煤层气01钻井工程设计说明.docx
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煤层气01钻井工程设计说明
恩洪煤田煤层气勘探EH-01井
钻井工程设计
1设计依据
主要依据：
1）中联煤层气有限责任公司《省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》；
2）《恩洪煤田清水沟井田地勘报告》；
3）本勘探区与相邻勘探区以往钻探施工经验；
4）现有煤层气钻探施工设备、人员、技术状况实际。
2基本数据
●钻井名称：
EH-01
●钻井性质：
煤层气参数井兼生产试验井
●设计井位：
市东山镇咱得村北，清水沟井田北部15勘探线上1501号钻孔以东125m处。
●设计坐标：
X2802050
Y18412825
Z2005
●设计井深：
660m
●目的煤层：
P2l组C9、C16、C21b号煤层。
●完钻层位：
C21b号煤层以下50米，下二叠系、峨眉山玄武岩组。
●完井方式：
套管完井。
3钻井目的
1）获取系统可靠的目标煤层的储层参数，主要包括煤层厚度、埋深、煤岩及煤质特征、割理和裂隙发育程度、含气量、含气饱和度、等温吸附曲线、渗透率、储层压力、原地应力、煤层顶底板岩石的力学性质等参数；
2）评价该区煤层气地质条件、储层特征、资源分布与开发条件。
3）根据分析、测试资料决定是否对参数井进行扩孔改造，变成生产试验井，对目标煤层进行压裂排采试验，以获取煤层气井生产数据；
4）根据排采试验成果，评价该区煤层气勘探开发潜力和开发试验的可行性。
4技术要求
4.1钻井液性能使用要求
储层压力一般随埋藏深度的增加而增大。
根据区域地质、煤田地质资料，预测该区煤储层压力梯度在10—12kPa/m之间。
据此可对钻井液及各项工程参数进行调整，维持衡钻进。
根据该区构造复杂、断层多，煤层层数多、厚度大、倾角大的特点，如何有效的保持井壁的稳定性又能尽量减少钻井液对煤储层的伤害，从而确保EH—01井能真正达到钻井目的。
对该井钻井液性能使用要求如下：
1）开孔至第一目标层以上10米，采用泥浆钻井，以便起到良好的护壁作用；
2）从第一目标层开始，要求采用清水钻进，以达到：
●最大限度地减少钻井液对煤层的污染；
●保证试井工作的顺利进行，以获取准确的储层参数。
4.2钻井质量要求
根据该井钻井目的和任务，要求井身质量：
最大全角变化率不得大于10/30m，全井井斜不得超过30，井底最大位移不得超过10m，井径扩大率小于20%。
4.3钻井取芯要求
根据该井钻探施工目的和任务，全孔采用绳索取芯，以确定地层层位和倾角；煤芯是获取含气量等参数的主要来源，所以，取芯工艺是关键环节。
为保证取芯成功，并保证各项分析测试成果的正确性，特对该井取芯做如下要求：
●煤芯的采取必须采用绳索取芯技术；
●煤芯的采取必须采用半盒式取煤管；
●煤、岩芯采取率均不得低于80%；
●煤芯采取结构完整，不污染、不磨烧变质；
●为避免钻井液对煤层的污染，钻取煤层时应采用清水、低排量钻进；
●为确保煤层含气量测定数据的准确性，煤芯钻取提钻应尽量迅速，要求从开始钻取煤芯到煤芯提至井口时间不超过20分钟；
●钻探施工井队必须做好见煤预告，见煤前应及时通知甲方现场地质监督和工程监督以及分析测试等人员，提前做好各项准备工作；
●为减少煤芯在空气中的暴露时间，要求煤芯到达地面后进行照相，并在10分钟装入事先检验好的煤层气解吸罐中，并立刻开始进行现场解吸；
●在煤系层段取芯应作好煤、岩芯的地质编录工作，编录容除煤田地质所要求的容外，还应特别注意观察、记录煤芯和煤层顶、底板岩芯的裂隙发育特征。
