用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng),該方法包括如下步驟:下入技術(shù)套管,在所述技術(shù)套管外設(shè)置與其內(nèi)連通的注氣管、注液管;進(jìn)入目的層后通過所述注氣管建立欠平衡后,鉆井泵和氣體泵組持續(xù)工作;鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱,進(jìn)行鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作時,使鉆井泵將鉆井液注入切換至所述注液管;完成鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作,使所述鉆井泵將鉆井液注入切換至鉆柱。該方法及系統(tǒng)在鉆進(jìn)和非鉆進(jìn)狀態(tài)下均保持凈化井眼,有效防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生,并能夠持續(xù)保持均勻的欠平衡井底壓力。
【專利說明】用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤層氣開采【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是涉及一種用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,煤層氣的開采領(lǐng)域中,采用的鉆井方式通常為欠平衡鉆井。欠平衡鉆井是指在鉆井過程中鉆井液柱作用在井底的壓力(包括鉆井液柱的靜液壓力、循環(huán)壓降和井口回壓)低于井底地層空隙壓力。
[0003]由于煤儲層特殊的成分和成巖性質(zhì),機(jī)械穩(wěn)定性差、滲透性低、吸附性儲藏、含氣飽和度低等特性,儲層物性薄弱,若遭遇鉆井過程中附加工程的傷害和破壞,將永久不能修復(fù),所以煤層氣欠平衡鉆井技術(shù)需要同時考慮井底壓力的穩(wěn)定性、持續(xù)的井眼凈化能力、不能產(chǎn)生物理化學(xué)污染破壞等因素。
[0004]寄生管注氣欠平衡為煤層氣鉆井采用的欠平衡鉆井技術(shù)中的一種,一般為針對水平井目的層實施該技術(shù)。
[0005]鉆水平井時,先從地面沿豎直方向向下打井,到達(dá)一定深度后造斜,從而逐漸過渡沿水平方向延伸,可將水平井分別垂直段、造斜段和水平段三部分,顯然,水平段位于目標(biāo)煤層。
[0006]水平段的鉆井,需要使用單根鉆桿或鉆井立柱,將單根鉆桿或鉆井立柱一根接一根地鉆入目標(biāo)煤層中形成水平井的水平段。
[0007]在水平段鉆進(jìn)之前下入技術(shù)套管,技術(shù)套管外下入寄生注氣管,并固井、候凝;對技術(shù)套管鉆塞,并鉆穿技術(shù)套管與寄生注氣管相連的位置,確保寄生注氣管的暢通。
[0008]其中,單根鉆桿或鉆井立柱位于技術(shù)套管內(nèi),兩者之間形成環(huán)空。鉆井過程中,將鉆井液注入單根鉆桿或鉆井立柱的空腔,鉆井液流過空腔達(dá)到水平井當(dāng)時的盡頭,同時通過寄生注氣管向技術(shù)套管內(nèi)注入氣體,注入的氣體與鉆井液混合形成氣液兩相流,該氣液兩相流可攜帶鉆井過程中形成的巖屑、砂石等雜質(zhì)流出井口。當(dāng)注入的氣體和鉆井液達(dá)到一定值時,氣液兩相流達(dá)到動態(tài)平衡,維持該動態(tài)平衡完成水平井水平段的欠平衡鉆井作業(yè)。
[0009]然而,上述寄生管注氣欠平衡鉆井存在下述問題:
[0010]在鉆入一根單根鉆桿或鉆井立柱后,需要接入下一根單根鉆桿或鉆井立柱才能繼續(xù)水平段的鉆進(jìn)。在接入下一根單根鉆桿或鉆井立柱時,需要一段準(zhǔn)備工作,該準(zhǔn)備工作期間,必須將注入鉆井液的鉆井泵停掉,由于此前鉆井泵注液和寄生注氣管注氣達(dá)到動態(tài)平衡,為了維護(hù)該動態(tài)平衡狀態(tài),停泵注液后也無法持續(xù)注氣,如此,停泵期間,水平井的垂直段和造斜段沒有氣液兩相流流動,無法帶動巖屑等雜質(zhì),導(dǎo)致巖屑等雜質(zhì)下沉,若停泵期間,沉積巖屑過多而填埋鉆具,再次開泵時無法將沉積的巖屑等雜質(zhì)沖開,造成卡鉆事故。[0011 ] 有鑒于此,如何在鉆井過程中實現(xiàn)連續(xù)欠平衡鉆進(jìn),保持井眼通道的持續(xù)清潔,有效防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生,是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的目的是提供一種用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng),該方法及系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)欠平衡鉆進(jìn),并保持井眼通道的持續(xù)清潔,有效防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生。
[0013]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,包括如下步驟:
[0014]下入技術(shù)套管,在所述技術(shù)套管外設(shè)置與其內(nèi)連通的注氣管、注液管;
[0015]進(jìn)入目的層后通過所述注氣管建立欠平衡后,鉆井泵和氣體泵組持續(xù)工作;
[0016]鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱,進(jìn)行鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作時,使鉆井泵將鉆井液注入切換至所述注液管;
[0017]完成鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作,使所述鉆井泵將鉆井液注入切換至鉆柱。
