03 第三章 煤层气钻井技术与工程设计.pptx

第1页：煤层气钻井技术与工程设计封面

煤层气钻井技术与工程设计封面

本页为章封面，标示课程名称与本章内容框架。

第2页：第三章内容目录

1. 煤层气典型钻井类型及适应性
2. 2.典型钻井井身结构及钻井工程
3. 3.绳索取芯技术及钻井液
4. 4.主要完井技术
5. 5.钻井工程设计2煤层气钻井技术与工程设计

第3页：煤层气钻井技术与工程设计煤层埋藏

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计煤层埋藏在地下几十米到至几百米的地层中，要把它开采出来，需要在地面和地下煤层之间建立一条气通道，这条通道就是井确定井型直井水平井多分支水平井钻井设计井身结构井陉/套管选择钻机及设备钻井及其它作业取芯试井录井完井与固井储层强化煤层气钻井工程

第4页：直井钻井技术

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计一、直井（verticalwell）直井的井口和井底在同一条铅垂线上。直井是开发煤层气最常用的方式，同水平井、丛式井相比，直井与储层接触的面积最小，要想获得理想的产量，对储层有一定要求，含气量、储层厚度、储层压力以及渗透率有1项较高即可。

通常需要压裂4第一节煤层气典型钻井类型及适应性

第5页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性定向井定向井丛式井5水平井多分支水平井定向钻井是沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上

第6页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性二、丛式井又称密集井、成组井，在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井，其中可含1口直井，使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位，通常用于海上平台或城市、良田、沼泽等地区，可节省大量投资，占地少，并便于集中管理可以开发渗透率较低或薄煤层

第7页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性三、水平井一分支二分支三分支四分支7水平井是指井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。适应性：中等物性煤储层

第8页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性四、多分支水平井一、多分支水平井1.概念：是指一个或多个主水平井眼盘侧再侧钻出多个分支井眼，又叫羽状水平井或鱼骨井

第9页：煤层气多分支水平井开发技术发展历程

煤层气开发理论与技术2.煤层气多分支水平井开发技术发展历程20世纪40～70年代，美国和前苏联等国钻了一批多分支水平试验井。70年代后，美国、加拿大、法国等国开展了多分支水平井开发油气藏的研究，进入80年代，此项技术才开始大规模工业化推广应用。

主要分布在美国、加拿大、俄罗斯等70多个国家和地区。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第10页：世界上第一个煤层气多分支水平井项目

煤层气开发理论与技术世界上第一个煤层气多分支水平井项目，是由美国矿业局和能源部于1976～1979年在圣湖安盆地上共同完成的。其总进尺2909m，日产量79～600m3。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性发展历程

第11页：发展历程煤层气多分支水平井

煤层气开发理论与技术发展历程煤层气多分支水平井是20世纪90年代中后期在常规油气水平井和分支井的基础上发展起来主水平井分支水平井煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第12页：发展历程美国

煤层气开发理论与技术发展历程美国CDX公司率先为美国的钢铁公司在西弗吉尼亚州的煤层气开发项目施工了近60口羽状水平井。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第13页：煤层气开发理论与技术2004年

煤层气开发理论与技术2004年，奥瑞安能源国际有限公司设计并组织施工的第一口煤层气多分支水平井（DNP02井）取得成功。大宁煤矿DNP02井，主井眼水平位移1256米，分支井数13支，总进尺8018米，水平总进尺7687米，日产量2万多立方米。

煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性发展历程中国

第14页：煤层气开发理论与技术继DNP

煤层气开发理论与技术继DNP02多分支水平井成功之后，多分支水平井倍受关注。亚美大陆、中国石油、中联公司、晋煤集团等单位分别委托奥瑞安公司在宁武、沁水南部、河东煤田等地施工了百余口煤层气多分支水平井。中石油华北油田分公司与奥瑞安签订的第一批45口多分支水平井施工合同，标志着煤层气多分支水平井进入规模应用阶段。

发展历程煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第15页：煤层气多分支水平井技术要点

1：井位标定技术2：井身结构模型优化技术3：井眼轨迹优化设计与校核技术4：井眼轨迹控制及地质导向技术5：欠平衡钻井工艺技术6：完井工艺技术a.增加有效供给范围b.提高有效导流能力c.减少对煤层的损害d.单井产量高，经济效益显著e.减少占地面积3.煤层气多分支水平井技术要点4.煤层气多分支水平井主要优点煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第16页：10倍）

