中石油钻井院煤层气技术介绍

1、-1-,中国石油集团钻井工程技术研究院,二一三年三月,煤层气钻井新技术与应用,-2-,汇 报 内 容,一、煤层气工程研究所基本情况 二、drmts-ii远距离穿针钻井技术 三、drpe筛管完井技术与装备 四、煤层气钻井工程实验评价技术 五、结束语,定位：致力于煤层气工程特色技术的研发与服务，形成国内一流、国际领先的煤层气钻完井技术技术系列。 职责： 煤层气钻完井技术及专用工具研究 中石油煤层气钻井业务支持与服务 煤层气钻井技术发展规划,煤层气工程研究所是国内唯一以煤层气钻井工程技术作为研究对象的科研单位；拥有的煤层气钻井完井技术是中石油钻井院十大特色技术之一。,一、单位基本情况,1993年起开

2、始介入煤层气现场试验，进行煤层气钻井技术的前期研究; 1994年负责完成了湖南冷试1井、江西曲试1井两口煤层气试验井的钻井完井设计及现场技术管理工作，为美国菲利普斯公司提供了煤层伤害评价服务; 1996-2006年负责完成了中石油煤层气项目经理部30多口试验井、2口水平分支井的钻完井工程设计、现场监督和现场跟踪研究工作： 2006年，负责完成了樊庄地区3#煤层100口开发直井的区块技术服务与监理工作; 2009年独立设计、组织实施了郑平1-1多分支水平井； 2008至现在，承担了煤层气相关的国家重大专项、股份公司专项、海外专项等课题攻关，开发出了drmts-ii穿针工具和drpe筛管完井等技术

3、。,1、发展历程,一、单位基本情况,煤层气钻井完井设计、跟踪研究、区块监理工作 煤层气水平井钻井工程现场实施技术（具备工程总包能力） 水平井远距离穿针技术服务 煤层气筛管完井技术 煤层气欠平衡钻井技术 煤层气钻完井工程实验评价技术 煤层气绳索取心工艺技术服务,一、单位基本情况,6,拥有独立开发的煤层气多分支井优化设计、欠平衡设计、欠平衡钻井风险评估三套软件，并取得集团公司煤层气钻井设计资质证书,一、单位基本情况,-7-,汇 报 内 容,一、煤层气工程研究所基本情况 二、drmts-ii远距离穿针钻井技术 三、drpe筛管完井技术与装备 四、煤层气钻井工程实验评价技术 五、结束语,水平井/多分支

4、井是煤层气的高效开采方式，而远距离穿针（对接）技术是煤层气水平井/多分支井开发的关键技术之一，该技术长期被外国公司垄断，严重制约了我国煤层气低成本规模开发。,r,钻进方向,洞穴,磁发射装置,探管,穿针目标：引导煤层气水平井与排采直井连通。 工艺流程：水平井下入磁发射装置，洞穴直井下入测量探管；通过穿针装备实时测量钻头与洞穴的相对位置关系，然后为定向钻井提供精确靶点。,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,-8-,2008年国家油气重大专项将穿针装备其列为“10大装备之一”进行攻关研究；通过“十一五”后三年的技术攻关，研制出drmts远距离穿针装备 ； 该装备具有点对点精确定位导向能力，可完成

5、煤层气水平井与排采直井玻璃钢套管连通作业；与国外仪器相比，具备近距离测量和立体导向优势。,4、无线数据传输系统,水平井,形成旋转磁场,1、drmts磁发射装置,1、drmts测量探管,钻头与探管相对位置关系,螺杆及lwd,磁信号通过电缆上传,洞穴井,3、drmts地面工控系统,5、磁信号解释处理中心,-9-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,-10-,点对点连通玻璃钢技术核心,测量范围：drmts-ii设备探测范围为801米；国外rmrs为705米。 立体测量：测量井斜偏差、钢套管位置磁性标定；40米以内定位测量精度达到厘米级别。,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,具体技术指标达到

6、国际领先水平，满足工业应用要求,-11-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,2012年5月19日中央电视台宣传了该技术成果。 主流报刊光明日报、科技日报、经济日报等9家媒体在主力版面发表文章，宣传这一科技进步成果。 新华网、人民网等共有41家网站进行了转载报道。,2011年11月drmts-1穿针装备通过了集团公司组织的鉴定评审。 2011年12月8日参加了集团公司十大利器发布会，标志着中石油成为第二家掌握该技术的公司。,产品发布与鉴定,媒体报道,-12-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,drmts穿针装备推广应用,2012年1月至12月，drmts型穿针装备共完成13井次的穿针