岩芯要洗净、编号、妥善保存。
5施工设计
5.1施工程序
为保证参数井试井安全和获得真实的煤层渗透率、储层压力等实测储层参数，并为改扩成煤层气生产试验井的压裂、排采作好必要的准备，整个钻井的施工分以下两个步骤进行：
1）参数井采用全井绳钻满眼取芯钻进，钻到第一目标层以下2—3米，进行电测井径和试井；钻到第二目标层、第三目标层以下2—3米，分别进行电测井径和试井。
2）根据试井、测井分析结果，如果获得的储层参数显示具有开发潜力，则采用Ф215.9mm口径扩井，至C21b煤层底板以下50米，下入Ф139.7mm生产套管并固井。
5.2井场布置
本着少占地又方便施工的原则，井场布置紧凑、有序、明快。
造成一个好的施工环境。
面积约为1500m2，见图1。
5.3钻井工艺
根据《省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》和EH—01井地质设计要求，鉴于该区地质构造复杂，断层发育，煤层多、厚度大、倾角150º—300、稳定性差，因此，在这种复杂的地质条件下，吸取以往勘探区钻井施工经验教训，参数井阶段，为取准取全第一性资料，确保钻井打直，保证地质和试井成果质量，主要采用金刚石绳索取芯满眼钻进。
进入生产试验井阶段，采取Ф215.9mm锒齿无芯牙轮钻头和金刚石无芯钻头强力钻进，扩孔成井。
5.4井身结构
参数井:
Ф130mm孔径开孔,穿过基岩20m,孔深0－30m下Ф108mm外接箍套管护孔导向，换Ф89mm孔径金刚石绳索取芯钻进至孔深660m。
生产试验井：
起出Ф108mm套管。
Ф311mm扩孔至孔深30m，下入Ф244.5mm套管，固井，水泥返高至地表。
井口水泥封闭。
换Ф215.9mm牙轮钻头扩井至井深660m，下入Ф139.7mm生产套管、固井，完井。
（井身结构见图2）
5.5钻井设备
1）参数井阶段：
钻井工艺主要绳索取芯钻进，钻井设备为煤田钻探TK—3钻机及其配套水泵、柴油发电机组系列等，详见表1。
2）生产试验井阶段：
图1井场布置图
钻井设备为GZ钻机系列，见表2。
绳索取芯钻进主要设备表1
序号
名称
型号及
规格
数量
负荷或
功率
制造厂家
出厂时间
使用
年限
1
钻机
TK—3
1台
37KW
煤机厂
2000.5
10
2
泥浆泵
NBB—250/60
1台
30KW
煤机厂
2000.5
10
3
发电机组
6135
2台
75KW
柴油机厂
1999.10
10
4
绞车
SJ—1500
1台
7.5KW
上海
1999.10
10
5
除砂器
JSN—2B
1台
公司
1998.6
5
6
除泥器
WL—260
1台
7.5KW
公司
1998.6
5
7
钻塔
TA-70/27m
1台
石家庄
2000.5
5
8
泥浆测试仪
1套
青岛
2000.5
10
钻井施工的主要设备及配套设备表2
序号
名称
型号
数量
制造厂商
出厂时间
使用年限
1
钻机
GZ—2000
1台
煤机厂
2000.5
10
2
转盘
660mm
1台
煤机厂
2000.5
10
3
游车大钩
70t
1台
煤机厂
2000.5
10
4
水龙头
CH—125
1台
煤机厂
2000.5
5
5
主机动力机
6V135
1台
柴机厂
1999.10
10
6
泵组动力机
12V135
1台
柴机厂
1999.7
10
7
发电机
6V135
1台
柴机厂
1998.8
10
8
发电机
4V135
1台
潍坊柴机厂
2000.5
10
9
振动筛
2S2*1.15/3P
1台
宝石厂
1998.10
8
10
井架
