5.3 钻井循环介质优选原则 a） 取心、裸眼测试的参数井、试验井及生产井，选用清水、煤储层排采水、无粘土钻井液或 优质钻井液； b） 生产井（包括直井和定向井） ，选用优质钻井液、无粘土钻井液、清水和气体（空气、氮气、 充气）循环介质及泡沫循环介质。根据增产措施和煤储层特点，亦可采用暂堵型优质粘土钻井液。 3.5.4 钻井循环介质性能要求 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 4 3.5.4.1 煤层气井所采用的钻井液应满足下列要求 a） 钻井液与煤储层要有良好的配伍性 参照 SY/T 5358、SY/T 6075 标准进行试验测定，并优选出能与煤储层良好配伍的优质低密 度钻井液配方。 b） 降低固相含量 在进入煤系地层前采用普通优质钻井液，粘土含量应小于 6％；煤层段根据井型和录取参 数的需要，可采用清水、无粘土和少量粘土优质钻井液，配备好固控设备。用清水作钻井 液，密度应控制在 1.03g/cm3以下。若水源充足时，可开放式循环。 c） 降低失水量 失水量是钻井液中一项重要性能指标，为防止因钻井液滤液浸入伤害，钻进液中压失水应 采用降失水剂来控制在 9mL 以下。 d） 酸碱值要适当 一般 PH 值应控制在 7.5～8.5 之间。 e） 抑制水化、膨胀 为防止泥页岩及煤储层中粘土颗粒水化分散，膨胀剥落，造成煤储层伤害，可使用钾基系 列优质钻井液。 f） 降低钻井液密度，实行平衡或近平衡钻井 使用无粘土或少量粘土优质钻井液、清水，再配备使用优良固控设备除去有害固相，保持 低密度。 g） 切力和动塑比 适当的切力和动塑比，有利于携带悬浮钻屑，有效清洗井眼，降低激动压力和对煤储层的 伤害。 h） 国内煤层气井常用钻井液匹配参数（见表 3） 。 表 3 煤层气井煤层段钻井液性能参数 性能 密度 g/cm3 漏斗粘度 s 中压失水 mL 固相含量 含砂量 粘土含量 PH 值 指标 1.03～1.05 15～20 9 6 0.2 1～2 7.5～8.5 如果钻进煤层段时钻井液规定要用清水，其性能参数可不受表 3 限制，但要控制密度小于 1.03 g/cm3，含沙量小于 0.2。 3.5.4.2 泡沫钻井循环介质 泡沫（包括充气、泡沫）作为钻井循环介质钻煤层气井，实现欠平衡或近平衡钻井，减少对煤 储层的污染，参照 SY/T 6543 有关标准进行设计。 3.5.4.3 气体钻井循环介质 气体（包括空气、氮气）作为钻井循环介质钻煤层气井，实现欠平衡或近平衡钻井，有利于防 w w w . b z f x w . c o m 5 止对煤储层的污染，参照 SY/T 6543 有关标准进行设计。 3.6 钻柱组合设计 钻柱组合设计包括钻头、 钻铤、 钻杆、 扶正器以及其他底部钻具组合的选择和设计， 在参照 SY/T 5172 标准的前提下，根据煤层气井的特殊性，具体要求如下。 3.6.1 钻头 要在综合考虑地层类型、钻头成本、钻井成本、水力参数及钻机成本的基础上，合理选择和设 计煤层气井钻进钻头，普通井钻头尺寸选择按照 3.3.4.2 执行，取煤心钻头按照 3.8.3.3 执行。 3.6.2 钻铤 3.6.2.1 钻铤尺寸及组合的确定原则 a 为保证套管能顺利下入井内，钻柱中最下段钻铤应有足够大的外径； b）钻铤柱中最大钻铤外径应保证在打捞作业中能够套铣； c）在大于 190.5mm 的井眼中，应采用复合（塔式）钻铤结构（包括加重钻杆） 、相邻两段钻铤 的外径差一般不应大于 25.4mm，最上一段钻铤的外径不应小于所连接的钻杆接头外径，每 段钻铤长度不应小于一个立柱； d 根据防斜打直技术要求，选用钻铤直径时，视具体情况，可采用“满眼”钻具，也可采用“钟 摆”钻具，必要时还可以采用变径稳定器甚至“随钻控制技术” ； e）钻具组合的刚度应大于所下套管的刚度。 3.6.2.2 钻铤重力的确定 根据设计的最大钻压确定所需钻铤的总重力，然后确定各种尺寸钻铤的长度以确保中性点始终 处于钻铤柱上。