CN102400664A - 一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法。本发明先施工一组“U”型水平对接井，要求水平部分在软煤中延伸，采用适当的钻井工艺技术保障井内安全，然后将特制的钻具和钻头沿水平井逐渐下入至垂直井的扩大段，再在起钻的同时沿钻具注入一定规格的砂粒。因此，本发明具有如下优点：操作简单、容易推广，可把地面水平对接井钻井技术拓展至松软煤层，扩大其应用范围的同时，极大松软煤层定向对接井煤层气抽采的效率。

Description

一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法

技术领域

本发明涉及一种完井工艺方法，尤其是涉及一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法。 

背景技术

随着经济的快速发展，我国对以煤为主的能源需求与日俱增。于此同时，从倡导环保节能和煤矿安全角度出发，煤层气勘探开发利用日益显得迫在眉睫。其中采用地面水平对接井技术进行煤层气抽采，抽采效率较高，投入产出比较低，在国外美国、澳大利亚、欧洲、南非等国家和地区得到充分应用，我国沁水盆地也取得了较好应用效果的基础上也得到了不断的推广，呈现出多点开花的景象。 

然而由于在我国可采或可进行煤层气利用的煤层中，松软低透煤层占有绝对比例，且随着煤矿开采深度的不断延伸，这一比例还将增大，加之我国煤层气地质条件复杂，致使地面水平对接井技术很难得到普及利用，主要问题体现为两个方面：要么钻井无法顺利定向钻井，不能成功对接；要么即使对接成功，松软煤层易于塌孔，后期排采产气量太差。所有这些严重制约了我国高效开采煤层气的初衷。 

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的针对松软煤层地面水平对接井钻井过程中容易塌孔，造成成孔困难，或钻井结束后塌孔，造成抽采效率和 抽采量过低等的技术问题；提供了一种操作简单、容易推广，可把地面水平对接井钻井技术拓展至松软煤层，扩大其应用范围的同时，极大松软煤层定向对接井煤层气抽采的效率的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1，先施工一排采垂直井并在排采垂直井末端施工一对接洞穴段，然后在距所述垂直井旁一定距离施工一水平井，所述的水平井依次包括垂直井段、拐弯段井段、过渡水平井段以及对接段井段，该过渡水平井段位于软煤地层中； 

步骤2，将钻具经过水平井逐渐下入至排采垂直井中； 

步骤3，在起钻的同时通过钻具注入砂粒。 

本发明创造性的提出先施工一组“U”型水平对接井，要求水平部分在软煤中延伸，采用适当的钻井工艺技术保障井内安全，然后将特制的钻具和钻头沿水平井逐渐下入至垂直井的扩大段，再在起钻的同时沿钻具注入一定规格的砂粒，防止软煤坍塌堵塞后期排采的煤层气流通渠道，利于煤层气的高效排采。提高软煤地面水平对接井采气量的成孔工艺方法的主要特征体现在以下几点：在垂直井的软煤段下入玻璃钢套管，然后在煤层以下的口袋中填满砂粒；水平井施工过程中采用无固相泥浆起到护壁携粉作用，对接连通后对井壁的泥皮进行降解；下入特制的钻具和钻头至垂直井的扩大段，在起钻的同时沿钻具注入一定规格的砂粒，用于充填整个钻井空间，防止软煤坍塌造成井壁堵塞。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法， 所述的步骤1中，在排采垂直井钻井施工结束下套管过程中，软煤煤层段下入玻璃钢套管，与上下段的钢套管用丝扣连接牢固；再在煤层以下的口袋中填满砂粒；接着在煤层段进行造穴作业，造穴深度与煤层厚度相当，钻井井径≥500mm。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述的步骤1中，施工一水平井的具体方法为： 