10倍），而且排出单位体积的甲烷所需时间仅仅是直井所需时间的30%，单井日产量超过20倍，总采出率也超过直井近2倍1000001000000005101520年数累计气产量（m3）100.001000.0010000.00气产量（m3/d）累计气产量气产量潘庄直井产能模拟1000000010000000001000000累计气产量（m3）100.00201000.00气产量（m3/d）累计气产量气产量潘庄水平井产能模拟5年数1015采用多分支水平井模100000.00式，前4年日均产量可维持在20000方以10000.00上，从第5年到第8年日均产量可维持在10000方以上，从第9年开始日均产量就低于5000方目前的直井模式，前2年日均产量可维持在1300方，从第3年开始日均产量约1000方，但第6年开始日均产量就低于900方优点与当前的直井模式相比，多分支水平井不仅大大提高了单井排采面积（6-煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第17页：煤层比较脆

1煤层比较脆，而且存在着互相垂直的天然裂缝，在这种脆性地层中钻进极易引起井下垮塌、卡钻等复杂事故，甚至井眼报废。因此，多分支水平井技术可应用区域比较有限。2由于煤层埋藏比较浅，同时井眼的曲率较大，钻压难以满足要求，同时钻水平分支井眼时钻柱易发生疲劳破坏，导致井下复杂。

5.煤层气多分支水平井技术难题煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第18页：适用性

煤层气开发理论与技术6.适用性该钻井类型适用煤储层构造条件高煤阶储层厚层高含气量低渗透率割理比较发育煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第19页：概念“U”型井技术也就是水平连通井技术

五、U型井1.概念“U”型井技术也就是水平连通井技术，也有的人称作对接水平井技术，连通井是指两口不同位置的水平井与直井、定向井与水平井、定向井与定向井或水平井与水平井在同一目的层连通。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第20页：优点和特点1“U”型井由水平井与直井构成

煤层气开发理论与技术2.优点和特点1“U”型井由水平井与直井构成，兼有单分支水平井沟通割理与直井“点”状排采煤层气的特点。2作为新型钻井，其为两井连通、地质导向、欠平衡钻井等多种先进技术的综合，钻井难度大。3具有水平井及直井两个井口，但排水与采气通常依靠直井。

4充分依靠倾斜地层的坡度，利用重力作用实现排水采气。5不同水平井利用同一直井排水采气。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第21页：适用性

煤层气开发理论与技术3.适用性该钻井类型适用煤储层中高煤阶储层割理发育厚层高含气量倾斜煤层煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性

第22页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计第二节典型钻井井身结构及钻井工程设计井身结构的基本原则是：第一，应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数的需要；第二，应充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地）；第三，能确保钻井施工的安全、优质、快速、低成本。

直井井身结构是指由直径不同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。主要由表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成井身结构

第23页：型钻井井身结构及钻井工程套管的分类及作用

型钻井井身结构及钻井工程套管的分类及作用

• 煤层气开发理论与技术23第二节典型钻井井身结构及钻井工程套管的分类及作用
• 表层套管—Surfacecasing封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层安装井口、悬挂及支撑后续各层套管
• 中间套管—Intermediatecasing表层和生产套管间因技术要求下套管可以是一层、两层或更多层主要用来分隔井下复杂地层
• 生产套管—Productioncasing钻达目的层后下入的最后一层套管用以保护生产层，提供油气生产通道

第24页：典型钻井井身结构及钻井工程直井井身结构根

第二节典型钻井井身结构及钻井工程直井井身结构根据生产套管尺寸和井身结构设计原则，煤层气项目通常的井身结构设计为：用311.5（12¼）的钻头一开，钻至基岩风化带10m处，下入244.48（9⅝）表层套管；然后用215.9（8½）的钻头二开，钻至目标煤层底界60m完钻，下入139.7（5½）生产套管，注水泥封固至煤层以上200米

第25页：套管设计直井钻井工程

套管设计直井钻井工程

第26页：固井直井钻井工程

固井直井钻井工程

第27页：煤层气开发理论与技术多分支水平井钻井

煤层气开发理论与技术多分支水平井钻井、完井工程水平井及多分支水平井多分支水平井井身结构设计原则造斜位置:原则上最下一个造斜点应在煤层之上20m左右，并尽可能地在砂岩段施工，且不可在泥岩段。造斜点应呈90°相位螺旋状分布，造斜点之间高差应尽量大于20m。