7、技术服务，其中三次直接连通玻璃钢套管，一次连通作业成功率达到100%； 该产品已在我国沁水盆地、鄂尔多斯盆地等主要煤层气区块得到广泛应用，性能指标得到了用户的肯定和赞誉。,-13-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,典型案例：郑试平6h井,落鱼,洞穴,7 钢套管,7 玻璃钢套管,3米,1、靶区范围由原来的0.54米矩形靶缩小至点靶 2、且连通段地层位于顶板泥岩中，侧钻补救难度大 3、憋压连通等措施成功可能性很小,靶点,-14-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,典型案例：郑试平6h井,在我院穿针作业服务团队和渤海钻探第四钻井公司的通力协作和配合下，一次性圆满完成了该井玻璃钢连通任务

8、。,-15-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,典型案例：柳林煤层气区块fl-h13-l,为解决直井洞穴垮塌问题，富地石油公司在fl-h13-l井未造洞穴，直接连通玻璃钢套管； 在我院穿针作业服务团队和陕西龙门天地煤层气技术工程有限公司的通力协作和配合下，一次性圆满完成了该井玻璃钢连通任务,-16-,目前富地石油公司已放弃直井造穴工艺，全面推广“点对点”连通玻璃钢技术！,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,二开8-1/2 井眼下入6-1/2 磁源发射装置引导，完成复杂地层段的钻进，然后下套管；三开采用4-3/4 磁源发射装置再次进行引导，最终实现两井连通。,6-1/2磁源发射装置,磁

9、测量探管,二开井段drmts穿针装备引导至距离直井310米，下套管封堵连通点前不稳定煤层,-17-,典型案例：复合穿针工艺,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,典型案例：zp4-10井,该井位于山西省沁水盆地郑庄区块，由在井斜70度时钻遇煤层，井眼轨迹将穿越3#煤层底部的粉煤，因此决定采用“二开预连通+三开连通”的复合连通模式进行导向钻进； drmts-i穿针工具在8-1/2 井眼距离洞穴80米开始精确定位导向，并引导至距离洞穴22米处，方位偏差0.6度； 三开采用4-3/4磁源发射装置进行磁导向，在距离洞穴1.5米处结束导向作业，方位偏差2.1度，继续钻进1.4米后实现两井连通作业。,不

10、稳定粉煤段,二开套管鞋,洞穴直井,-18-,二、drmts-ii远距离穿针钻井技术,-19-,汇 报 内 容,一、煤层气工程研究所基本情况 二、drmts-ii远距离穿针钻井技术 三、drpe筛管完井技术与装备 四、煤层气钻井工程实验评价技术 五、结束语,三、drpe筛管完井技术与装备,-20-,针对我国煤层易垮塌及产出煤粉等特点，钻井研究院研制完成一套煤层气筛管完井技术（包括pe筛管、注入装置、锚定装置等）。 解决了煤层气水平井完井井壁垮塌等问题，有望提高煤层气井筒寿命和单井产量。,pe筛管,pe筛管完井系统构成,2寸pe筛管,以类似连续管的形式，在煤层水平段下入筛管，有效支撑煤层井壁，保持

11、排采期间井眼的连通。,井口连续注入装置,引导锚定装置,-21-,三、drpe筛管完井技术与装备,-22-,1、煤层气水平井专用pe筛管,加工完成的2吋pe筛管,1600m/卷 材料：hdpe100 外径50.8mm，壁厚4.6mm 筛眼：8mm23mm， 过流面积比3% 筛眼相位分布为60 支撑力24000n/m,三、drpe筛管完井技术与装备,-23-,-23-,2、地面连续注入装置,主要功能和特点：以类似连续油管注入的形式，采用液压驱动的专用摩擦链条带动pe筛管连续注入到钻杆内。 注入装置采用大量标准件及常用件，标准化系数高达60%以上。该装置可直接与钻杆进行连接和固定；系统自带小型独立液