步骤3.1，水平定向采用定向和复合钻进相结合的方式，通过孔底马达配套无线随钻测量装置进行轨迹控制，使钻孔轨迹尽量按照设计轨迹沿煤层进行水平延伸； 

步骤3.2，在煤层段水平钻进需采用无固相钻井液体系或清水，加入钾盐、胺盐防塌处理剂，钻井液密度≤1.03g/cm³； 

步骤3.3，采用旋转强磁短节和接收探管，运用RMRS技术实现精确对接连通。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，在软煤中定向钻进过程中，为了防止煤层坍塌严重，保证一定的有效进尺，进行泥浆护壁；这样钻井结束后可能会在井壁存在部分泥皮，将为阻碍后期排采煤层气的通道，为此需进行降解；根据钻井液的具体性能，一般采用化学原理，在一定时间内使大部分泥皮降解；降解的步骤：在地面取适量泥浆液做成泥饼，放入容器中并加入预降解的化学试剂进行配比；水平井与垂直井对接上以后，在钻井液中加入该化学试剂和泥饼混合物，并不断进行循环，使其与井壁所留泥皮反应，已达到降解泥皮的效果。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述的步骤2中，下钻遇阻时开泵，利用钻头前部冲开遇阻煤粉同时依靠钻具螺旋孔喷出液体的反作用力，使钻具沿原井轨迹前行。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述的步骤3中，当钻具下入至排采垂直井的对接段附近时，从水平井井口注入砂粒，利用泥浆泵的压力水强行压入井内，这样在起钻的过程中进行分段压入一定数量的砂粒，使砂粒填满整个软煤的钻井内。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述的步骤1中，所述的拐弯段井曲率半径≥150mm，井眼轨迹平滑易于轨迹控制；所述的玻璃钢套管长度大于煤层厚度，所填砂粒充满煤层下部口袋。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述的玻璃钢套管外径139.7mm，强度≥23MPa，下入深度大于煤层厚度；排采垂直井对接段井径≥500mm，深度与煤层厚度相当；所述拐弯水平井段的曲率半径≥150mm，同时要井壁光滑平顺；过渡水平井段中无固相钻井液密度≤1.03g/cm³，失水量8～12ml，塑性粘度控制在15～30s，含沙量≤0.1％。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述的钻具包括依次连接的钻杆、连续油管以及钻头，所述的钻头上设有一个与外界相通的钻孔，内平、直径≤75mm，设置有两排直径≤5mm、角度朝向外部的螺旋孔。 

在上述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，所述钻头为椎体，钻孔直径介于20～30mm之间；连续油管与钻杆之间为丝扣连接。 

因此，本发明具有如下优点：操作简单、容易推广，可把地面水平对接井钻井技术拓展至松软煤层，扩大其应用范围的同时，极大松软煤层定向对接井煤层气抽采的效率。 

附图说明

附图1：本发明的一组利于提高软煤地面水平对接井采气量的钻井施工的结构原理图； 

附图2：水平对接井实体模型示意图； 

附图3：垂直井井身结构示意图； 

附图4：特殊钻具及钻头结构示意图。 

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 

实施例： 

一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，包括以下步骤： 

步骤1，先施工一排采垂直井并在排采垂直井末端施工一对接洞穴段，然后在距所述垂直井旁一定距离施工一水平井，所述的水平井依次包括垂直井段、拐弯段井段、过渡水平井段以及对接段井段，该过渡水平井段位于软煤地层中，在煤层段水平钻进需采用无固相钻井液体系或清水，可加入适当钾盐、胺盐等防塌处理剂，钻井液密度≤1.03g/cm³，达到安全钻进的目的；对接连通是钻井成功与否及后期煤层气排采的前提，采用旋转强磁短节和探管，运用RMRS技术可实现精确对接连通。在排采垂直井钻井施工结束下套管过程中，软煤煤层段下入玻璃钢套管，与上下段的钢套管用丝扣连接牢固；再在煤层以下的口袋中填满砂粒；接着在煤层段进行造穴 作业，造穴深度与煤层厚度相当，钻井井径≥500mm；在软煤中定向钻进过程中，为了防止煤层坍塌严重，保证一定的有效进尺，进行泥浆护壁；这样钻井结束后可能会在井壁存在部分泥皮，将为阻碍后期排采煤层气的通道，为此需进行降解；根据钻井液的具体性能，一般采用化学原理，在一定时间内使大部分泥皮降解；降解的步骤：在地面取适量泥浆液做成泥饼，放入容器中并加入预降解的化学试剂进行配比；水平井与垂直井对接上以后，在钻井液中加入该化学试剂和泥饼混合物，并不断进行循环，使其与井壁所留泥皮反应，已达到降解泥皮的效果。其中施工一水平井的具体方法为： 