造斜井段的增斜率应控制在9°/30m～12°/30m之间。主水平井长度应控制在1000～1,200m。各翼水平分支总数应为10～12个，各分支间距300m，分支长度依次为700m、600m、500m、400m、300m、200m，各分支井采用大曲率半径造斜（（5°/30m～9°/30m）。

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第28页：排采洞穴直井一开

煤层气开发理论与技术排采洞穴直井一开：用Φ346.6mm（14-3/4″）钻头，用泥浆钻进，钻入基岩10m，下入Φ298.4mm（11-3/4″）表套并用优质水泥固井；二开：用Φ266.7mm（10-5/8″）钻头，用低密度泥浆钻进，钻至煤层上20m左右，下入Φ193.7mm（7-3/4″）技术套管，用优质水泥固井。

三开：用Φ266.7mm（10-5/8″）钻头，用低密度泥浆钻进，钻至煤层下部60m，并在煤层段造穴。生产井施工顺序与井身结构

第29页：一开井身结构与钻具组合

煤层气开发理论与技术多分支水平井钻井、完井工程一开：与垂直井类似，用Φ346.6mm（143/4”）钻头，用泥浆钻进，钻入基岩10m，下入Φ298.4mm（113/4”）表套；二开：用Φ266.7mm（105/8”）钻头，用低密度泥浆钻进，钻至煤层之上20m左右，下入Φ193.7mm（73/4”）技术套管，注优质水泥固井。

造斜：用Φ165.1mm（61/2”）钻头钻进，钻至煤层中部。之后用Φ149.2mm（57/8”）钻头进入水平井段钻井，完成主水平井钻进。水平段必须采用欠平衡钻井液，如清水充气、泡沫钻井液或清水。施工分支水平井：用Φ120.6mm（43/4”）钻头，由远而近在主水平井两侧不同位置分别钻分支水平井。

完井方式：所有水平井均采用裸眼完井。工程井和主水平井施工工序

第30页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术目的煤层气储层评价-获得割理、煤质、含气量、吸附等温线、解析时间、孔隙度等重要储层参数，主要任务：1测定煤层气含量2测定煤的吸附等温线3确定、测定割理裂隙方向4进行煤的工业分析（煤岩、煤质、煤级、孔隙度等）

第31页：绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术要求

绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术要求

• 第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术要求：
• 高的煤心采取率
• 短的气体散失时间
• 较大的煤心直径
• 保持煤的良好原始结构
• 降低煤心污染程度

第32页：绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术取芯方法

第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术取芯方法（1）常规取芯提取时间长，气体大量散失，煤层气井不常用，但在一个新区或是资料缺乏地区可以提高取芯率

第33页：绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术取芯方法

第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术取芯方法（4）保压取芯保持压力，没有气解析出来，无损失气，对含量量测定重要

第34页：取心钻进

取心钻进

• 煤层气开发理论与技术取心钻进要求：
• 取心钻进前，转速排量调到设计值
• 取心钻进开始时应在距井底0.2m～0.3m内将钻压加到设计值并注意井下情况，及时调整参数。取心钻进遇软层就提钻。送钻尽可能均匀，应紧跟钻压，同时严禁顿钻、溜钻，严禁中途停泵、停转盘或上提方钻杆。绳索式取心施工作业要点割心操作要求：钻到预定进尺后，停泵，停转盘，上提0.3m～0.5m左右，实施割心。注意上提钻具时应一次完成。若地层较硬或钻遇煤层夹矸时，可适当磨心后，再割心。直井钻井工程

第35页：绳索取心施工工程参数

煤层气井绳索取心施工工程参数表：下表列出相关数据。

第36页：煤层气开发理论与技术煤层气钻

煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计第三节绳索取芯技术及钻井液钻井液费用储层损害压力控制钻井液中等可能好加重钻井液低不可能较好采出水中等不可能差天然气或空气中等不可能差空气雾高不可能较好泡沫不同钻井液效果作用1清洁井底，携带岩屑。

