煤层气钻井工艺技术课件
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煤层气井排采理论与技术PPT课件
煤层在演化中逐步脱水、升温、增压
煤具有更强的吸附能力 有限的降压和极有限的基质孔隙空间
几乎是恒定的温度
影响因素
煤质、基质孔隙内表面积等
解吸为游离态的煤层气逸散速度等
煤层气产出机理
解吸与吸附的差异：
大量的实验研究表明，煤层气吸附/解吸具有一定的可逆性并且解吸 表现出一定的滞后性，这是一个问题的两个方面，是物理吸附客观本质 的体现。
煤层气产出机理
煤层气赋存状态：
证据有三： (2) 煤层气开发实践进一步证实，煤层气以吸附为主的赋存特点。
几乎所有煤层气井都是在排水降压之后才开始产气的，不具备游离气产 出的特征。
煤层气产出机理
煤层气赋存状态：
证据有三：
(3) 尽管煤层孔隙及裂隙中充满了水，但水溶甲烷量相对实测煤层 气含量值而言是微不足道的。
或接近测吸定附饱误和差状态，很少有吸附过实饱验和状误态差。
解吸是一个相对较快的过程
测试误差
误差
这一事实充分证明煤层气的赋存状态以吸附为主。
产液参数：动液面、CL、PH值、含砂、产水量；
煤层气井排采过程中产层伤害的3 5主要原因与伤害机理：
煤热演化生成的煤层气足以满足煤的吸附
而对常规天然气生产却恰恰相反3 0，井间干扰会导致常规天然气产量大幅度锐减。
煤层气产出机理
解吸动力学特征及解吸类型：
（3）扩散解吸 根据分子扩散理论，只要有浓度差存在，就有分子扩散运动，这是气
体分子热力学性质所决定的。研究表明，甲烷气体分子在煤的孔隙内表面 得以高度富集，这就与孔隙、裂隙内的流体构成了高梯度的浓度差，这种 浓度差迫使甲烷分子扩散，从而造成非常规解吸。基于扩散的普遍存在性， 因此扩散解吸也是煤层气开采过程中煤层气解吸的重要的一种作用类型。 鉴于扩散解吸的实质是由于浓度差造成的扩散而导致的“解吸”，因此这 种扩散的本身是偶于“解吸作用”之中的，是解吸作用与扩散作用的耦合。 从解吸的角度，称之为“扩散解吸”。
煤具有更强的吸附能力 有限的降压和极有限的基质孔隙空间
几乎是恒定的温度
影响因素
煤质、基质孔隙内表面积等
解吸为游离态的煤层气逸散速度等
煤层气产出机理
解吸与吸附的差异：
大量的实验研究表明，煤层气吸附/解吸具有一定的可逆性并且解吸 表现出一定的滞后性，这是一个问题的两个方面，是物理吸附客观本质 的体现。
煤层气产出机理
煤层气赋存状态：
证据有三： (2) 煤层气开发实践进一步证实，煤层气以吸附为主的赋存特点。
几乎所有煤层气井都是在排水降压之后才开始产气的，不具备游离气产 出的特征。
煤层气产出机理
煤层气赋存状态：
证据有三：
(3) 尽管煤层孔隙及裂隙中充满了水，但水溶甲烷量相对实测煤层 气含量值而言是微不足道的。
或接近测吸定附饱误和差状态，很少有吸附过实饱验和状误态差。
解吸是一个相对较快的过程
测试误差
误差
这一事实充分证明煤层气的赋存状态以吸附为主。
产液参数：动液面、CL、PH值、含砂、产水量；
煤层气井排采过程中产层伤害的3 5主要原因与伤害机理：
煤热演化生成的煤层气足以满足煤的吸附
而对常规天然气生产却恰恰相反3 0，井间干扰会导致常规天然气产量大幅度锐减。
煤层气产出机理
解吸动力学特征及解吸类型：
（3）扩散解吸 根据分子扩散理论，只要有浓度差存在，就有分子扩散运动，这是气
体分子热力学性质所决定的。研究表明，甲烷气体分子在煤的孔隙内表面 得以高度富集，这就与孔隙、裂隙内的流体构成了高梯度的浓度差，这种 浓度差迫使甲烷分子扩散，从而造成非常规解吸。基于扩散的普遍存在性， 因此扩散解吸也是煤层气开采过程中煤层气解吸的重要的一种作用类型。 鉴于扩散解吸的实质是由于浓度差造成的扩散而导致的“解吸”，因此这 种扩散的本身是偶于“解吸作用”之中的，是解吸作用与扩散作用的耦合。 从解吸的角度，称之为“扩散解吸”。
第四部分 煤层气钻井工艺技术
四、钻井设备
T685WS空气钻机
四、钻井设备
3.国内空气钻井设备
➢ T130XD空气钻机
T130XD空气钻机是美国Schramm公司生产的车载顶驱钻机 。 该钻机主动力760马力，名义钻井深度1900米（311mm井径，114mm钻杆）。
提升能力60t，顶驱给进能力14.5t，扭矩12KN×m，车载空压机2.4MPa ， 排量38m3/min。 井台可伸起2 .41m，可以直接安装防喷器。 该钻机非常适合煤层气水平井的施工。 中煤公司进口的意大利生产的G55钻机与该钻机性能基本相同。
三、钻井设计
➢ 井身结构：指一口井下入套管的层次、尺寸、深度，各层套管相 应的钻头尺寸以及各层的水泥返高。
井孔中下入的套管类型及其作用一览表
套管类型
作用
表层套管
