一种煤层气定向井的造穴方法

摘要

本发明公开了一种煤层气定向井的造穴方法，属于煤层气开采领域。该方法包括：在煤层或者煤层上顶板、下底板中确定造穴靶点，在位于造穴靶点上方的地面上确定煤层气定向井的排采井场；采用定向钻井工艺对煤层及煤层上顶板、下底板进行钻井作业，钻穿造穴靶点至预设的井深位置，得到煤层气定向井；在煤层气定向井内下入套管进行固井作业，随后将套管锻铣器钻具组合下入套管内对应造穴靶点的位置处，并将对应造穴靶点的套管部分锻铣掉；将机械造穴钻具组合下入套管内直至造穴靶点，在造穴靶点内进行机械造穴作业。本发明针对煤层气羽状水平井、U型井等定向井进行造穴，解决了由于钻直井地面条件不满足、直井适应性受限及定向井造穴困难等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种煤层气定向井的造穴方法。

背景技术

在煤层气勘探过程中，为了应对煤层渗透率低、气产量低等情况，通常采用对煤层，或者其底部的岩层，或者其顶部的顶板进行造穴的方式来解决上述问题。常采用的造穴方式分为机械造穴、水力造穴、气体造穴、炸药造穴等，其中，机械造穴一般采用机械扩眼方式，将机械造穴工具放入预定的造穴位置处使刀杆张开，并在钻具的带动下旋转，切割煤层等来形成满足实际需要的洞穴。其工艺和设备简单，而且对洞穴的大小能够随意控制，从而被广泛应用。

举例来说，现有技术提供了一种煤层气井裸眼复合造穴方法，该方法包括以下步骤：(1)、煤层气井裸眼段的准备、清洁和水力射流工具检测；(2)水力射流工具的下井；(3)水力射流造穴；(4)水力射流工具的起出；(5)确定机械造穴工具，配接钻具；(6)机械造穴工具的钻台试验；(7)下入机械造穴钻具组合；(8)机械造穴；(9)起出机械造穴工具、完成造穴作业。

然而，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的方法仅仅适用于煤层气直井，而无法应用于煤层气羽状水平井、U型井等定向井。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种煤层气定向井的造穴方法。具体技术方案如下：

一种煤层气定向井的造穴方法，所述方法包括：在煤层或者所述煤层上方的顶板或下方的底板中确定造穴靶点，在位于所述造穴靶点上方的地面上确定煤层气定向井的排采井场；

采用定向钻井工艺对所述煤层及所述煤层上方的顶板及下方的底板进行钻井作业，钻穿所述造穴靶点至预设的井深位置，得到所述煤层气定向井；

在所述煤层气定向井内下入套管进行固井作业，随后将套管锻铣器钻具组合下入所述套管内对应所述造穴靶点的位置处，并将对应所述造穴靶点的套管部分锻铣掉；

将机械造穴钻具组合下入所述套管内直至所述造穴靶点，然后在所述造穴靶点内进行机械造穴作业。

具体地，作为优选，所述煤层气定向井的井斜角≤35°。

具体地，所述钻井作业包括：第一次开钻和第二次开钻；

所述第一次开钻通过采用第一聚合物钻井液、直径为300-350mm的钻头钻井、直径为220-260mm的表层套管、固井水泥返至地面来实现；

所述第二次开钻通过采用第二聚合物钻井液、直径为200-230mm的钻头钻井、直径为150-200mm的技术套管、固井水泥返至煤层顶板以上350m来实现。

具体地，所述套管锻铣器钻具组合包括：从井口至所述技术套管内依次安装的钻杆、第一钻铤、扶正器、第二钻铤、套管锻铣器。

具体地，利用所述套管锻铣器对所述技术套管和所述技术套管外部的水泥环进行锻铣切割，并使切割长度为4-7m。

具体地，所述机械造穴钻具组合包括：从所述井口至所述造穴靶点的上端依次安装的所述钻杆、所述第一钻铤、所述扶正器、所述第二钻铤、机械造穴工具。

具体地，在进行所述机械造穴作业的过程中，控制泥浆泵的排量为10-20L/s，所述机械造穴钻具组合的转速为30-50rpm，原地旋转造台阶5-8小时直至对应所述造穴靶点的所述煤层上方的顶板或者下方的底板处形成台阶。