步骤3.1，水平定向采用定向和复合钻进相结合的方式，通过孔底马达配套无线随钻测量装置进行轨迹控制，使钻孔轨迹尽量按照设计轨迹沿煤层进行水平延伸； 

步骤3.2，在煤层段水平钻进需采用无固相钻井液体系或清水，加入钾盐、胺盐防塌处理剂，钻井液密度≤1.03g/cm³； 

步骤3.3，采用旋转强磁短节和接收探管，运用RMRS技术实现精确对接连通。 

本步骤1的关键环节包括软煤段下入玻璃钢套管、造穴做扩大段以及口袋中填砂粒。在整个垂直段二开钻井结束后，需在软煤煤层段下入玻璃钢套管，与上下段的钢套管用丝扣连接牢固，防止煤层坍塌对井壁造成影响；再在煤层以下的口袋中填满砂粒；接着在煤层段进行造穴作业，造穴深度一般与煤层厚度相当，钻井井径≥500mm。 

步骤2，将钻具经过水平井逐渐下入至排采垂直井中；在下钻遇阻时开泵，利用钻头前部冲开遇阻煤粉同时依靠钻具螺旋孔喷出液体的反作用力，使钻具沿原井轨迹前行。 

步骤3，在起钻的同时通过钻具注入砂粒，当钻具下入至排采垂直井的对接段附近时，下钻遇阻时开泵，利用钻头前部冲开遇阻煤粉同时依靠钻具螺旋孔喷出液体的反作用力，使钻具前行，并从水平井井口注入砂粒，利用泥浆泵的压力水强行压入井内，这样在起钻的过程中进行分段压入一定数量的砂粒，使砂粒填满整个软煤的钻井内，在本步骤中实用的钻具包括依次连接的钻杆、连续油管以及钻头，所述的钻头上设有一个与外界相通的钻孔，内平、直径≤75mm，设置有两排直径≤5mm、角度朝向外部的螺旋孔，钻头为椎体，钻孔直径介于20～30mm之间；连续油管与钻杆之间为丝扣连接。 

在本实施例中，拐弯段井曲率半径≥150mm，井眼轨迹平滑易于轨迹控制；所述的玻璃钢套管长度大于煤层厚度，所填砂粒充满煤层下部口袋，玻璃钢套管外径139.7mm，强度≥23MPa，下入深度大于煤层厚度；排采垂直井对接段井径≥500mm，深度与煤层厚度相当；所述拐弯水平井段的曲率半径≥150mm，同时要井壁光滑平顺；过渡水平井段中无固相钻井液密度≤1.03g/cm³，失水量8～12ml，塑性粘度控制在15～30s，含沙量≤0.1％。另外，地质设计的两口井的井场要道路畅通，要有利于装备到达，钻井工程设计曲率半径≥150mm，井眼轨迹平滑易于轨迹控制；垂直井所下的玻璃钢套管长度需大于煤层厚度，所填砂粒充满下部口袋；水平钻井中采用合理的钻井工艺，包括钻井工艺参数、轨迹控制措施、对接连通工艺、钻井液控制及降解技术等；钻井结束后的下入特制钻具和钻头，在起钻过程中向井内注入砂粒。 

本发明涉及一种利于提高软煤地面水平对接井采气量的成孔工艺方法，主要包括钻井工艺技术和提高采气量工艺技术两部分核心内容。其中钻井工艺技术主要包括垂直井下玻璃钢套管及填砂砾工艺、水平井轨迹控 制工艺、钻井冲洗液工艺和对接连通工艺等，提高采气量工艺技术包括降解钻井中的泥皮工艺和在水平井软煤段注砂粒工艺。采用本发明提出的利于提高软煤地面水平对接井采气量的成孔工艺方法，集成了垂直井、水平定向对接井的关键钻井工艺和煤层气增产增效环节，把地面水平对接井钻井技术与松软煤层煤层气利用有效的结合起来，从煤层气利用和采煤安全均起到了至关重要的作用。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (10)