封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口， 控制井喷，支撑中层套管和产层套管
中层套管 （技术套管）
封隔用钻井液难以控制的复杂地层， 保证顺利钻井
我国目前常用的井身结构简表
开钻 钻头直径 套管外 壁厚 序号 mm 径mm mm
一开 311.15 244.5 8.94
二开 215.9 177.8 8.05
备注
水泥返 回地面
三开 152.4
我国目前常用的井身结构简图
四、钻井设备
钻井设备包括钻机类型和钻探设备。
1.钻机类型
目前，我国煤田施工队伍常用的钻机大多是煤田地质勘探钻机 或水文水井钻机。如TSJ-1000型水源钻机、TK-3型立轴钻机和C1500、ZJ-15型钻机。
➢ 驱动系统通常有两种：一种是普通转盘卡瓦系统（煤田系统 常用），另一种是顶端驱动系统（较少的钻杆接头，缩短钻进 工期，且更加安全）。
煤层气固井技术及增产措施101页PPT
起重设备由以下部分 组成:
天车, 游动滑车, 游动钢丝绳, 和一个用来起降游动 钢丝绳的绞车。
井架底座
钻柱 钻头
井架
在这里，30ft 长的钻杆被 一根根加到钻柱上。这样 钻柱不停的被加长，可以 不停的朝地下钻进。
待用钻杆
中国地质大学(武汉)
第 三章 煤层气井固井技术及增产措施
这是一幅钻头在岩层中钻进的示意图
1) 干净的泥浆被泵从泥浆池中抽出，注入 钻杆当中。
滤网
6) 干净的泥浆透过 滤网，回到泥浆池 。
3) 泥浆和岩屑混在一起从环形空 间向上提升，带到地表。
5) 岩屑被从泥浆中滤除，形成岩屑 堆。这些岩屑将会被运走并处理。
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泥浆泵
2) 泥浆从钻头的流出，进入到钻杆和套管之间 的环形空间，把钻头切下的岩屑向上带出。
煤层段地层孔隙压力梯度地层孔隙压力梯度较低一般小于低一般小于10mpa100m10mpa100m即使用清水钻进在煤层段漏失即使用清水钻进在煤层段漏失现象也时有发生现象也时有发生常规水泥浆密度为常规水泥浆密度为185gcm185gcm其液柱压力其液柱压力要比钻井液要比钻井液煤层段钻井液密度一般为煤层段钻井液密度一般为103103108gcm108gcm压力高压力高固井时水泥浆很容易漏失一方面导致水泥浆低返固井时水泥浆很容易漏失一方面导致水泥浆低返影响固井质量另一方面水泥浆渗入煤层对煤层造成伤害
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第 三章 煤层气井固井技术及增产措施
• 通过介绍固井技术目的、难点、核心、要求？ • 套管＆水泥
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第 三章 煤层气井固井技术及增产措施
套管
一、套管和套管柱 套管：优质无缝钢管。 一端为公扣，直接车在管体上； 一端 为带母扣的套管接箍。
《钻井方法及工艺》课件
循环钻井技术
循环钻井技术是指利用循环液 （如水、泥浆等）将钻屑从钻 孔中带出地面的钻井技术。
该技术通过循环液的循环流动 ，将钻屑从钻孔中带出地面， 并保持钻孔的清洁和稳定。
循环钻井技术需要先进的循环 液技术和钻孔设计，以确保钻 孔的安全性和稳定性。
人工智能在钻井中的应用
01
人工智能在钻井中的应用是指利用人工智能技术来优化和自动 化钻井过程。
02
通过人工智能技术，可以对大量的数据进行分析和处理，从而
精确预测地层结构和地下资源分布。
人工智能还可以用于自动化控制钻井设备和工具，提高钻井效
03
率和安全性。
感谢您的观看
THANKS
05
钻井新技术与发展趋势
水平井钻井技术
水平井钻井技术是指钻出一段水平或大角度的井段，通常用于提高油、气、水等资 源的开采效率。
该技术通过精确控制钻头方向和角度，使钻孔在地下形成水平或大角度的延伸，从 而增加与油、气、水等资源的接触面积。
水平井钻井技术需要先进的定向钻井技术和钻井液技术，以确保钻孔的精确性和稳 定性。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指钻井过程中，利用各种方法使地层流体在井内保持 欠平衡状态，以防止地层流体对钻头的冲蚀和地层压力对井壁的破坏。
该技术通过控制钻井液的密度和压力，使地层压力略高于钻井液柱压力 ，从而降低钻头和钻具的磨损，提高钻井效率。
欠平衡钻井技术需要先进的钻井液技术和钻井设备，以确保钻孔的安全 性和稳定性。
钻井方法的比较与选择
适用范围
不同钻井方法适用于不 同的地层和井深，需要
根据实际情况选择。
钻井效率
不同方法的钻井效率不 同，需根据需求选择。
成本
煤层气钻井工程设计47页PPT