所需钻铤的总重力可按式（1）计算 maxs c f PK w K .................................................（1） 其中 m c 1 f K ρ ρ − ...............................................（2） 式中 wc──需钻铤的总重力，kN； Pmax──设计的最大钻压，kN； Ks──安全系数，考虑实际钻井摩擦力、反弹力、井斜等影响，一般条件下取 1.25，当钻铤柱 中加钻具减震器时，取 1.15； ρm──钻井液密度，g/cm3； ρc──钻铤钢材密度，g/cm3。 3.6.2.3 钻进时，轴向拉、压应力中性点必须位于钻铤上部。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 6 3.6.3 钻杆 常用φ127mm 钻杆。取心时，选用钻杆内径应满足绳索式取心器内筒通过。若小井眼钻进可选 用φ63mm 或φ73mm 钻杆，小井眼取心选用φ89mm 钻杆。 3.6.4 稳定器 对于地层倾角大，软硬交错互层多的易斜地区。应采用稳定器，以实现“满眼”或“钟摆”钻 进，通常采用螺旋式稳定器。 3.7 固井工程设计 3.7.1 套管设计 3.7.1.1 套管串结构设计 a 设计原则有利于固井施工和提高固井质量；满足钻井作业和完井增产压裂措施需要；满足 特殊地层条件井（如泥岩膨胀、腐蚀性产层、异常压力地层等的需要） 。 b）参照 SY/T 5724 套管串结构设计标准。 3.7.1.2 套管柱强度设计 a 设计原则依据套管所受的外载，根据套管的强度建立一个安全的平衡关系。 套管强度≥外载安全系数 b 设计时先按抗挤强度自下而上进行设计，同时进行抗拉强度和抗内压强度校核。当设计到抗 拉强度或抗内压强度不满足要求时，选择比上一段高一级的套管，改为抗拉强度或抗内压强 度设计，并进行抗挤强度校核，一直到满足设计要求为止。 c）参照 SY/T 5322- 2000 标准进行套管柱强度设计。 d）要综合考虑完井方式和增产作业的需要。 e）煤层气生产井，生产套管和技术套管应使用 API 标准套管，表层套管可考虑使用 API 限用套 管。 3.7.1.3 套管柱附件要求 3.7.1.3.1 浮鞋、浮箍要满足 SY/T 5618 规定的要求。 3.7.1.3.2 套管扶正器安装间距及数量参照 SY/T 5334 规定的方法进行计算。 3.7.1.3.3 完井深度在 1000m 以浅的煤层气直井，生产套管在目标层上下范围内每二根套管至少装 一只扶正器。完井深度在 1000m 以深的煤层气直井、定向井和井径井斜大及方位急骤变化的井段要 适当加密。环空水泥返深处要加一只扶正器。 3.7.2 固井施工设计 3.7.2.1 参照 SY/T 5411 标准规定的固井施工格式进行煤层气井固井施工设计。 3.7.2.2 水泥返高计算，可用下列方程式计算煤储层能够承受的最大水泥浆高度 Ch＝（Fd/10-ρm）hd/（ρc-ρm） .................................（3） w w w . b z f x w . c o m 7 式中 Ch最大环空水泥浆液柱高度，m. Fd煤储层破裂梯度，kPa/m； ρm固井时井内钻井液密度，g/cm3； hd煤层深度，m； ρc最大水泥浆平均密度，g/cm3。 3.7.2.3 水泥浆密度计算方法 ρsFd/10- 100Po/hw ...............................................（4） 式中 ρs最大水泥浆平均密度，g/cm3； Fd煤储层破裂梯度，kPa/m； Po固井时水泥浆流动压力和摩阻压降之和，MPa；设计时一般取 4MPa～5MPa。 hw煤层气井垂深，m。 3.8 取芯设计 3.8.1 为使煤心中气体损失量最小，推荐选用绳