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1、煤层气钻井工程设计的指导原则作业程序和要求1范围本规程规定了煤层气钻井工程设计的指导原则、作业程序和要求。包括钻井工程设计、钻前准备及验收、钻井施工作业、取心施工作业、固井施工作业、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。本标准适用于煤层气勘探开发过程中的参数井、试验井、生产井等钻井工程的设计、施工作业、资料汇交和验收。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期
2、的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T8979污水排放要求GB/T11651劳动保护用品SYZT5172直井下部钻具组合设计方法SY/T5272常规钻井安全技术规程SY/T5322套管柱强度设计推荐方法SY/T5334套管扶正器安装间距计算方法SY/T5396石油套管现场验收方法SY/T5411固井设计格式SY/T5412下套管作业规程SY/T5526钻井设备安装技术、正确操作和维护SY/T5431-1996井身结构设计方法SY/T5618套管用浮箍、浮鞋SYfT5672钻井井下事故处理基本规则SY/T5724套管串结构设计SY/T5876-93石油钻井队安全生产检查规定SY/T5957
3、-94井场电器安装技术要求SY/T5958井场布置原则和技术要求SY/T5964钻井井控装置组合配套规范SYfT6228-1996油气井钻井及修井作业职业安全的推荐方法中第八章和第10.5、10.6款SY/T6283-1997石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南SY5974-94钻井作业安全规程Q/CUCBM0301-2002煤层气钻井工程作业规程3钻井工程设计3.1 钻井工程设计原则钻井是为了达到一定的地质或工程目的，钻井工程设计是根据“地质或工程目的”作出的。但由于钻井技术条件的限制，钻井本身在诸多方面的最优要求与要求达到的目的不完全一致，有时是矛盾的。因此，钻井工程设计应有“地质或
4、工程目的”设计方、钻井工程设计方及相关方共同参加，协调其间的矛盾，使钻井工程设计能在满足地质或工程目的的同时:也能满足当前钻井工程技术条件的要求。3.2 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，任何煤层气井钻井工程设计必须按如下步骤进行选择和设计，详见图1：3.3 钻井工程设计书格式煤层气钻井工程设计按钻井工程设计书格式标准执行。设计步骤如下：（1）认真研究、理解地质目的和工程任务。（2）收集相关资料，并进行钻井工程条件研究。（3）学习有关国家和地方法律法规，根据要求制定设计原则。（4）井身结构设计。（5）套管柱设计。（6）优化钻井工艺技术。（7）钻井设备优化
5、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。（10）固井设计。（11）取心设计。（12）工序安排。（13）制定健康、安全与环境管理措施。图1井身结构设计流程图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。332井身结构设计程序井身结构设计程序应参照图1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。333井身结构设计原则1采用的所有钻井工艺技术应有利于发现，认识和保护煤层气储层，有效地控制异
6、常地层压力，保证井控作业顺利进行。应避免漏、涌、塌、卡等复杂情况的产生（一般应留有余地），实现安全、优质、快速、低成本钻井。充分考虑压力梯度曲线和地层破裂压力梯度曲线。5煤层气井的套管设计是由内向外、由小到大进行设计。通常情况下，生产套管是最内、也是最小的套管，套管设计由生产套管开始逐渐向外设计较大的套管。生产套管宜采用中139.7mm套管；确因产水量大、 套管；风险勘探所施工的 采用小井眼钻井（二开井 118mm）o井身结构选择设层气钻井优选套管与钻头177.8 图2执行：套管和衬管尺239 LI钻头和井径，mm244.5I269.9298.436 后/地层复杂或为提高气水产量，可采用更大直
7、径的 参数井,可J397径小于中LI计参照煤155.6165.1200/匹配关系193.7219.1244.5 / .219.1241.3266.7273298.4349.4 / 3】Ll364.63492406.5508431.8508660.4套管和衬管尺寸，mm钻头和井径，mm套管尺寸，mm钻头和井径，mm套管尺寸，mm钻头和井径，mm图2煤层气钻井优选套管与钻头匹配关系图（图中单位：mm）目前的煤层气生产和试验井井身结构多采用表1的结构。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311.1表层套管244.5二开215.9生产套管139.77地层条件复杂
8、情况下，目前多采用表2的结构表2复杂地层条件下煤层气井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444.5表层套管339.7二开31I.1技术套管244.5三开215.9生产套管139.7进行煤层气勘探的地区，为了取得地层、煤层和储层参数资料和满足经济勘探的目的，可用中95mm或中118mm等较小井眼，对储层等进行绳索取心、测试和测井等。进行综合分析评价后，再判定下步勘查与成井作业方案。9然而有必要对目前的煤层气生产和试验井井身结构进行探索，如采用表1所示结构。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31L1表层套管219.1二开190.5