12、压源。,地面连续注入装置整机,适用注入24吋的pe筛管 注入力：6kn 额定注入速度：8m/min 液压系统：耐压16mpa 额定排量25l/min 连接丝扣：311型,装置规格参数,三、drpe筛管完井技术与装备,-24-,3、引导和锚定装置研制,设计原则：下的去、张的开、挂的牢 主要功能和特点：在泵冲过程中承压台肩憋压形成牵引力，带动筛管下入到预定位置，然后张开刀翼自动张开，固定筛管于煤层中。该装置由单向阀、承压台肩、张开刀翼三部分组成。,装置规格参数,张开刀翼半径25cm 本体直径50.8mm 90夹角组合式刀翼结构 承压台肩外径：54mm、56mm、58mm 适合井眼：6吋、8-1/2

13、吋 钻杆最小通径：61mm,张开刀翼,承压台肩,单向阀,三、drpe筛管完井技术与装备,-25-,2012年3月-11月在山西柳林、长治、沁水、内蒙古等地已经完成6井次的pe筛管完井技术试验与应用。,4、drpe型筛管完井试验与应用,三、drpe筛管完井技术与装备,-26-,郑试9u-h井,2012年3月1213日，项目组应廊坊分院邀请，赴郑庄区块郑试9u-h井进行试验。 完成郑试9u-h井洞穴前245m和洞穴后1122.1m（0-376m和376-1122.1m），共计1367.1m的2吋pe筛管的施工作业。,郑试9u井身结构垂直剖面图,郑试9u-h,郑试9u-v,洞穴,三、drpe筛管完井

14、技术与装备,-27-,-27-,郑试9u-h井,该井组在2012年7月1日进行投产，目前日产水量为0.7m，日产气为1370m，预计该井单井产量可超过10000 m/d。,郑试9u-v井试气曲线,三、drpe筛管完井技术与装备,-28-,2012年8月2526日，项目组在山西长治区块华李平1h井进行了一井次现场试验，完成 831-1731m（831-1202m和1202-1731m），共计900m水平段的2吋pe筛管的施工作业。,华李平1h井,华李平1井身结构垂直剖面图,华李平1h,华李平1v,洞穴,三、drpe筛管完井技术与装备,-29-,clu-02h井,2012年9月1012日，项目组应

15、中联煤邀请，赴柳林区块clu-02h井进行试验。 由于钻具水眼（52mm）偏小；泥浆比重（1.14-1.16）和粘度（45s）过大，分5段共计完成886m的2吋pe筛管的施工作业。,clu-02井身结构图,三、drpe筛管完井技术与装备,-30-,霍u1-1h&2h煤层气v型井,2012年10月45日完成霍u1-1h井629m（816-1445m）的pe筛管施工作业。 2012年10月911日完成霍u1-2h井800m（400-800m,800-1200m）的pe筛管施工作业。,霍u1煤层气v型井身结构图,三、drpe筛管完井技术与装备,-31-,2012年10月24日，完成clu-01h井1

16、127-1780m（1127-1427 m，1427-1780m），共计653米水平段的pe筛管施工作业。,clu-01h井,三、drpe筛管完井技术与装备,-32-,汇 报 内 容,一、煤层气工程研究所基本情况 二、drmts-ii远距离穿针钻井技术 三、drpe筛管完井技术与装备 四、煤层气钻井工程实验评价技术 五、结束语,基于弹性波传播理论，以煤岩声波速度实验为基础，由煤岩纵波速度、横波速度以及煤岩密度三参数，通过实验数据进行统计及回归分析，建立煤岩动弹性力学参数与静弹性力学参数之间，煤岩物理力学参数与其声波速度之间的相关关系和模型，实现煤岩原位力学参数计算。,基于弹性波理论的煤岩物理力学参数测试,声波参数测定仪,声波测试纵波波形,动弹性模量:,动泊松比:,四、煤层气钻井工程实验评价技术,针对煤岩强度低、胶结差、易破碎等特点，通过煤岩力学特性实验与扫描电镜有机结合，实现了在煤岩宏观力学实验过程中，同步观测煤岩微观裂纹扩展规律，探索研究煤层气钻井过程中，煤岩破坏的微观力学机理。,四、煤层气钻井工程实验评价技术,从宏观到微观的煤岩力学性质测试,三点弯曲试验夹具,基于煤层气渗透率、解吸率的储层损害评价测试,-35-,四、煤层气钻井工程实验评价技术,煤层气解吸率损害评价装置,微孔隙受钻井液污染变小后，将严重影响煤层气产量