煤层气钻井工程设计
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
煤层气排采工艺技术精品PPT课件
2006-1-5 2006-1-15 2006-1-25
2006-2-4 2006-2-14 2006-2-24
2006-3-6 2006-3-16 2006-3-26
2006-4-5 2006-4-15 2006-4-25
2006-5-5 2006-5-15 2006-5-25
2006-6-4 2006-6-14 2006-6-24
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
4煤层气排采新工艺、新技术应用
1）注入气体或泡沫，使气水产出； 2）柱塞举升工艺，依靠气井自身能量将液体排出； 3）超声旋流雾化排液技术，是根据雾化原理结合临界 流速理论，依靠气井自身能量，利用机械、气动、超声 波雾化的多重作用，使液体形成微细雾滴，在井筒内形 成雾状流产出。 这些技术的应用，在气田开发阶段可以大幅度降低生 产成本。
煤层气排采工艺技术
大纲
1 煤层气产出机理 2 煤层气排采工艺技术 3 煤层气排采设备 4 煤层气排采新工艺、新技术应用
1煤层气产出机理
(1) 煤层气的产出流动特点 煤层甲烷附存状态为：游离、吸附、溶解，主要以吸附
状态为主； 煤层甲烷要经历三个流动过程：解吸－扩散－渗流
从煤表面解吸
煤基质和微孔隙中的扩散
正常产气之后，相对渗透率起着非常关键的作用。
1煤层气产出机理
典型的相对渗透率曲线
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
气相相渗曲线 水相相渗曲线
0.2
0.4
0.6
0.8
水相饱和度
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1
PH35-06井排采曲线图
2006-2-4 2006-2-14 2006-2-24
2006-3-6 2006-3-16 2006-3-26
2006-4-5 2006-4-15 2006-4-25
2006-5-5 2006-5-15 2006-5-25
2006-6-4 2006-6-14 2006-6-24
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
4煤层气排采新工艺、新技术应用
1）注入气体或泡沫，使气水产出； 2）柱塞举升工艺，依靠气井自身能量将液体排出； 3）超声旋流雾化排液技术，是根据雾化原理结合临界 流速理论，依靠气井自身能量，利用机械、气动、超声 波雾化的多重作用，使液体形成微细雾滴，在井筒内形 成雾状流产出。 这些技术的应用，在气田开发阶段可以大幅度降低生 产成本。
煤层气排采工艺技术
大纲
1 煤层气产出机理 2 煤层气排采工艺技术 3 煤层气排采设备 4 煤层气排采新工艺、新技术应用
1煤层气产出机理
(1) 煤层气的产出流动特点 煤层甲烷附存状态为：游离、吸附、溶解，主要以吸附
状态为主； 煤层甲烷要经历三个流动过程：解吸－扩散－渗流
从煤表面解吸
煤基质和微孔隙中的扩散
正常产气之后，相对渗透率起着非常关键的作用。
1煤层气产出机理
典型的相对渗透率曲线
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
气相相渗曲线 水相相渗曲线
0.2
0.4
0.6
0.8
水相饱和度
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1
PH35-06井排采曲线图
煤层气开发的工艺技术
第十一章煤层气的勘探开发技术煤层气开发的成败，关键在于采取一整套与煤储层物性相适应的钻井、完井、压裂、排采等技术措施。
第一节钻采工艺技术开采煤层气常用的有三种布井方式，即针对煤层的垂直钻井、水平钻井和针对采空区的钻井。
垂直井是从地面打钻穿过煤层进行采气，是目前主要的钻井方式（图11-1）。
这种开采方式产气量大、资源回收率高、机动性强，可形成规模效益。
但它要求有利的地形条件、厚度较大、渗透性较好的煤层或煤层群。
水平井有两种：一种是从巷道打的水平抽放瓦斯井；另一种是从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井或称丛式井）（图11-2），在煤层内打若干水平分枝时，又称为分枝水平井或羽状水平井（图11-3）。
水平钻井的方向与面割理方向垂直，适于厚度大于1.5m的厚煤层，成本较高。
采空区钻井：从采空区上方由地面钻井到煤层上方或穿过煤层（图11-2）采空区。