2冷却和润滑钻头及钻柱。3平衡井壁岩石侧压力，防止对油气层污染和井壁坍塌。4平衡（控制）地层压力。防止井喷。5悬浮岩屑和加重剂。6在地面能沉除砂子和岩屑。7有效传递水力功率。8承受钻杆和套管的部分重力。9提供所钻地层的大量资料。

10水力破碎岩石。。钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。36

第37页：循环介质煤层气井钻井循环介质设计

煤层气开发理论与技术循环介质煤层气井钻井循环介质设计应充分考虑以下主要因素（不局限于这些因素）：1尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层；2稳定和保护井壁，平衡地层压力，以保障钻进施工安全；3润滑、冷却钻头。采用的钻井液应满足下列要求：1钻井液与煤储层要有良好的配伍性;2应尽可能地降低固相含量：煤系地层--小于6%；煤层段--密度1.03g/cm3以下;3应尽量降低失水量：在9ml以下;4酸碱值要适当：一般pH值应控制在8—8.5之间;5抑制水化、膨胀;6降低钻井液密度，实行平衡或近平衡钻井。

直井钻井液选择中国石油大学（北京）煤层气研究中心

第38页：煤层气完井方式介绍

煤层气完井方式介绍

第39页：完井概念

煤层气开发理论与技术完井概念：钻井工程最后一道工序，目的：完井工程内容1.钻开储集层（生产层）；2.下套管、注水泥、射孔、下生产管柱、排液；3.确定完井井底结构，使井眼与产层连通；第四节煤层气完井方式介绍

第40页：煤层气开发最佳完井方式的

煤层气开发最佳完井方式的

• 煤层气开发理论与技术煤层气开发最佳完井方式的要求
• 有效封隔煤层和夹层
• 具备分层注水、注气、分层压裂、酸化等措施
• 满足井下作业要求
• 保持井筒稳定，确保井具有一定寿命
• 气层与井筒保持最佳连通，储层损害最小
• 气层与井筒最大渗流面积，入井阻力最小
• 施工尽可能简便，经济效益达到最大化第四节煤层气完井方式介绍

第41页：完井方法概述煤层气常用5种完井方法

一、完井方法概述煤层气常用5种完井方法：1套管压裂射孔完井法2裸眼完井法3套管—裸眼完井法4水平排泄孔衬管完井完井法5裸眼洞穴完井第四节煤层气完井方式介绍

第42页：工艺步骤

煤层气开发理论与技术工艺步骤：钻穿油层至设计井深，下生产套管至煤层底部注水泥固井，射孔，射孔弹射穿煤层套管、水泥环并穿透煤层某一深度，建立起气流的通道。1.射孔完井法国内外最为广泛和最重要实用的一种完井方法。套管射孔完井油套鞋距井底1～3m二、直井常用完井方法阻流环距产层底界＞15m阻流环下水泥塞高度≥20m第四节煤层气完井方式介绍

第43页：套管射孔完井优点

套管射孔完井优点

• 二、直井常用完井方法套管射孔完井优点:
• 选择性射开不同压力、物性煤层，避免层间干扰；
• 避开夹层水、煤矸等；
• 避开夹层坍塌；
• 选择性压裂或酸化等分层作业条件。第四节煤层气完井方式介绍

第44页：裸眼完井法储集层裸露

煤层气开发理论与技术。2.裸眼完井法储集层裸露，储集层以上用套管封固的完井方法。1.先期裸眼完井先下套管固井，后打开储集层一般结构距产层20m左右。2.后期裸眼完井先打开储集层，后下套管至产层以上固井。第四节煤层气完井方式介绍二、直井常用完井方法

第45页：裸眼完井法优点①煤层全部裸露

裸眼完井法优点①煤层全部裸露

• 煤层气开发理论与技术裸眼完井法优点
• 煤层全部裸露，整个煤层段都可以开采，增大了供气范围；
• 一般不需要射孔，减少射孔污染；第四节煤层气完井方式介绍二、直井常用完井方法裸眼完井适用范围：井内只有单一煤层，不需分层开采

第46页：直井常用完井方法裸眼完井法缺点①适应面窄

直井常用完井方法裸眼完井法缺点①适应面窄

• 二、直井常用完井方法裸眼完井法缺点
• 适应面窄，不适应非均质、弱胶结产层，不能克服井壁坍塌对井生产的影响
• 不能克服产层间干扰
• 投产后难以实施酸化、压裂等增产措施
• 先期裸眼完井在打开产层前封固地层，此时产层真实情况未知，如出现特殊情况，后步生产被动。第四节煤层气完井方式介绍

