煤层气远端水平对接井钻进技术研究与应用

5、结论及建议
6、推广计划
5.1 结论
（1）能有效提高单井产气量、增加有效产气周期、综合成 本低。
（2）该工艺涵盖了水平井、煤层段造穴、精确对接、侧钻
分支等多项先进技术，施工过程中各环节需总体协调。 （3）无线随钻测量及旋转磁测距系统等先进配套装备仪器，
为实施远端水平井的对接提供了保障。
（4）煤层水平段采用无固相聚合物钻井液，完钻后清除 “泥饼”解堵，在保证安全钻进的同时有利于储层保护。
3.2 测斜仪器的选用
名称
mud pulse MWD
优点
缺点
传输速度较慢，对钻井液含砂量 通信结果可靠、钻井深度 和含气量要求严格，不能用于没 较深 有连续液相的欠平衡钻井 地层介质对信号的影响较大，电 数据传输速度较快，适合 磁波不能穿过低电阻率地层，传 在泡沫钻井液等没有连续 输距离有限，深井深度一般不超 液相的欠平衡钻井 过3000m 除测量钻井参数外，还可 结构复杂、使用成本较高 测量相关地质参数
实钻轨迹三维示意图

对接视频
对接连通现场

相关技术参数
SH-U2直井：
一开井深22.42m
二开井深232.71m
三开井深287.94m处终孔
SH-U3水平井：
测深 73m 处开始造斜，测深 394m 处入靶进入煤层，测深 727.01m 处与 SH-
U2 孔成功对接，过洞穴后继续向前钻进 300.36m ，测深 1027.37m 处主孔终孔；
煤层气远端水平对接井钻进技术 研究与应用
赵永哲
钻井技术与工程研究所
2016年5月6日
汇报提纲
1、地面钻井开发模式 2、远端水平对接井施工技术特点及应用现状 3、远端水平对接井施工关键技术研究 4、应用实例
5、结论及建议
6、推广计划
1、地面钻井常用开发模式
近端 对接 分支 井开 发模 式
直井 开发 模式
5.2 建议
（1）钻具与井壁环空间隙较小，增加了环空压耗，限制 了钻井液密度窗口的大小，需进一步探讨煤层水平段钻 进钻具组合与井径的级配。 （2）要实现煤层气远端水平对接井的高产高效化产气，
在加强钻完井工艺研究的同时，必须加强排采工艺技术
研究和施工管理。
汇报提纲
1、地面钻井开发模式 2、远端水平对接井施工技术特点及应用现状 3、远端水平对接井施工关键技术研究 4、应用实例
5、结论及建议ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6、推广计划
6、推广计划
2012年： 王坡矿—— “V”型井软煤下筛管技术 蓝焰寺河及成庄工区——加密井远端对接技术 彬长公司小庄矿——羽状井欠平衡钻进工艺技术
Plan: Plan #1 (WP02-H1/Wellbore #1)
王坡矿—— “V”型井软煤下筛管技术
6、推广计划
3.1 井位、目标层选择及井身结构设计
井身结构设计 基本原则：井眼尺寸要与测斜仪器配套且有利于井壁 稳定；重点考虑井下安全和上覆地层的地质情况，水平段 避免对煤储层造成伤害。在钻进安全的前提下需重点考虑 钻进效率，钻井成本在经济上是否可行。
3.1 井位、目标层选择及井身结构设计
井身结构设计 三开井身结构：一开主要钻进表土层，进入稳定基岩 10m左右，下入表层套管封固地表易漏、含水地层；二开钻 至着陆点以上稳定地层，下入技术套管封固不稳定及含水 地层；三开煤层段采用裸眼完井，井眼尺寸可根据地层情 况及造斜曲率半径等具体需求进行选择。
3.5 对接工艺技术