TA—70/27
1套
煤机厂
2000.5
10
11
泥浆泵
TBW1200/7B
1台
煤机厂
2000.5
10
12
测斜仪
单点式
1套
上海
1998.10
10
13
泥浆仪器
1套
青岛
2000.5
10
14
液压钳
1000型
1台
如东
1999.7
8
15
油罐
15m3
1个
公司
2000.5
8
16
电焊机
300型
1台
天津
2000.5
8
17
1部
北京
2000.5
18
钻杆
89mm
800米
日本
1998.1
6
19
钻铤
121mm
180米
日本
1998.1
5
20
值班房
18m3
1栋
公司
1999.5
5
21
监理房
18m3
1栋
公司
1999.5
5
22
工具房
15m3
1栋
公司
1999.5
5
23
电脑打印机
各1台
联想集团
2000.5
5
5.6钻具配置
1）参数井阶段：
采用SQ系列绳索取芯钻具。
钻具结构Ф89mm钻头+Ф89mm扩孔器+Ф84mm岩芯管+Ф81mm钻杆+Ф90mm主杆。
绳钻具体规格见表3。
钻具结构见图3。
SQ绳钻技术规格表表3
钻头
扩孔器
外管
管
钻杆
主杆
外径mm
径mm
长度mm
外径mm
径mm
长度mm
外径mm
径mm
长度mm
外径mm
径mm
长度mm
外径mm
径mm
长度mm
外径mm
径mm
长度mm
89
57
89
89.5
70
184
84
70
3230
66
60
2997
81
70
3000
90
53
6000
2）试验井阶段:
Ф311.1mm钻头+Ф121mm钻铤+133.4方钻杆,见图4。
扩孔成井:
Ф215.9mm钻头+Ф121mm钻铤12根+Ф89mm钻杆+133.4方钻杆。
从下至上第一根下部及第二根钻铤上部各加Ф214mm螺旋稳定器1个，以防井斜。
见图5。
5.7钻头选择
1）参数井阶段；按岩石可钻性级别，选用以下孕锒金刚石钻头。
①可钻性在5级以的岩层选用Ф89mm同心平底三环尖齿钻头。
②可钻性在3级以的岩层选用Ф89mm同心两阶梯尖环齿钻头。
③可钻性在7—11级的岩层选用Ф89mm同心平底半圆弧唇面自磨锐钻头。
④煤层选用同心尖环齿底喷钻头。
钻头性能参数见表4。
金刚石钻头性能参数表表4
序号
钻头
性能参数
名称
外
径
mm
径
mm
胎体硬度HRC
工作层厚mm
保径聚晶粒
水
口
个
金刚石
品级JR
粒度目
浓度%
1
三环尖齿
89
57
30-35
4.5
40
8-10
5
46-60
100
2
二三环交错齿
89
57
35-38
4.0
32
8
4
46-60
75
3
阶梯尖环齿
89
57
30-32
4.5
40
10
5
46-60
100
4
尖环齿底喷
89
57
30-32
4.5
32
8
5
46-60
100
5
同心平底半圆弧
89
57
28-30
4.5
40
8-10
5
46-60
100
2）试验井阶段：
开孔钻头Φ311.1mm，型号XHP2
扩孔钻头Φ215.9mm，型号XHP3
5.8钻井液
根据中联公司对钻井液使用的要求，结合近年来煤层气钻井施工冲洗液使用的成功经验，本井采用PHP—HPAN不分散低固相泥浆；煤系上覆层段采用低固相钻井液，煤系地层采用无固相钻井液，采煤清水。
各井段钻井液性能见表5。
各井段钻井液性能指标表表5
井段
密度
粘度
胶体率%
失水量
ml/30min
固相
含量%
含砂量%
PH值
泥饼厚mm
漏斗
塑料
表层
1.05-1.08
30-40
20-30
>98
4-8
7
<4
9
1-2
非煤层
1.03-1.05
18-22