第47页：套管射孔-裸眼复合完井法部分煤层适于裸眼

二、直井常用完井方法3.套管射孔-裸眼复合完井法部分煤层适于裸眼完成，部分适于套管。厚煤层非均质第四节煤层气完井方式介绍

第48页：煤层气完井方式介绍

煤层气完井方式介绍

第49页：直井常用完井方法

二、直井常用完井方法5.裸眼洞穴完井-煤层气特有完井方式见后续相关章节第四节煤层气完井方式介绍

第50页：水平井完井裸眼

三、水平井完井裸眼、衬管。第四节煤层气完井方式介绍

第51页：水平井裸眼完井中间套管下至

1.水平井裸眼完井中间套管下至预计水平段顶部，注水泥固井封隔，然后换小一级钻头钻水平井段至设计长度完井。主要用于中高煤阶煤层，特别是有一些垂直裂隙的地层。第四节煤层气完井方式介绍

第52页：2水平井割缝衬管完井割缝衬管悬挂在技术套

煤层气开发理论与技术3.2水平井割缝衬管完井割缝衬管悬挂在技术套管上，靠悬挂封隔器封隔管外环形空间，扶正器保证割缝衬管居中。有助于裸眼完井防塌，方法简单。中低煤阶第四节煤层气完井方式介绍

第53页：煤层气钻井工程设计

煤层气钻井工程设计

第54页：既要坚持科学态度

煤层气开发理论与技术既要坚持科学态度，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料又要制定合理、简单可靠的技术工艺流程，减少投资，降低成本同时便于生产管理，正确处理技术先进与经济合理的关系钻井工程设计原则

第55页：前言1.井位及基本参数2.工

1.前言1.井位及基本参数2.工程目的3.设计依据4.地质背景5.采用技术标准2.地质设计1.完井原则与井深设计2.钻遇地层预测与故障提示3.地质录井设计4.地球物理测井设计5.取芯与测试设计6.煤层气试井设计3.工程设计1.工程设计步骤2.井身结构设计3.钻井循环介质设计4.取心设计5.固井工程设计技术方案设计提纲

第56页：1井位及基本参数通常

1.前言1.1井位及基本参数通常，为了简明地表达其工程特性，在设计的开篇大多先列出设计井的一些基本参数。一般包括以下基本参数：井号：井的类型：指明设计井为取芯井、还是生产试验井还是开发井。横(Y)：标高：设计坐标：纵(X)：地理位置：构造位置：目的煤层：包括用于气含量测定的取芯目的煤层、试井的主要煤层以及将要进行压裂排采的主要煤层。

设计井深：完井层位：

第57页：前言1.2工程目的A.参数井

1.前言1.2工程目的A.参数井——取全取准各类煤储层参数：包括煤层厚度、煤层埋藏深度、煤岩煤质、煤层气含量、煤的吸附常数与等温吸附曲线、煤及其顶底板的力学性质、储层压力、煤层渗透率、原地应力等。B.生产试验井(单井)——获取储层评价或产能评价必须的实际的生产数据及相关的工程参数。

在获得较为理想的煤储层实测参数的基础上，进一步对主要煤层进行水力压裂和排采试验。C.先导性试验井组——获取储层评价或产能评价必须的实际的井组生产数据及相关的工程参数。D.生产井——以施工高质量井和获得高产气井为主要工程目的

第58页：前言1.3设计依据本设计是在

1.前言1.3设计依据本设计是在以往大量的煤田地质勘探成果和煤层气资源评价以及勘探开发基础上进行的，本设计所依据的主要资料有：井田煤田地质详查报告井田煤田地质精查报告煤层气参数井和煤层气生产试验井成果煤层气勘探开发成果等

第59页：4地质背景地层构造煤系煤层等

1.前言1.4地质背景地层构造煤系煤层等

第60页：前言1.5采用技术标准国家标

1.前言1.5采用技术标准国家标准GB/T19559—2004煤层气含量测定方法煤的高压等温吸附实验方法（容量法）GB/T19560—2004企业标准煤层气钻井工程质量验收评级标准煤层气钻井工程作业规程煤层气地质录井作业规程煤层气测井作业规程煤层气井注入/压降试井技术规范煤层气井压裂技术规范煤层气井排采工程技术规范