采空区顶板因巷道支柱前移而坍塌，产生新的裂缝使瓦斯从井中涌出。
如果采空区顶部还有煤层并成为采空区的一部分，瓦斯涌出量更大。
产出气体中混有空气，热值降低。
由于产出气中含氧高，不宜管道输送，产量下降较快的井宜就地利用。
图11-1 煤层甲烷井类型图图11-2 排泄孔钻井工艺图一、钻井类型分类按煤层层数分类：根据一口井开采的煤层层数分为单煤层井和多煤层井。
单煤层井井筒只与一个煤层连通，多煤层井井筒与多个煤层连通。
根据埋深分类：浅层气井井深大于300m，一般200~300m以上属甲烷风化带，不利于煤层气保存；深层气井井深大于1500m，1500m以下煤层埋深大，成本高。
目前煤层气最深的井有2438m。
一般井深为300~1500m。
按井网的位置分类：有边缘井和内部井两种。
图11-3 我国第一口水平井实钻井眼轨迹三维图根据钻井类别分类：有资料井（取心井）、试验井（组）、生产井和检测井四种。
资料井主要通过钻区探井取准煤心作含气量等参数测试、试气，并用单项注入法求取煤层渗透率。
《气体钻井教程》课件
气体钻井的应用场景
总结词
气体钻井适用于多种地层和复杂地质条件下的钻井作业，尤其适用于易漏失地层和低渗 透地层的钻井。
详细描述
由于气体钻井具有对地层伤害小、可有效防止地层漏失和降低环境污染等优点，因此适 用于多种地层和复杂地质条件下的钻井作业。例如，在页岩气、煤层气等非常规能源开 发中，气体钻井技术得到了广泛应用。此外，在石油、天然气等常规能源开发中，气体
案例二：某气田气体钻井技术应用
总结词
解决复杂地层问题、提高产能、安全 可靠
详细描述
某气田针对复杂地层采用气体钻井技 术，有效解决了地层漏失和井壁不稳 定等问题，提高了单井产能和采收率 ，同时也保障了钻井施工的安全可靠 。
案例三
总结词
应对复杂地质条件、优化技术方案、提高安全性
详细描述
针对某地区复杂地层的特点，采用气体钻井技术时面临着诸多挑战。通过优化气体钻井技术方案，改 进钻井液性能，加强现场监测与控制，有效提高了钻井施工的安全性和成功率。
环保要求与可持续发展
严格环保法规
01
各国政府将加强环保法规的制定和执行，对气体钻井的环保要
求将更加严格。
清洁能源利用
02
气体钻井将更多地利用清洁能源，如天然气、氢气等，减少对
化石燃料的依赖。
可持续发展战略
03
气体钻井将更加注重可持续发展，通过技术创新和环保措施实
现经济效益和环境效益的双赢。
市场竞争与合作
采收率。
降低摩擦阻力
气体钻井的流体阻力较 小，有利于提高钻柱的
稳定性和旋转速度。
减少环境污染
气体钻井使用的流体不 含有水、盐或其他化学 物质，从而减少了对环
境的污染。
缺点分析
煤层气固井技术精品PPT课件
2． 高强泥浆技术
解决长封固段低压容易漏失的目的层封固
4． 低温促凝、高早强、微膨胀固井水泥浆技术
高强度水泥环质量，解决产层水气同存地层封固
5． 无沉降分离，低滤失低密度水泥浆技术
解决大斜度或水平井固井质量问题
6． 高流变性、高强度、低密度水泥浆和低速塞流固井工艺技术
HDC 固井工艺技术和固井水泥浆技术在煤层气中的应用 问 题
---------------------------------------------------------------------------------------- 解 决
1． 低温膨胀水泥浆技术
了！
解决煤气层中因气侵导致的固井串槽问题
不规则井眼、大井眼目的层固井封固质量
7． 双级注水泥工艺技术
解决不同压力和地层介质目的层封固质量
1煤层气固井技术与工艺
(1) 煤层气固井技术要求
水泥返高计算：
H＝（Fd/10-ρm）×hd/(ρc-ρm)
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
注5：表层必须用G级以上水泥固井，水泥要返至地面。技术套管水泥返高按设计。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
10
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的 ，所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
(全部)煤层气课件
一,煤层气勘探开发的意义1、能源意义煤层气是一种新型的洁净能源，其勘探开发可以弥补常规能源的不足。
2、安全与减灾的意义煤层气，严重的影响着我国的煤矿生产安全。
在煤炭开采前预先进行煤层气抽采，有利于降低煤矿生产过程中的瓦斯灾害事故。
3、环境意义煤层气开发降低了煤炭开采中的瓦斯排放，从而降低了由此产生的温室效应。
4，形成新的支柱产业煤层气的利用并不仅仅在民用方面，已广泛用于各种领域，如煤层气发电、汽车燃料、锅炉改造、工业用气、煤化工项目等。