3.1 井位、目标层的选择及井身结构设计
井位、目标层的选择
地理条件：地形较平坦，交通便利，且有利于煤矿区的
可持续发展。
地质条件：井眼轨迹延伸区域地层构造尽可能简单、水 文地质条件优越、勘探程度高；目标煤层埋深适中，煤层水 平分布稳定且厚度大，孔隙度及渗透性适中、煤层气含量较 高；应尽可能避开地层异常区域。
汇报提纲
1、地面钻井开发模式 2、远端水平对接井施工技术特点及应用现状 3、远端水平对接井施工关键技术研究 4、应用实例及推广计划
5、结论及建议
3、远端水平对接井施工关键技术研究
3.1 井位、目标层的选择及井身结构设计 3.2 测斜仪器的选用 3.3 钻具组合设计及井眼轨迹控制技术 3.4 钻井液工艺技术
钻遇地层依次为第四系、石千峰组、上石盒子组、下石盒
子组和山西组。目标层3#煤层煤层稳定，平均煤厚5.89m，中夹 矸0～5层，距煤层底板 0.8m以下为较软煤层。煤层直接顶板为 砂质泥岩，常有薄层炭质泥岩或泥岩伪顶。目标层所属区块为 两边稍高，中间稍低的向斜构造，倾角变化多在6°以内。
实钻井身结构
● 复合型处理剂形成的“泥饼”通过化学方式清除、解堵，降低储层伤害。
3.5 对接工艺技术
远端对接仪器：旋转磁测距系统(RMRS)
水平井钻具组合：钻头＋永磁短节＋定向螺杆马达＋无磁钻挺＋MWD＋钻杆 垂直井测量仪器：接收探管、有缆钢丝绳 地面附属设备：井口固定滑轮、显示仪、线缆等
RMRS系统原理示意图
EM-MWD
LWD
3.3 钻具组合设计及井眼轨迹控制技术
钻具组合设计
井段
一开 二开
钻具组合
Φ311.15mm三牙轮钻头+双母接头+Φ165mm钻挺+Φ114mm钻杆 Φ215.9mm三牙轮钻头+双母接头+Φ165mm钻挺+Φ114mm钻杆
Φ152.4/Φ149.2/Φ117.8mm三牙轮/PDC钻头+Φ120/Φ95mm单弯 三开 螺杆(1.5°/1.25°)+转换接头+Φ95/Φ89mm无磁承压钻杆 +MWD+Φ89/Φ73mm钻杆+Φ89/Φ73mm加重钻杆 Φ152.4/Φ149.2 /Φ117.8mm PDC钻头+强磁接头+Φ120/Φ95mm 对接井段 单弯螺杆(1.5°)+转换接头+Φ95/Φ89mm无磁承压钻杆 +MWD+Φ89/Φ73mm钻杆+Φ89/Φ73mm加重钻杆
丛式 井开 发模 式
远端 对接 井开 发模 式
汇报提纲
1、地面钻井开发模式 2、远端水平对接井施工技术特点及应用现状 3、远端水平对接井施工关键技术研究 4、应用实例
5、结论及建议
6、推广计划
2.1 远端水平对接井施工技术特点
煤层气远端水平对接井工艺集成了水平井、煤层造穴、
精确连通、侧钻分支和地质导向等多项先进技术，是一项技 术性强、施工难度大的系统工程，对钻井设备、钻具、测量 仪器及工艺技术等均有较高要求，可有效增加煤层气的导流 面积、提高抽采效率、降低煤层瓦斯含量，在高效开发利用 煤层气的同时为煤矿采煤安全提供安全保障。
实钻轨迹三维示意图
孔号
垂深 （m）
一开
孔深 （m） 钻头尺寸 套管尺寸 （mm） （mm） 孔深 （m）
二开
钻头尺寸 套管尺寸 （mm） （mm）
三开
孔深 （m） 钻头尺寸 （mm）
DFS-C04-H1 DFS-C04-H2 DFS-C04-V1
483.5 500.5 576.0
159.49 179.22 180.0
侧钻两个分支，井深分别为159.70m和117.26m；全井总进尺1304.33m。