第61页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.1完井原则与井深设计考虑到排采过程中需要留有一定砂袋，因此煤层气井完井基本原则是钻至最下一个目的煤层底界之下40～60m完钻

第62页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.2钻遇地层预测与故障提示根据本区地层条件，预计钻遇的主要地层如表所示。各井预想柱状图见“井身结构与预想柱状图”。表晋城预计钻遇的主要地层及钻井工程故障提示表故障提示代号地层组统系防塌、防漏、防斜Q第四系防斜、防漏、防涌P2s上石盒子组上统二叠系P1x下石盒子组下统P1s山西组C3t太原组上统石炭系C2b本溪组中统防漏、防涌O2f峰峰组中统奥陶系

第63页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.3地质录井设计地质录井执行《煤层气地质录井作业规程》。煤层气井钻井过程中的地质录井应包括以下几个方面：1岩煤屑录井非煤系地层每2～4m捞取1包；煤系地层每1～2m1包；目的层段（煤层）每0.5m1包。

2钻时录井非煤系地层每1～2m记录1个点；煤系地层每0.5～1m记录1个点；目的层井段每0.1m记录1个点。3钻井循环介质录井准确记录测点井深的钻井循环介质性能资料，如钻井循环介质的类型、密度、粘度、失水量、泥饼、切力、pH值、含砂量、氯离子含量等

第64页：地球物理测井

煤层气开发理论与技术地球物理测井将执行《煤层气测井作业规程》。煤层气井测井包括：裸眼标准测井裸眼综合测井固井质量检查测井等。2.地质设计2.4地球物理测井设计

第65页：双侧向测井

双侧向测井

• 煤层气开发理论与技术
• 双侧向（DLL）
• 自然电位（SP）
• 自然伽马（GR）
• 双井径（CAL）单位：Ω.m单位：mv单位：API单位：cm2.地质设计2.4地球物理测井设计1）裸眼标准测井裸眼标准测井是对全井进行测井（深度比例为1:500），用以划分地层，判别岩性。裸眼标准测井的测井项目有：

第66页：双侧向测井（续）

双侧向测井（续）

• 煤层气开发理论与技术
• 双测向（DLL）
• 微球形聚焦（MSFL）
• 自然伽马（GR）
• 自然电位（SP）
• 双井径（CAL1）（CAL2）
• 补偿密度（DEN）
• 补偿中子（CNL）
• 补偿声波（AC）
• 井温（TEMP）（连续曲线）单位：Ω.m单位：Ω.m单位：API单位：mv单位：cm单位：g/cm3单位：P.U.单位：μs/m单位：℃2.地质设计2.4地球物理测井设计2）裸眼综合测井裸眼综合测井是对煤系地层和认为有必要的其它井段进行更细致的测井，用以进行岩性分析、划分煤层及夹矸、划分和判断含水层等。裸眼综合测井的测井项目为：

第67页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.4地球物理测井设计3）固井质量检查测井固井质量检查测井是在固井后进行的全井段地球物理测井，测井的主要项目为声幅、自然伽马、套管接箍测井、声波变密度测井

第68页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.5取芯与分析测试样品设计煤层气参数井的工程目的主要是通过取心分析和测试，取全取准煤层厚度、煤层埋藏深度、煤岩煤质、煤层气含量、煤的吸附常数与等温吸附曲线、煤及其顶底板的力学性质、储层压力、煤层渗透率、原地应力等主要煤储层参数，为开发项目提供储层资料

第69页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.5取芯与分析测试样品设计1）取芯设计与岩煤芯录井岩、煤芯录井是对取心钻进中钻取的岩、煤芯进行分层、鉴定、描述，达到建立岩性剖面目的。煤芯到达井口后的出筒、丈量、拍照、装罐等时间不大于10min

第70页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.5取芯与分析测试样品设计2）测试分析样品设计根据煤层气参数井的工程目的，煤芯样主要测试项目：煤层含气量测定（直接法）及气组分析；工业分析、固定炭、真密度、视密度、元素分析等煤质分析；煤岩显微组分和矿物含量测定、镜质体反射率测定煤岩分析；等温吸附等温吸附实验；抗压强度、剪切模量、杨氏模量、泊松比等力学性质等。