可以有利于衰老煤矿区转业，发展新型的相关产业，缓解转岗就业困难，成为新的经济增长5、巨大的经济意义通过采气销售直接获取经济效益（目前煤层气的井口价一般为1~1.5元/m3），如果民用或发电，还可得到0.2~0.25元/m3的财政补贴，出售减排碳指标（CDM项目）可得到0.2~0.5元/m3 。
对瓦斯突出严重的矿井，采煤过程中的瓦斯治理费用在10～20元／吨煤；同时突出矿井建设费用也远远高于一般矿井。
地面煤层气开发预先抽放了瓦斯，就可大大降低采煤过程中的瓦斯治理费用，晋煤集团的蓝焰公司一直在坚持这一发展思路。
预抽瓦斯，降低了煤矿瓦斯事故，由此产生显著的社会效益。
二，煤层气生成过程1、泥炭化作用和成岩从成煤原始物质被埋藏开始至门限深度为止。
地层条件：低温（小于50～60℃）、低压。
鉴别指标：Ro小于0.5%。
气体成因：生物成因气通过微生物的作用，使复杂的不溶有机质在酶的作用下发酵变为可溶有机质，可溶有机质在产酸菌和产氢菌的作用下，变为挥发性有机酸、Ｈ2和CO2；Ｈ2和CO2在甲烷菌作用下最后生成CH4。
2、变质作用阶段地层条件：高温（大于50）。
鉴别指标：Ro大于0.5%。
煤在温度、压力作用下发生一系列物理、化学变化的同时，也生成大量的气态和液态物质。
由于煤隶属III型干酪根，属于倾气性有机质，演化过程中形成的烃类以甲烷为主。
气体成因：热成因气三，煤层气开发过程渗透率动态变化的影响因素地质因素：地应力埋藏深度天然裂隙煤体结构储层压力水文地质条件流体介质毛管力、贾敏效应等（在地面排水降压开发煤层气过程中，随着水、气的排出，一方面在地面排水降压开发煤层气过程中，随着水、气的排出，一方面煤储层内流体压力降低，有效应力增大，渗透率降低（简称为负效应）煤储层内流体压力降低，有效应力增大，渗透率降低（简称为负效应）；另一方面煤基质收缩，渗透率增大（简称为正效应）煤基质收缩，渗透率增大（简称为正效应）。
第三章 煤层气钻井技术与工程设计
2014/11/25 27
生产井施工顺序与井身结构
排采洞穴直井
煤层气开发 理论与技术
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。
10000000 累计气产量 气产量
10000.00
1000.00
潘庄直井产能模拟
100000 100.00
0
5
10
年数
15
20
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 采用多分支水平井模 式，前4年日均产量 可维持在20000方以 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
23
第二节 典型钻井井身结构及钻井工程
煤层气开发 理论与技术
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（12 ¼）的钻 头一开，钻至基岩风化带10m处，下入244.48（9 ⅝）表层套管；然后用215.9（8 ½）的钻头二开， 钻至目标煤层底界60m完钻，下入139.7（5 ½）生 产套管，注水泥封固至煤层以上200米
取芯
试井 完井与固井
储层强化
煤层气钻井工程
2014/11/25 3
生产井施工顺序与井身结构
排采洞穴直井
煤层气开发 理论与技术
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。
10000000 累计气产量 气产量
10000.00
1000.00
潘庄直井产能模拟
100000 100.00
0
5
10
年数
15
20
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 采用多分支水平井模 式，前4年日均产量 可维持在20000方以 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
23
第二节 典型钻井井身结构及钻井工程
煤层气开发 理论与技术
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（12 ¼）的钻 头一开，钻至基岩风化带10m处，下入244.48（9 ⅝）表层套管；然后用215.9（8 ½）的钻头二开， 钻至目标煤层底界60m完钻，下入139.7（5 ½）生 产套管，注水泥封固至煤层以上200米
取芯
试井 完井与固井
储层强化
煤层气钻井工程
2014/11/25 3
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煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