15-20
>98
8-10
<6
<2
8-7
<0.5
煤系
1.01-1.02
16-18
16-18
>80
15-20
<1
<1
8-7
<0.4
坍漏
1.02-1.03
25-28
25-28
>98
10-12
<4
<2
8-7
<0.5
泥浆配方与性能表表6
泥浆名称
配方
主要性能
粘土
%
纯碱
%
CMC
%
HPAM
%
PHP
PP%
KHm
%
粘度
S
相对
密度
失水量ml/30min
泥皮mm
pH
PAM泥浆
3-4
3-5
0.2-
0.3
0.2-
0.3
100-400
0.3
18-25
1.02-1.05
7-10
<0.5
8-9
●泥浆配制：
选用优质膨润土作为造浆材料，造浆率大于10m3/T。
制成的基浆失水量应低于20ml/30min。
配浆水选用软水或矿化度低的清洁水。
配制过程中，首先把钙质膨润土加入一定量的纯碱并加水搅拌均匀，预水化使用其转化为钠质膨润土。
然后，用水解度30—70%，分子量大于100万的聚丙烯酰胺和其他处理剂，以提高造浆能力和粘度，降低失水量，直到失水量不再下降时，停止加高聚物。
最后将泥浆稀释到所需的固相含量即可。
水解聚丙烯酰胺应稀释成水溶液使用。
钻进过程中，要不断地补充水解聚丙烯酰胺溶液以补充沉除钻屑时的消耗。
钻井液循环系统，长度大于15m，泥浆池2个，规格2×3×1.6m，沉淀池2个，规格1.5×1.5×1.5m。
循环槽断面规格0.4×0.3m。
钻井液循环系统布置如图示
●钻井液的管理
选配优秀的泥桨管理人员，负责现场钻井液的配制、测定、调整和仪器、材料的保管。
配齐钻井液性能测仪器。
井场配泥桨工程师统一管理。
每次开钻前，钻井液性能必须调整到设计要求的围。
每2小时测量一次钻井液密度和粘度，8小时测量一次API全套性能。
井下情况复杂时要加密测量，并填入班报表。
进行钻井液大型处理前心须做小型试验。
井场配小型试验室。
钻井液处理剂选用具有产品合格证的优质产品。
送到井场后，必须认真检验，并备有检验报告可查。
井场存放时注意防潮防变质。
钻井过程中，尽量保持钻井液压力与地层压力平衡，维持衡钻井。
无芯钻进时，实施二级除砂净化，绳索取芯钻进应用除泥器，达到三级净化。
井场及时、准确，取全钻井液录井资料。
按〈煤田钻探规程〉做好简易水文观测，并记入班报。
5.9钻进参数
根据钻井钻遇地层可钻性、井深、井径和不同工艺方法，合理选择钻进参数。
1）参数井绳索取芯钻进参数见表7。
绳索取芯钻进参数表7
井 段
m
井 径
mm
钻 进 参 数
备注
钻压
kg
转速
r/min
泵量
l/min
泵压
kgf/cm2
0-360
Φ89
1000-1500
396-778
80-150
20-60
361-500
Φ89
800-1200
318-396
80-150
30-60
501-660
Φ89
800-1100
318-396
80-150
30-60
煤 层
Φ89
800-1000
257-318
40-80
30-60
2）试验井大径扩孔钻进参数见表8。
扩孔钻进参数表8
井深
m
井径
mm
钻 进 参 数
备注
钻压
KN
转速
r/min
泵量
L/min
泵压
MPa
0-30
Φ311
30-40
40-75
900-1200
1.5-2
31-660
Φ215
30-80
68-110
800-1300
2-5
5.10岩、煤芯采取
取芯是煤层气勘探评价孔的重要任务之一，是研究煤岩层的基本方法，也是测定分析煤层气含量、煤的等温吸附试验等储层参数的必要条件。
为了保证岩、煤芯采取质量，按下述要求执行：