根据测试需要，煤样的采集一般每0.5m采集1个煤层气含量测定样品，每层煤采集1～3个等温吸附样品和其它测试分析样品

第71页：煤层气开发理论与技术样品数分

煤层气开发理论与技术样品数分析测试项目序号合计**号煤层**号煤层煤层气含量测定1气体成分分析2等温吸附试验（平衡水条件下）3煤的工业分析4煤岩显微组分定量分析5镜质组反射率测定6煤的真密度、视密度7煤的元素分析8煤的岩力学性质9煤层顶板孔隙度10煤层顶板渗透率11煤层顶板岩力学性质12煤层底板孔隙度13煤层底板渗透率14煤层底板岩力学性质152.地质设计2.5取芯与分析测试样品设计表单井样品采集数量及分析项目计划表

第72页：地质设计

地质设计

• 煤层气开发理论与技术2.地质设计2.6煤层气试井设计1工程目的
• 了解主要煤层的裂隙发育情况和煤层渗透率
• 了解钻井过程中钻井液对煤层的伤害程度
• 了解主要煤层的地层压力及其边界
• 了解主要煤层的原地应力状况2测试项目
• 注入/压降试井
• 原地应力测试

第73页：地质设计

地质设计

• 煤层气开发理论与技术2.地质设计2.6煤层气试井设计3）测试应获取的主要参数
• 煤层渗透率
• 储层压力及储层压力梯度
• 原地应力及应力梯度
• 破裂压力、闭合压力
• 表皮系数
• 调查半径
• 储层温度等

第74页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.6煤层气试井设计4）测试方法选择根据该区的煤层渗透性，采用注入/压降试井方法进行测试是目前最适宜的测试方法。注入/压降试井的主要优点是：a.流体的注入提高了地层压力，保证了在测试过程中为单相流；它适用于负压、正常压力和超压等各种情况的煤层气井；b.不需要井下机械泵送设备，简化了操作步骤，降低了成本；c.可以用标准试井分析方法来分析，结果比较可靠；d.探测半径较大，时间相对较短

第75页：地质设计

煤层气开发理论与技术2.地质设计2.6煤层气试井设计当然，注入/压降试井也存在不同程度地伤害煤储层和易造成井筒附近煤层出现微破裂问题。造成储层伤害的主要原因是：其一，由于注入的流体可能与地层的化学环境不相容，发生反应；其二，有可能注入了会堵塞储层孔隙的微粒，因此把取自被测试层位的地层水回注到测试井中是最理想的，至少应当采用与地层和气藏流体相容的淡水。

如果注入过程中排量控制不好，容易使井底压力超过测试层的破裂压力，就可能会压开地层，产生裂缝，这种裂缝的产生被认为是自然渗透率或井筒伤害的假象，使测试结果不可靠。因此在注入压降过程中一定要保证井底压力低于地层破裂压力

第76页：收集资料并

煤层气开发理论与技术2.收集资料并进行钻井工程条件研究分析3.学习有关国家和地方法律法规根据要求制定设计原则可要求6.优化钻井工艺技术4.井身结构设计7.钻井设备优化组合设计8.钻井循环介质优化及钻头水参数设计9.钻柱设计11.取心设计10.固井设计12.工序安排13.制定健康、安全与环境管理措施1.认真研究、理解地质目的和工程任务，地质设计5套管柱设计煤层气钻井工程设计步骤示意图3.工程设计3.1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，任何煤层气井钻井工程设计必须按照如下步骤进行设计

第77页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.2井身结构设计1井身结构设计依据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。2井身结构设计程序井身结构设计程序应参照图2-4流程进行，但在实际设计中应根据具体地质条件综合考虑各方面的因素作相应补充和完善

第78页：煤层气开发理论与技术图煤层气

煤层气开发理论与技术图煤层气钻井井身结构设计流程图确定最优生产套管规格和下深确定一开井径和深度确定合理表层套管规格和下深确定套管结构和井身结构确定三开井径和井深确定二开井径和井深3.2井身结构设计工程任务与钻井工程条件分析（生产因素、地质因素、其它因素）3.工程设计

第79页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.2井身结构设计（3）井身结构设计原则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。采用的所有钻井工艺技术应有利于保护煤储层。充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地），以实现安全、优质、快速、低成本钻井。