3.设计的主要内容
➢ 选择地面井位；（根据水源、道路、泥浆池位置及施工条件等选择 钻井井位） ➢ 确定井身结构并选择钻机； ➢ 确定钻头类型、尺寸及数量； ➢ 设计钻柱与下部钻具组合； ➢ 钻井参数设计； ➢ 钻井液设计； ➢ 固井设计，包括套管柱设计数据、套管柱强度设计、注水泥设计及 固井要求； ➢ 井控设备及工艺技术要求； ➢ 固相控制要求； ➢ 防止煤层伤害的技术要求及措施； ➢ 环境保护要求； ➢ 钻井施工进度要求； ➢ 全井成本预算； ➢ 提交资料要求；
煤层气钻井工艺技术
二、确定井类
煤层气开发活动中使用了三种类型的钻井方式，即采 空区钻井、垂直钻井和水平钻井。
三种类型的钻井方式基本特点比较表
钻井类型
钻井特点
原理
备注
采空区钻 从采空区上方由地面钻入煤 采空区顶板的塌落产生 采出的气体因混有空
井
层采空区
裂缝使气体产出
气热值降低
垂直钻井
直接从地面钻入未开采的煤 储层
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
3.设计的主要内容
钻井设计的主要内容包括井径、套管选择以及井身结构。
➢ 井径选择：根据下套管程序确定井径，而不是根据已选定的井径
选择套管。 生产因素 产量
人工升举方法 油管尺寸 完井方法
其它因素 进行压裂处理
清除钻屑 进行修井和再完井
选择最优生产套管尺寸
选择生产井径
选择最优表层套管尺寸
选择地表井段井径
井径选择步骤
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
➢ 套管选择
套管、衬管
101.6
114.3
127
139.7
钻头、井径 套管、衬管 钻头、井径
套管
120。6
149.2
155.5
165.1
200
168.3
177.8
193.7 196.9
214.1
224.5
200
215.9
222.2
241.3
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
2.设计的基本原则
➢ 钻井工程设计必须以钻井地质设计为依据。钻井工程设计应有 利取全、取准各项地质工程资料；保护煤层，降低对煤层的伤害； 保证井身质量符合钻井地质设计要求；为后期作业提供良好的井筒 条件； ➢ 钻井工程设计应根据钻井地质设计的钻井深度和施工中的最大 负荷，合理选择钻机，所选钻机不得超过其最大负荷能力的80%； ➢ 钻井工程设计要根据钻井地质设计提供的邻井、邻区试气压力 资料，设计钻井液密度、水泥浆密度和套管程序； ➢ 钻井工程设计必须提出安全措施和环境保护要求。
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
2.钻井工艺流程
确定井类
取心井
试验井
生产井
观测井
收集资料，进行地层评价（包括煤层层数、埋深、厚 度、地层层序、地层压力、水文特征、井壁稳定性等）
井径、套管选择
钻井设计
井身结构
取心
选择钻机和钻探设备 钻井及其他作业 DST测试 完井与固井 储层强化
钻井工艺流程图
井径、套管和钻头尺寸的常用组合
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
➢ 井身结构：指一口井下入套管的层次、尺寸、深度，各层套管相 应的钻头尺寸以及各层的水泥返高。
井孔中下入的套管类型及其作用一览表
套管类型
作用
表层套管
中层套管 （技术套管）
封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口， 控制井喷，支撑中层套管和产层套管
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
2.设计的基本原则
➢ 钻井地质设计要明确提出设计依据、钻探目的、设计 井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、取资料要 求、井深质量、产层套管尺寸及强度要求、阻流环位置 及固井水泥上返高度等； ➢ 钻井地质设计要为钻井工程设计提供邻区、邻井资料， 设计地层水、气及岩石物性，设计地层剖面、地层倾角 及故障提示等资料；
3.国内煤层气钻井现状
300 270
全国历年煤层气井钻井数
250
200
150
100
59
50
5 10 10
39
29
18
18 17
7
28 23 20 14 10
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
学习大纲
➢ 钻井概述及国内外钻井现状