具体地，在所述台阶处施加5-10kN的载荷进行所述机械造穴作业。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的造穴方法，通过采用定向钻井工艺在待造穴的煤层上方的顶板及下方底板中建造煤层气定向井，并使用该定向井作为造穴用的排采井，随后向该定向井中下入套管进行固井完井作业，待造穴时，通过使用套管锻铣器将对应造穴靶点的套管部分锻铣掉，随后将机械造穴钻具组合下入套管内直至造穴靶点处直接对煤层或者其顶板或其底板进行机械造穴作业即可。可见，本发明实施例提供的方法针对煤层气羽状水平井、U型井等定向井进行造穴，解决了由于钻直井地面条件不满足、直井适应性受限及定向井造穴困难等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的煤层气定向井和造穴靶点在煤层结构中的分布示意图。

附图标记分别表示：

1排采井场，

2煤层，

3煤层气定向井，

4造穴靶点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种煤层气定向井的造穴方法，该方法包括以下步骤：

步骤101、在煤层或者煤层上方的顶板或下方的底板中确定造穴靶点，在位于造穴靶点上方的地面上确定煤层气定向井的排采井场。

步骤102、采用定向钻井工艺对煤层及煤层上方的顶板及下方的底板进行钻井作业，钻穿造穴靶点至预设的井深位置，得到煤层气定向井。

步骤103、在煤层气定向井内下入套管进行固井作业，随后将套管锻铣器钻具组合下入套管内对应造穴靶点的位置处，并将对应造穴靶点的套管部分锻铣掉。

步骤104、将机械造穴钻具组合下入套管内直至造穴靶点，然后在造穴靶点内进行机械造穴作业。

本发明实施例提供的造穴方法，通过采用定向钻井工艺在待造穴的煤层上方的顶板及下方底板中建造煤层气定向井，并使用该定向井作为造穴用的排采井，随后向该定向井中下入套管进行固井完井作业，待造穴时，通过使用套管锻铣器将对应造穴靶点的套管部分锻铣掉，随后将机械造穴钻具组合下入套管内直至造穴靶点处直接对煤层或者其顶板或其底板进行机械造穴作业即可。可见，本发明实施例提供的方法针对煤层气羽状水平井、U型井等定向井进行造穴，解决了由于钻直井地面条件不满足、直井适应性受限及定向井造穴困难等问题。

可结合图1来进一步理解上述的方法，由图1可知，排采井场1位于地面以上，其与所形成的煤层气定向井3的井口相连，而煤层气定向井3贯穿煤层2，并穿过造穴靶点4至预设的井深位置。

具体地，在本发明实施例中，通过步骤101在煤层或者煤层上方的顶板或下方的底板中确定造穴靶点，在位于造穴靶点上方的地面上确定煤层气定向井的排采井场。其中，基于煤层的性质及前期勘探来确定造穴靶点，即造穴位置，其中，该造穴靶点可以在煤层中的特定位置处，也可以在煤层顶板或底板中的特定位置处。待确认好造穴靶点之后，在造穴靶点正上方的地面上选择施工条件良好的井场，例如一口老井井场作为排采井场，以便于后续的钻井及造穴作业顺利进行。

本发明实施例的步骤102通过采用定向钻井工艺对煤层及煤层顶板及底板进行钻井作业，钻穿造穴靶点至预设的井深位置，得到煤层气定向井。其中，对于本领域技术人员来说，定向钻井工艺为本领域所常见的，根据实际的煤层及其顶板和底板性质，以及定向井的结构，可以随时对钻井条件进行调整。此外，可以理解的是，在钻井作业过程中，通过泥浆泵将钻下的煤屑排至地面。

作为优选，为了获得施工条件良好的煤层气定向井，该钻井作业包括：第一次开钻和第二次开钻；其中，第一次开钻通过采用第一聚合物钻井液、直径为300-350mm的钻头钻井、直径为220-260mm的表层套管、固井水泥返至地面来实现；第二次开钻通过采用第二聚合物钻井液、直径为200-230mm的钻头钻井、直径为150-200mm的技术套管、固井水泥返至煤层以上至少350m来实现。其中，第一聚合物钻井液和第二聚合物钻井液可以为相同，也可以为不同的，当两者相同时，它们均可以通过市购得到，也可以通过现场配制得到，举例来说，它们可由以下质量分数的物质组成：1.0-2.0％的井眼稳定剂、0.05-0.1％的絮凝剂、0.5-1.0％的润滑剂、余量为水。其中，井眼稳定剂为乙基二乙烯三胺；絮凝剂为聚合氯化铝或者聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁中的一种；润滑剂为聚乙二醇，并且该聚乙二醇的分子量为200至600的液态粘性流体。为了提高环保性，这两种聚合物钻井液还可以为可降解的聚合物钻井液，组成为：水、降解型稠化剂、水基润滑剂、防水锁剂、碱度调节剂；其中各组分的重量百分比为以100％的水的重量为基准，各添加剂占水的重量的百分比为：降解型稠化剂：1-1.5％；水基润滑剂：1-3％；防水锁剂：0.5-1.0％；碱度调节剂：0.1-0.2％。该降解型稠化剂为植物瓜胶或田菁胶；该水基润滑剂为水溶性聚乙二醇PEG400；该防水锁剂为壬基酚聚氧乙烯醚OP-10；该碱度调节剂为工业纯碱Na₂CO₃。