1）根据岩、煤层情况选择适用的绳索取芯器。
取芯器应具有单动、定位、悬挂、管保护、调节、扶正、岩芯堵塞报警、打捞安全脱卡和管到位报信装置。
此外，取芯工具应是半合式筒。
2）下钻前必须对取芯器进行全面检查。
取芯器应单动灵活、水路畅通，管与钻头间隙适宜。
取芯工具入井时，应认真丈量记录好钻具长度，量准确方能下井。
3）钻达目的层前，按采煤要求进行2—3次试取芯，以确定地层和调整取芯参数。
4）正式取煤前，应做好动员及人员分工，如煤芯丈量、煤芯观察描述、煤芯照相、解吸测试及设备等。
5）根据岩层性质选用钻头，钻头与卡簧配合尺寸要合理。
钻头径与卡簧的自由径必须合理配合。
一般卡簧的自由径比钻头径小0.3mm左右为宜。
现场应配备大、中、小三种尺寸的卡簧以供选配。
6）严禁将弯曲钻杆和弯曲超限的外管总成下入孔。
回次进尺不得超过管容纳长度，以减少震动破碎堵塞和磨损岩芯。
7）依据岩石物理力学性质及孔深等因素选用适宜的钻头品种和结构型式。
钻进煤层时，用底喷式钻头。
8）合理选用钻进技术参数。
推荐使用的钻进技术参数：
钻压：
8—12KN；转速：
180—300r/min，泵量：
80—120L/min。
9）钻进松散、破碎岩层时，应采用较低转速，小泵量，并限制回次进尺时间和进尺长度。
10）下达见煤预告书后，严格执行守煤制度和机班长负责操作制，做到准确判层。
11）在煤层顶板中钻进，要严格控制管总成到位后才能扫孔钻进，防止形成打“单管”现象。
12）必须严格执行“见软就提钻”制度。
煤层顶板坚硬时，必须捞净岩芯后方可钻进煤层。
第一个回次进尺应控制在0.4—0.5mm，以观察取煤钻具装配是否得当，钻进技术参数是否合理，以便采取措施。
13）严格执行“进尺缓慢就提钻”打捞岩芯，防止钻进煤层顶板岩芯堵塞在卡簧处不能顺利进入管，而打丢打薄煤层。
14）为了便于卡芯，在回次终了前开一段慢速，使岩芯变粗。
15）适当控制打捞速度，以防产生抽吸作用，影响井壁稳定。
提升速度60—90米／分为宜。
16）做好判层工作，准确记录见软、见硬深度。
17）选取适用的底喷钻头，根据煤层性质调节外钻头间隙。
18）除每100m丈量钻具外，见煤、止煤丈量钻具，及时排除井深误差。
5.11钻井防斜
1）钻塔、钻机安装底盘牢固、水平、周正。
为防止地基下沉，钻塔四脚打水泥墩，长×宽×高 1.2×1.2×0.7m。
钻机在滑轨上不得松晃。
钻塔、立轴，井口必须三点一线。
2）严格按设计钻具组合配备钻具，并选用钢性好、不弯曲、不偏磨的钻具。
3）开孔时应采用相对小的钻压。
4）选择适宜的钻头和合理的钻进技术参数，钻进压力不可过大，破碎带，软硬互层尤应注意。
5）生产试验井扩孔时，每个单根钻完后要进行1—2次划眼，以保证井壁规正、光滑。
6）井深每100m测斜一次，发现井斜及时采取措施纠斜。
7）换径时应带导向，以防偏斜。
8）提下钻具应轻提轻放，不得碰撞。
下钻遇阻时，不能猛墩强扭钻具，以防钻具弯曲，造成孔斜。
9）岩芯堵塞时立即打捞筒，不得强行加压钻进，以防孔斜。
5.12复杂地层钻进
根据相邻勘探区施工情况和地质资料分析，本井不能排除发生涌、漏水和翻坍的可能。
因此应严格按钻进规程要求操作，防止人为因素造成涌、漏、翻坍；泥浆工应随时观察井口返浆情况，按时测定钻井液性能，发现异常情况及时采取措施处理。
遇涌、漏水时，记录涌、漏水层位、深度及水位变化情况。
做好充分的压涌、堵漏的物质准备。
1）涌水处理
处理涌水前首先必须测定涌水压力，计算出所需泥浆的密度。
压住涌水后，控制适当的泥浆密度，保持平衡钻进，直至钻穿含水层。
2）漏水处理