1.一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，先施工一排采垂直井并在排采垂直井末端施工一对接洞穴段，然后在距所述垂直井旁一定距离施工一水平井，所述的水平井依次包括垂直井段、拐弯段井段、过渡水平井段以及对接段井段，该过渡水平井段位于软煤地层中；

步骤2，将钻具经过水平井逐渐下入至排采垂直井中；

步骤3，在起钻的同时通过钻具注入砂粒。

2.根据权利要求1所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的步骤1中，在排采垂直井钻井施工结束下套管过程中，软煤煤层段下入玻璃钢套管，与上下段的钢套管用丝扣连接牢固；再在煤层以下的口袋中填满砂粒；接着在煤层段进行造穴作业，造穴深度与煤层厚度相当，钻井井径≥500mm。

3.根据权利要求1所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的步骤1中，施工一水平井的具体方法为：

步骤3.1，水平定向采用定向和复合钻进相结合的方式，通过孔底马达配套无线随钻测量装置进行轨迹控制，使钻孔轨迹尽量按照设计轨迹沿煤层进行水平延伸；

步骤3.2，在煤层段水平钻进需采用无固相钻井液体系或清水，加入钾盐、胺盐防塌处理剂，钻井液密度≤1.03g/cm³；

步骤3.3，采用旋转强磁短节和接收探管，运用RMRS技术实现精确对接连通。

4.根据权利要求1所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，在软煤中定向钻进过程中，为了防止煤层坍塌严重，保证一定的有效进尺，进行泥浆护壁；这样钻井结束后可能会在井壁存在部分泥皮，将为阻碍后期排采煤层气的通道，为此需进行降解；根据钻井液的具体性能，一般采用化学原理，在一定时间内使大部分泥皮降解；降解的步骤：在地面取适量泥浆液做成泥饼，放入容器中并加入预降解的化学试剂进行配比；水平井与垂直井对接上以后，在钻井液中加入该化学试剂和泥饼混合物，并不断进行循环，使其与井壁所留泥皮反应，已达到降解泥皮的效果。

5.根据权利要求1所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的步骤2中，下钻遇阻时开泵，利用钻头前部冲开遇阻煤粉同时依靠钻具螺旋孔喷出液体的反作用力，使钻具沿原井轨迹前行。

6.根据权利要求1所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的步骤3中，当钻具下入至排采垂直井的对接段附近时，从水平井井口注入砂粒，利用泥浆泵的压力水强行压入井内，这样在起钻的过程中进行分段压入一定数量的砂粒，使砂粒填满整个软煤的钻井内。

7.根据权利要求2所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的拐弯段井曲率半径≥150mm，井眼轨迹平滑易于轨迹控制；所述的玻璃钢套管长度大于煤层厚度，所填砂粒充满煤层下部口袋。

8.根据权利要求7所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的玻璃钢套管外径139.7mm，强度≥23MPa，下入深度大于煤层厚度；排采垂直井对接段井径≥500mm，深度与煤层厚度相当；所述拐弯水平井段的曲率半径≥150mm，同时要井壁光滑平顺；过渡水平井段中无固相钻井液密度≤1.03g/cm³，失水量8～12ml，塑性粘度控制在15～30s，含沙量≤0.1％。

9.根据权利要求7所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述的钻具包括依次连接的钻杆、连续油管以及钻头，所述的钻头上设有一个与外界相通的钻孔，内平、直径≤75mm，设置有两排直径≤5mm、角度朝向外部的螺旋孔。

10.根据权利要求9所述的一种提高软煤地层地面水平对接井采气量的完井工艺方法，其特征在于，所述钻头为椎体，钻孔直径介于20～30mm之间；连续油管与钻杆之间为丝扣连接。

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