[發(fā)明專利]雙循環(huán)接力式煤層鉆井方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310755047.4
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103670271A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇;胡書寶;倪元勇;劉永峰;李躍奇;李立昌;蔣海濤;王風(fēng)銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號(hào): E21B7/00
• 分類號(hào): E21B7/00;E21B21/12
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 陳昌娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤層氣鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙循環(huán)接力式煤層鉆井方法。

背景技術(shù)

目前，在煤層氣勘探開發(fā)中，國內(nèi)外鉆井工藝一般都采用鉆水平分支井和排采井相結(jié)合的方式。參見圖1，目前鉆完井主要流程如下：

1、鉆排采井：一次開鉆（以下簡稱“一開”）鉆完井、下套管后固井，然后二次開鉆（以下簡稱二開）鉆完井、下套管后固井，之后擴(kuò)煤層洞穴；2、鉆水平分支井，在進(jìn)入水平段之前下套管并固井，再用鉆桿底帶鉆頭打一段水平裸眼井，通過定向技術(shù)穿過排采直井后，在煤層水平面上打不同數(shù)量的分支井；3、注水泥塞，封水平分支井井口；4、利用排采井下泵，排水及生產(chǎn)煤氣。

上述方法中，排采井主要起到兩個(gè)作用：一是完鉆后排水和生產(chǎn)煤氣，二是在鉆水平分支井過程中注空氣，協(xié)助鉆井液攜砂和欠平衡。這種靠排采井注氣來增加循環(huán)攜砂能力的方法會(huì)導(dǎo)致井口壓力和返出液的不穩(wěn)定，加劇煤屑沉淀和卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)踐證明有較大的副作用。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，華北油田公司近5年來完成的48口分支井中，只有14口順利，有14口發(fā)生垮塌埋鉆具事故，損失折合費(fèi)用約兩千萬人民幣。事故原因主要如下：1、煤層埋深淺（垂直深度＜700m），成巖性差，易垮塌掉塊，這是自然屬性；2、在水平分支井第三次開鉆鉆裸眼過程中，由于鉆桿套管之間環(huán)空大（間距33.0mm），鉆井液返速低，當(dāng)煤屑濃度高時(shí)，不足以把全部煤屑循環(huán)出井口，造成煤屑堵塞環(huán)空，加之煤層承壓能力又很低，極易被壓漏，造成井口失返，煤屑會(huì)快速沉淀而埋死鉆具；3、排采井注空氣時(shí)，除了形成混氣鉆井液、降低井內(nèi)回壓（即欠平衡）作用外，還借助氣本身膨脹來幫助攜砂。但是，由于裸眼井壁不規(guī)則，在大井眼處形成氣腔，壓力低時(shí)不能與鉆井液混合，壓力達(dá)到一定值后突然釋放，會(huì)出現(xiàn)注氣壓力和井口返出量周期性波動(dòng)，從而加劇了井壁垮塌和卡鉆。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于煤層氣的勘探開發(fā)作業(yè)的煤層鉆井方法，以解決排采井空氣循環(huán)不穩(wěn)定和環(huán)空大、返速低以及攜砂能力弱的問題，同時(shí)又能消除排采井注氣煤層易垮塌的影響，減少或杜絕卡鉆事故發(fā)生。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種雙循環(huán)接力式煤層鉆井方法，包括以下步驟：

（1）鉆排采井：在兩次開鉆鉆完井、下套管后固井、擴(kuò)煤層洞穴；

（2）鉆水平分支井：通過兩次開鉆鉆完井，在第二次開鉆完鉆后，下雙層套管，使內(nèi)層套管懸掛在外層套管內(nèi)并居中，且內(nèi)層套管的末端在外層套管的套管鞋以上0.5～10m；在第三次開鉆鉆進(jìn)時(shí)繞過所述排采井，先不連通，在完成水平分支井施工后，鉆通所述排采井；

（3）封井及投產(chǎn)：注水泥塞，封水平分支井井口，利用排采井下泵、排水及生產(chǎn)煤氣。

優(yōu)選的是，在鉆排采井過程中，第一次開鉆采用φ311.15mm鉆頭鉆井，完井后下φ244.5mm套管，之后使固井水泥返至地面；第二次開鉆采用φ215.9mm鉆頭鉆井，完井后下φ177.8mm套管，其中煤層段使用玻璃鋼套管，固井水泥返至200m高，之后下鉆頭，在煤層處擴(kuò)洞穴至直徑0.4～0.7m，然后填砂埋煤層段。

優(yōu)選的是，在水平分支井鉆完井過程中，第一次開鉆采用φ444.5mm鉆頭鉆井，完井后下φ339.7mm套管，固井水泥返至地面；第二次開鉆采用φ311.15mm鉆頭鉆井，造斜點(diǎn)50～600m，下φ244.5mm的外層套管，固井水泥最少返至200m高，之后下φ177.8mm的內(nèi)層套管至所述φ244.5mm套管的套管鞋以上0.5～10m，使之居中但不固井，只作為循環(huán)用，以代替排采井注氣方式，在直井段每3根內(nèi)層套管下一個(gè)扶正器，在斜度段每1根內(nèi)層套管下一個(gè)扶正器；第三次開鉆采用φ152.4mm鉆頭鉆井，在從鉆桿進(jìn)液的同時(shí)，從所述雙層套管之間進(jìn)液，所述雙層套管之間的鉆井液到達(dá)底部套管鞋后上返進(jìn)入鉆桿與所述內(nèi)導(dǎo)套管之間，與鉆井循環(huán)液混合后一起循環(huán)出井口。

本發(fā)明的鉆井方法，由于增加了內(nèi)層小套管，多了一個(gè)液相循環(huán)通道，加之原來的鉆桿循環(huán)，在套管鞋以上就形成了雙循環(huán)。來自水平裸眼段的煤屑到達(dá)套管鞋后依靠雙循環(huán)作用類似接力一樣加速上返，從而提高了鉆井返出液的穩(wěn)定性和返出量，增大攜砂能力，減少或消除了卡鉆事故的發(fā)生。由于不用排采井空氣協(xié)助攜砂，在鉆進(jìn)時(shí)首先繞過排采井（后期再穿通），這樣就避免了排采井循環(huán)過程中煤屑垮塌的影響，更加保證了安全快速地鉆進(jìn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的鉆井井身結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為用本發(fā)明的方法鉆出的鉆井井身結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的雙循環(huán)接力式煤層鉆井方法分為以下三個(gè)階段：