➢ 钻井设计 ➢ 钻井设备 ➢ 基本钻井工艺过程 ➢ 特殊钻井工艺技术 ➢ 钻井过程对储层伤害问题
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
1.钻井概述
煤层气储层与常规砂岩储层相比，有许多独有的 特性,这种独特储层和地质特征给煤层气井的钻井、取 心带来了各种各样的问题和钻井施工工艺的变化。仔 细设计煤层气钻井程序和使用合理、有效的钻井工艺， 是确保钻成高产、高效煤层气井的前提。
269.9
311.1
244.5
219.1
273
250.8
298.4 310.6
339.7 355.6
钻头、井径 套管
钻头、井径
269.9
311.1
298.4 310.6
347.6
339.7 355.6 444.5
347.6
444.5
406.4
508
508
660.4
套管
406.4
508
609.6
762
录井
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
3.国内煤层气钻井现状 2002年前十年时间内,全国完成224口各类
煤层气井,全部采用常规直井钻井技术。2005 年一年完成的工程量超过了2002年前十年的总 和，钻井类型也已由造穴井、垂直井向丛式井、 水平井、水平分支井发展。
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
通过排水降压使气体解 吸产出
因目的不同可分为取 心资料井、测试试验 井、生产井和观测井
水平钻井
1、从煤矿巷道打水平排气 井；2、从地面先打直井再
造斜，沿煤层水平钻进
更好的增大泄流面积， 使压力降低产出
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
1.钻井设计前的资料准备和地层评价
钻井设计前应力图准备以下资料: ➢ 地层的深度、压力、水介质性质； ➢ 煤与非煤地层的类型（煤层的层数、厚度、煤岩、煤 质；地层的岩性、厚度、破裂程度、导水性等）； ➢ 测井资料（自然伽马、伽马—伽马、自然电位等）； ➢ 钻遇的典型问题（钻井液的漏失、高压储层的井喷、 井壁坍塌等）。
封隔用钻井液难以控制的复杂地层， 保证顺利钻井
产层套管 将产层与其他地层及不同压力的产层分隔开，形
（生产套管）
成煤层气流通通道，保证长期生产，满足开采和 压裂要求
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
三、钻井设计
3.设计的主要内容
➢ 选择地面井位；（根据水源、道路、泥浆池位置及施工条件等选择 钻井井位） ➢ 确定井身结构并选择钻机； ➢ 确定钻头类型、尺寸及数量； ➢ 设计钻柱与下部钻具组合； ➢ 钻井参数设计； ➢ 钻井液设计； ➢ 固井设计，包括套管柱设计数据、套管柱强度设计、注水泥设计及 固井要求； ➢ 井控设备及工艺技术要求； ➢ 固相控制要求； ➢ 防止煤层伤害的技术要求及措施； ➢ 环境保护要求； ➢ 钻井施工进度要求； ➢ 全井成本预算； ➢ 提交资料要求；
煤层气钻井工艺技术
二、确定井类
煤层气开发活动中使用了三种类型的钻井方式，即采 空区钻井、垂直钻井和水平钻井。
三种类型的钻井方式基本特点比较表
钻井类型
钻井特点
原理
备注
采空区钻 从采空区上方由地面钻入煤 采空区顶板的塌落产生 采出的气体因混有空
井
层采空区
裂缝使气体产出
气热值降低
垂直钻井
直接从地面钻入未开采的煤 储层
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
3.设计的主要内容
钻井设计的主要内容包括井径、套管选择以及井身结构。
➢ 井径选择：根据下套管程序确定井径，而不是根据已选定的井径
选择套管。 生产因素 产量
人工升举方法 油管尺寸 完井方法
其它因素 进行压裂处理
清除钻屑 进行修井和再完井
选择最优生产套管尺寸
选择生产井径
选择最优表层套管尺寸
选择地表井段井径
井径选择步骤
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
➢ 套管选择
套管、衬管
101.6
114.3
127
139.7
钻头、井径 套管、衬管 钻头、井径
套管
120。6
149.2
155.5
165.1
200
168.3
177.8
193.7 196.9
214.1
224.5
200
215.9
222.2
241.3
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
2.设计的基本原则