生产应用及经济社会效益
SH-U2/U3日产气量变化曲线(02/24-06/01)
18000.0
) 日产气量(m³
15000.0
12000.0 9000.0 6000.0 3000.0 0.0
日
期(2011年)
煤层段有效进尺910.33m，日产气量最高值达21000m³，在国内
RMRS系统软件界面
汇报提纲
1、地面钻井开发模式 2、远端水平对接井施工技术特点及应用现状 3、远端水平对接井施工关键技术研究 4、应用实例
5、结论及建议
6、推广计划
4.1 应用实例
⑴ 沁水盆地寺河井田“U”型对接井组
钻遇地层 第四系 石千峰组 上石盒子组 下石盒子组 山西组（3 煤）
#

地质概况
311.15 311.15 311.15
244.5 244.5 244.5
536.2 576.0 576.0
215.9 215.9 215.9
177.8 177.8 177.8
1412.73 1396.0
149.2 149.2

对接视频
对接连通现场
汇报提纲
1、地面钻井开发模式 2、远端水平对接井施工技术特点及应用现状 3、远端水平对接井施工关键技术研究 4、应用实例
3.3 钻具组合设计及井眼轨迹控制技术
井眼轨迹控制
井眼轨道设计需考虑地质条件、各级井眼尺寸及深度、
曲率半径、位垂比等具体情况，综合分析对比。轨迹控制分
为直井段、弯曲段、水平段、水平对接段四个阶段，直井段
要求防斜打直，弯曲井段合理调整入靶姿态，满足地质和工
程施工要求，水平段精细施工确保水平段有效延伸及成功对 接。
率先实现了煤矿区地面远端对接的高产煤层气井组。
4.1 应用实例
⑵ 彬长大佛寺井田“V”型对接井组

地质概况
钻遇地层依次为第四系、第三系、下白垩统洛河组、宜 君组、中侏罗统安定组、直罗组、下侏罗统延安组。目的层 4#煤层煤厚约10m，属于较稳定煤层，偶有0~3层夹矸，夹矸 厚度0.3m~0.6m不等；目标煤层全井田分布。
2.2 远端水平对接井施工技术应用现状
国外：以美国、澳大利亚及加拿大等为代表的西方能源 大国，在钻井深度和技术难度上不断突破，取得了良好的开
发效果和经济效益。
国内：自2004 年由奥瑞安在山西晋城设计施工第一口对
接井以来，中石油、中联煤等企业及施工单位相继在中硬及
以上较稳定煤层中开始施工煤层气远端水平对接井，该技术 目前逐渐得到认可并取得快速发展。
3.4 钻井液工艺技术
煤层水平段——无固相聚合物冲洗液+化学方式清除“泥饼”解堵
良好的 流变性 优秀的屏 蔽暂堵性 强泥页岩 抑制性 良好的 润滑性
合理的冲 洗液密度
安全钻进 储层保护
合适的 PH值
冲洗液工艺技术
处理剂可降解性试验
● 无固相聚合物冲洗液体系有利于孔壁稳定、清洁孔底，能够确保安全钻进。
2013年： 蓝焰公司赵庄工区—— “V”型井软煤下筛管技术 蓝焰公司西山工区——顶板远端对接井分段压裂技术
2016/5/6
3.4 钻井液工艺技术
结合煤储层岩性和远端水平对接井钻进工艺技术的特点，
根据分段设计的原则，确定钻井液工艺技术方案：目的煤层以 上采用常规钻井液体系，目标煤层采用无固相聚合物钻井液体 系，以确保安全钻进，利用复合型处理剂调控钻井液体系的性 能；完钻后利用与钻井液体系相匹配的化学浆液清除井壁“泥 饼”和近井壁范围内裂隙充填物进行解堵，降低储层伤害。