根据不同的漏失层位和漏失情况，选用适合的堵漏方法，目前常用和行之有效方法有惰性材料堵漏、粘弹性材料堵漏和水泥堵漏等。
可用锯沫堵漏，锒嵌剂堵漏，801堵漏剂、191树脂堵漏及高压注水泥浆堵漏等项措施，确保施工顺利进行。
3）翻坍，缩孔处理
●严格控制钻井液失水量，保持钻井液稳定，按钻井液配方，配制钻井液。
●注意观察岩芯岩性，结构，地层构造和钻井液性能变化，随时调正钻井液性能指数。
●备足钻井防坍剂、降失水剂，迂翻坍，缩径地层，及时调正钻井液性能。
●清水采煤，发现严重翻坍，需加防坍剂，制止坍孔，保证取芯和正常钻进。
●不稳定地层钻进，提升钻具，需回灌钻井液，保持钻井压力平衡，防止翻坍。
●适当控制升降钻具和打捞岩芯速度，减少压力激动对井壁的破坏。
5.13安全措施
1）认真贯彻安全第一，预防为主的方针，搞好安全防教育，每周上一次安全技术课。
2）严格执行《安全操作规程》和《安全生产奖惩办法》。
3）坚持文明生产，正规作业，做到现场安装标准化，管理工作制度化，各项操作规化。
4）井队长为安全第一责任者，认真把好安全关，成立井队安全小组，每周进行一次安全大检查，召开安全会议，解决处理有关安全生产事项，及时消除事故隐患。
5）配齐各种安全设施，安全网、罩、拦杆齐全、完好、有效，个人防护用品，上班时必须穿戴整齐。
6）做好防火、防洪、防署、防雷电工作。
严禁明火照明，火炉烘烤易燃物品，配齐灭火器，防火工具，井场挖好排水沟，钻塔安装避雷针。
7）井有异常或设备发生故障时，必须将钻具提到安全井段，及时处理异常，排除故障。
8）预防井喷，如迂井喷征兆，用加重泥浆压井，安装防喷器。
5.14环境保护
1）钻井施工前必须按照甲方施工设计，备好污水排污罐，然后拉到污水处理场所处理。
不准利用农用水渠或池塘存放泥浆、污水、不准靠近农田水井、鱼塘挖排污池。
2）井口必须有放喷管、防喷盒，排液管线出口要加弯头或下倾10度，排出的水、泥浆、化学堵剂等全部进入排污罐，尽量不落地，落地要积极回收。
提高污水回收率，井场作业必须有容器存放，并回收处理。
3）压井施工中必须做到不刺、不漏，施工后清洗设备管线的污水全部排入存储器，全部回收，集中处理。
4）营区取暖锅炉要按装有效的消烟除尘设备。
集体食堂、茶炉要用高效节能炉灶，严禁冒黑烟，防止烟尘污染。
5）营区的生活污水、垃圾要加强管理，集中处理，生产场地地面无垃圾、无油污，施工现场各种器材物品堆放整齐，规格化，做到工完、料净、场地清。
6）要做好废机油、废柴油、原油的回收工作，搞好节约，减少污染。
7）施工单位的工业“三废”要集中回收处理，不得任意排放。
严禁使用渗坑、渗井或稀释等非法手段排放有毒有害物质，以免污染地下水源，如已造成污染，则要采取措施，限期治理。
8）努力减少噪音，凡能产生噪音的震动的机泵、设备，必须因地制宜采取消音、隔音、防震等有效措施，各种车辆不准在厂区、生活区使用喇叭，不准使用高音喇叭进行广播，防止噪音污染。
9）井场的带菌污水及垃圾要经过消毒处理，不得污染环境。
5.15施工周期
1）参数井阶段
施工周期42天，详见表9
EH—01井参数井施工进度计划表表9
序号
井段
作业容
天数
累计天数
注
1
0—30
Ф130m开孔下
Ф108m表套导向管
1.5
1.5
2
30—500
绳钻取芯钻进
14
15.5
3
500—555
绳钻采C9煤、测井、试井
6.5
22
4
555—600
绳钻采C16煤、测井、试井
6.5
28.5
5
600—630
绳钻采C21b煤、测井、试井
6.5
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