应尽可能地简化井身结构，以降低成本和避免工程失误。通常情况下，煤层气生产和试验井井身结构宜采用表2-10所示结构（图2-5），根据生产需要可采用更大直径的套管。地层条件复杂情况下，可采用表2-11所示的井身结构设计

第80页：煤层气钻井井身结构表

套管尺寸套管类型钻头尺寸开钻程序ф表层套管ф一开ф技术套管ф二开ф139.7（ф177.8）mm生产套管ф三开煤层气开发理论与技术套管尺寸套管类型钻头尺寸开钻程序ф244.5mm表层套管ф311.1mm一开ф139.7（ф177.8）mm生产套管ф215.9mm二开表2-11复杂地层条件下煤层气钻井井身结构表3.工程设计3.2井身结构设计表2-10煤层气井常规钻井井身结构表

第81页：通常情况下

煤层气开发理论与技术通常情况下，煤层气井生产套管宜采用ф139.7mm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ф118mm）。井身结构选择设计参照煤层气钻井优选套管与钻头匹配关系执行。

3.工程设计3.2井身结构设计

第82页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.3钻井循环介质设计1钻井循环介质设计依据应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，最后确定钻井循环介质类型、密度等技术指标及其允许使用范围。

2煤层气井钻井循环介质设计应包括以下主要因素（不局限于这些因素）尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层稳定和保护井壁，平衡地层压力，以保障钻进施工安全润滑、冷却钻头

第83页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.3钻井循环介质设计（3）钻井循环介质优选原则取心、裸眼测试的参数井、试验井及生产井，选用清水、无粘土钻井液或优质钻井液；生产井，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

第84页：钻井液性能匹配参数

煤层气井钻井液匹配参数一览表：下表列出相关数据。

第85页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.3钻井循环介质设计降低失水量：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，必须使用降失水剂来控制中压失水在9ml以下。酸碱值要适当：一般pH值应控制在8～8.5之间。

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。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，再配备使用好固控设备除去有害固相，保持低密度。

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

第86页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.3钻井循环介质设计泡沫钻井循环介质（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，参照有关标准进行设计。气体钻井循环介质（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，有利于防止对煤储层的污染，参照有关标准进行设计

第87页：4取心设计常规井径取心钻具组合

煤层气开发理论与技术3.4取心设计常规井径取心钻具组合：φ215mm取心钻头+φ178mm绳索式半合管取心工具+φ177.8mm钻铤（内径≥95mm）6根+φ127mm钻杆（内径≥95mm）+133.3mm方钻杆。小井眼取心钻具组合：φ118mm(或φ95mm)取心钻头＋φ118mm(或φ95mm)扩大器＋φ90mm绳索式半合管取心工具。

煤层顶、底板及煤层可采用PDC取心钻头、硬质合金取心钻头或金刚石取心钻头。取心参数应结合现场实钻煤层特征具体制定，推荐参数见下表。表2-14煤层气井绳索取心施工工程参数排量（L/s）转速（r/min）钻压（kN）井段6～840～5020～50煤层段10～1560～6540～60非煤层段3.工程设计

第88页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.4取心设计为使煤芯中气体损失量最小，应选用绳索式半合管取心工具取心，亦应保证岩煤芯直径大于60mm。为减少煤芯在起出过程中的气体损失量，提升时间限定为：井深1000m以浅，取心内筒从提心开始至出井口时间小于20min，从出井口到煤芯装罐完时间小于10min。

井深1000m以深，取心内筒从提心开始至出井口时间不大0.02min/m×H(H为井深,m)

第89页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.5固井工程设计套管串结构设计参照SY/T5724套管串结构设计标准。套管串结构设计必须满足地质设计要求。套管柱强度参照SY/T5322标准进行套管柱强度设计。设计时要综合考虑内应力、挤应力、拉应力等三种应力及完井和增产作业的需要。

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。套管柱附件要求：浮鞋、浮箍要满足SY/T5618规定的要求。扶正器的数量参照SY/T5334规定的方法进行计算。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

第90页：工程设计

煤层气开发理论与技术3.工程设计3.5固井工程设计煤层气井固井施工设计格式，参照SY/T5411标准进行设计。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)水泥浆密度计算方法：ρC=Fd/10-100Po/hw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；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4—5MPa；hw——煤层气井垂深,m