举例来说，在第一次开钻过程中，可以采用直径为311.15mm的钻头进行表层钻井，下入直径为244.5mm的表层套管进行固井，以及采用固井水泥返至地面来进一步加固井口。随之，在第二次开钻过程中，可以采用直径为215.9mm的钻头继续开钻，直至钻穿造穴靶点至预设的井深位置，并向其中下入直径为177.8mm的技术套管进行固井作业，随后通过固井水泥返至煤层以上350m来实现来煤层气定向井的完井作业，从而得到期望的煤层气定向井。

作为优选，本发明实施例中该煤层气定向井的井斜角≤35°，例如为25°、20°、15°等，如此设置的意义是便于采用抽油机排采，避免排采泵失效。

进一步地，本发明实施例通过步骤103在煤层气定向井内下入套管进行固井作业，随后将套管锻铣器钻具组合下入套管内对应造穴靶点的位置处，并将对应造穴靶点的套管部分锻铣掉，以便于对造穴靶点进行机械造穴。其中，套管锻铣器钻具组合为本领域所常见的，具体地，该套管锻铣器钻具组合包括：从井口至技术套管内依次安装的钻杆、第一钻铤、扶正器、第二钻铤、套管锻铣器，其中，钻杆用于连接地表钻机设备。通过使用钻杆、第一钻铤、扶正器、第二钻铤，以实现将地表钻机设备与套管锻铣器进行传动连接。由于所针对的是煤层气定向井，其具有一定的倾斜度，所以，本发明实施例通过使用扶正器来使套管锻铣器能够恰好位于技术套管中心位置处，即使套管锻铣器居中，以顺利地将套管锻铣掉。进一步地，在进行锻铣切割时，通过使用套管锻铣器对技术套管和技术套管外部的水泥环(其通过固井水泥而得到)进行锻铣切割，并使切割长度为4-7m，例如4m、5m、6m、7m等，以满足造穴作业的需求，同时保证煤层气定向井的稳定。

本领域技术人员可以理解的是，套管锻铣工艺和套管锻铣器均为本领域所常见的，举例来说，可以使用DPX型-210锻铣器来实现本发明，其主要由上接头、调压总成、活塞总成、弹簧、本体、刀片总成等构成，在应用时，将套管锻铣器下放至待造穴的位置处，启动转盘开泵，此时流经活塞上的喷嘴产生压力并推动活塞下行，进而推动锻铣刀片外张，最终达到切断套管的目的。当套管被切断后，锻铣刀片逐渐外张并达到最大限定位置，此时可加压进行锻铣施工，进而将对应造穴靶点的套管部分锻铣掉。

本发明实施例通过步骤104将机械造穴钻具组合下入套管内直至造穴靶点，然后在造穴靶点内进行机械造穴作业。其中，机械造穴钻具为本领域所常见的，具体地，该机械造穴钻具组合包括：从井口至造穴靶点的上端依次安装的钻杆、第一钻铤、扶正器、第二钻铤、机械造穴工具。其中，钻杆、第一钻铤、扶正器、第二钻铤与步骤103中用到的一致。机械造穴工具对于本领域技术人员来说是常见的，其中，专利申请煤层气井裸眼复合造穴方法(申请号201110340261.4)对其结构进行了阐述。对于本发明来说，优选使用结构简单的机械式的单臂造穴工具，其由管状本体、刀翼和销轴三部分组成，其中刀翼通过销轴与管状本体可转动连接，以便于边旋转边对套管及水泥环进行切割作业。

进一步地，在进行机械造穴作业的过程中，控制泥浆泵的排量为10-20L/s，例如10L/s、12L/s、15L/s、18L/s等，机械造穴钻具组合的转速为30-50rpm，例如30rpm、35rpm、40rpm、45rpm等，原地旋转造台阶5-8小时直至在对应该造穴靶点的煤层上方的顶板或者下方的底板处形成台阶，以便于在后续造穴时可沿着该台阶进行造穴，从而便于控制洞穴的大小和结构。并且，在该台阶处施加5-10kN，例如5kN、7kN、8kN、9kN等的载荷进行机械造穴作业，具体地，在该台阶处对机械造穴工具施加载荷，从而便于加压破岩造穴。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。