9、生产套管139.73.4 井口及井控设计3.4.1 煤层气多为低压、低渗气藏，在已往煤炭资源普、详查和勘探过程的钻井施工中，从未发生过井喷。河南省煤炭资源勘查与开发程度较高，在己进行过煤田勘探区进行煤层气勘探开发，根据以往资料煤层气发生井喷的可能性又很小时，一般不安装专门的井控装置，但施工现场应备压井材料，在设计中应执定井控措施。3.4.2 在从未进行过煤田勘探区进行煤层气勘探开发，区内有可能存在高压、高渗储层时，应安装专门的井控装置，现场配备压井材料，设计中应执定详细的井控措施。3.4.3 完井后井口保护装置安装要牢固可靠。安装时生产套管用大勾提引，使其充分伸展后方得固定。3.5 钻井循环介
10、质设计3.5.1 钻井循环介质设计依据应根据地质设计提供的地层压力，煤层结构、岩层的完整性，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包括以下主要因素（不局限于这些因素）：1）完井方法及储层强化方法；2）相关煤层气开发工艺；3）尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层；4）稳定和保护井壁，平衡地层压力，以保障钻进施工安全；5）润滑、冷却钻头及有效携带岩粉。3.5.3 钻井循环介质优选原则：1）取参数的参数井在测试前的储层段钻进时，尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层，以确保所取参数的准确性，
11、宜选用清水、无粘土钻井液或低固相优质钻井液；2）不进行储层强化的裸眼井在揭露储层到完钻阶段，尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层，宜选用清水、无粘土钻井液或低固相优质钻井液；3）进行储层压裂等强化措施的生产井（包括直井和定向井），以稳定和保护井壁，润滑、冷却钻头及有效携带岩粉，特别是防止煤层段井径过大，保障钻井施工安全和相关工艺的顺利进行为主；对减少对煤储层的伤害的要求可施宽。3.5.4 钻井循环介质性能要求,钻井液滤液与地层水的电阻率比值应为35,以满足测井、测试的要求。在构造煤层段，可选用优质粘土加无机盐配制钻井液，钻井液密度应适当增大以平衡坍塌压力,一般不大于1.08gcm3,粘度应适当增
12、大，一般不小于25s。2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。.3酸碱值要适当一般PH值应控制在8-8.5之间。4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制井液。5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，使用好固控设备除去有害固相，保持低密度。6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。7国内煤层气井常用钻井液匹配参数见表3：表3煤层气井钻井液匹配参数性能密度gcm3塑性粘度MP
13、a.s中压失水ml固相含量含砂量枯土含量PH值指标1.031.081520940.31588.5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，有利于减少对煤储层的污染，参照有关标准进行设计。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，有利于防止对煤储层的污染，参照有关标准进行设计。3.6 钻柱设计钻柱设计包括钻头、钻铤、钻杆、扶正器以及井下钻具组合的选择和设计，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，确保高质高效。一般采用三
14、牙轮和PDC钻头，取心钻头应一次达到设计井径。钻铤1.钻铤长度，Hlo式中：加一设计的钻压，KgoWC一空气中每米钻铤的重量，Kgm0尸浮力系数，无量纲，可用下式算得：式中：pl钻铤的密度，g/cn?；p,L钻井液的密度，g/cm3。注：考虑实际钻井摩擦力、反弹力、井斜等影响，实际设计钻铤长度计算值应加大10%左右。3.6.2 钻杆常用127mm钻杆，取心时选用钻杆内径应294mm以满足绳索式取心器内筒通过。3.6.3 扶正器对于地层倾角大，软硬交错互层多的易斜地区。应采用扶正器，以实现“满眼”或“钟摆”钻进。通常采用螺旋式扶正器。3.7 固井工程设计3.7.1 套管设计3.7.1.1 套管串
15、结构设计必须满足地质设计要求，同时要经济。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。内应力设计应考虑套管试压、压裂等特殊作业的情况。煤层气井生产套管和技术套管应使用APl标准套管，表层套管可考虑使用APl限用套管。SY/T5618规定的要求。水泥封固段的生产套管都应下扶正器。完井深度在100Om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100Om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。3.7.2 固井施工设计C”一最大环空水泥浆液柱高度，mo式中：E/煤储层破裂梯度，kPa/m；P加一固井时井内钻井液