➢ 钻井工程设计必须以钻井地质设计为依据。钻井工程设计应有 利取全、取准各项地质工程资料；保护煤层，降低对煤层的伤害； 保证井身质量符合钻井地质设计要求；为后期作业提供良好的井筒 条件； ➢ 钻井工程设计应根据钻井地质设计的钻井深度和施工中的最大 负荷，合理选择钻机，所选钻机不得超过其最大负荷能力的80%； ➢ 钻井工程设计要根据钻井地质设计提供的邻井、邻区试气压力 资料，设计钻井液密度、水泥浆密度和套管程序； ➢ 钻井工程设计必须提出安全措施和环境保护要求。
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
2.钻井工艺流程
确定井类
取心井
试验井
生产井
观测井
收集资料，进行地层评价（包括煤层层数、埋深、厚 度、地层层序、地层压力、水文特征、井壁稳定性等）
井径、套管选择
钻井设计
井身结构
取心
选择钻机和钻探设备 钻井及其他作业 DST测试 完井与固井 储层强化
钻井工艺流程图
井径、套管和钻头尺寸的常用组合
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
➢ 井身结构：指一口井下入套管的层次、尺寸、深度，各层套管相 应的钻头尺寸以及各层的水泥返高。
井孔中下入的套管类型及其作用一览表
套管类型
作用
表层套管
中层套管 （技术套管）
封隔上部松软的易塌、易漏地层，安装井口， 控制井喷，支撑中层套管和产层套管
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
2.设计的基本原则
➢ 钻井地质设计要明确提出设计依据、钻探目的、设计 井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、取资料要 求、井深质量、产层套管尺寸及强度要求、阻流环位置 及固井水泥上返高度等； ➢ 钻井地质设计要为钻井工程设计提供邻区、邻井资料， 设计地层水、气及岩石物性，设计地层剖面、地层倾角 及故障提示等资料；
3.国内煤层气钻井现状
300 270
全国历年煤层气井钻井数
250
200
150
100
59
50
5 10 10
39
29
18
18 17
7
28 23 20 14 10
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
学习大纲
➢ 钻井概述及国内外钻井现状
➢ 钻井设计 ➢ 钻井设备 ➢ 基本钻井工艺过程 ➢ 特殊钻井工艺技术 ➢ 钻井过程对储层伤害问题
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
1.钻井概述
煤层气储层与常规砂岩储层相比，有许多独有的 特性,这种独特储层和地质特征给煤层气井的钻井、取 心带来了各种各样的问题和钻井施工工艺的变化。仔 细设计煤层气钻井程序和使用合理、有效的钻井工艺， 是确保钻成高产、高效煤层气井的前提。
269.9
311.1
244.5
219.1
273
250.8
298.4 310.6
339.7 355.6
钻头、井径 套管
钻头、井径
269.9
311.1
298.4 310.6
347.6
339.7 355.6 444.5
347.6
444.5
406.4
508
508
660.4
套管
406.4
508
609.6
762
录井
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
3.国内煤层气钻井现状 2002年前十年时间内,全国完成224口各类
煤层气井,全部采用常规直井钻井技术。2005 年一年完成的工程量超过了2002年前十年的总 和，钻井类型也已由造穴井、垂直井向丛式井、 水平井、水平分支井发展。
煤层气钻井工艺技术
一、钻井概述及国内钻井现状
通过排水降压使气体解 吸产出
因目的不同可分为取 心资料井、测试试验 井、生产井和观测井
水平钻井
1、从煤矿巷道打水平排气 井；2、从地面先打直井再
造斜，沿煤层水平钻进
更好的增大泄流面积， 使压力降低产出
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计
1.钻井设计前的资料准备和地层评价
钻井设计前应力图准备以下资料: ➢ 地层的深度、压力、水介质性质； ➢ 煤与非煤地层的类型（煤层的层数、厚度、煤岩、煤 质；地层的岩性、厚度、破裂程度、导水性等）； ➢ 测井资料（自然伽马、伽马—伽马、自然电位等）； ➢ 钻遇的典型问题（钻井液的漏失、高压储层的井喷、 井壁坍塌等）。
封隔用钻井液难以控制的复杂地层， 保证顺利钻井
产层套管 将产层与其他地层及不同压力的产层分隔开，形
（生产套管）
成煤层气流通通道，保证长期生产，满足开采和 压裂要求
煤层气钻井工艺技术
三、钻井设计