[0018]優(yōu)選地,下入技術(shù)套管,在所述技術(shù)套管外下入注氣管、注液管,并固井、候凝;對所述技術(shù)套管鉆塞,使其分別與所述注氣管、所述注液管連通。
[0019]優(yōu)選地,所述注氣管至所述技術(shù)套管單向?qū)?;所述注液管至所述技術(shù)套管單向?qū)ā?br>
[0020]優(yōu)選地,所述鉆井液為清水。
[0021]優(yōu)選地,所述注氣的氣體為空氣或氮氣或二氧化碳。
[0022]本發(fā)明還提供一種用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng),包括鉆井泵、氣體泵組和技術(shù)套管,還包括設(shè)置于所述技術(shù)套管外的注氣管和注液管;所述注氣管和所述注液管分別連通所述技術(shù)套管;
[0023]所述鉆井泵能夠?qū)@井液注入鉆柱,或注入所述注液管;
[0024]所述氣體泵組能夠注氣至所述注氣管。
[0025]優(yōu)選地,所述技術(shù)套管上設(shè)置有自所述注氣管向所述技術(shù)套管單向?qū)ǖ牡谝贿B通器,以及自所述注液管向所述技術(shù)套管單向?qū)ǖ牡诙B通器。
[0026]優(yōu)選地,所述鉆井泵的出口設(shè)置有換向閥,所述換向閥控制所述鉆井泵與單根鉆桿或鉆井立柱的空腔連通,或與所述注液管連通。
[0027]本發(fā)明提供的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)欠平衡鉆進(jìn),并保持井眼通道的持續(xù)清潔,有效防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生。具體的方案中,技術(shù)套管外設(shè)置有與其內(nèi)連通的注氣管和注液管;在鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱,進(jìn)行鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作時,可以使鉆井泵向注液管內(nèi)注入鉆井液,同時使氣體泵組通過注氣管向技術(shù)套管內(nèi)持續(xù)注氣,鉆井液和注入的氣體混合,形成氣液兩相流,仍可攜帶巖屑砂石等雜質(zhì)流出井口 ;也就是說,非鉆進(jìn)狀態(tài)下,氣體泵組和鉆進(jìn)泵也持續(xù)工作,通過注液管注液和注氣管注氣仍可保持對井眼通道的凈化,避免了【背景技術(shù)】中,接單根時無法注液導(dǎo)致的沉砂卡鉆事故,同時能夠持續(xù)保持均勻的欠平衡井底壓力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明所提供用于煤層氣的欠平衡鉆井方法的一種【具體實施方式】的流程示意圖;[0029]圖2為本發(fā)明所提供用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng)的一種【具體實施方式】的原理示意圖。
[0030]圖 2 中:
[0031]氣體泵組10,循環(huán)罐20,儲液罐30,鉆井泵40,換向閥41,注液管50,注氣管60,技術(shù)套管70,單根鉆桿或鉆井立柱80。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明的核心是提供一種用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng),該方法及系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)欠平衡鉆進(jìn),并保持井眼通道的持續(xù)清潔,有效防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生。
[0033]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案,下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。為便于理解和描述簡潔,下文結(jié)合用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng)進(jìn)行說明,有益效果不再重復(fù)論述。
[0034]本發(fā)明提供的用于煤層氣的欠平衡鉆進(jìn)方法,包括如下步驟:
[0035]下入技術(shù)套管,在所述技術(shù)套管外設(shè)置與其內(nèi)連通的注氣管、注液管;
[0036]進(jìn)入目的層后通過所述注氣管建立欠平衡后,鉆井泵和氣體泵組持續(xù)工作;
[0037]鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱,進(jìn)行鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作時,使鉆井泵將鉆井液注入切換至所述注液管;
[0038]完成鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作,使所述鉆井泵將鉆井液注入切換至鉆柱。
[0039]本發(fā)明提供的用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng),包括鉆井泵、氣體泵組和技術(shù)套管,還包括設(shè)置于所述技術(shù)套管外的注氣管和注液管;所述注氣管和所述注液管分別連通所述技術(shù)套管;
[0040]所述鉆井泵能夠?qū)@井液注入鉆柱,或注入所述注液管;
[0041]所述氣體泵組能夠注氣至所述注氣管。
[0042]與【背景技術(shù)】相比,該欠平衡鉆井方法和系統(tǒng),在接單根時,通過對注液管注液和對注氣管注氣仍能保持對井眼通道的凈化,防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生。
[0043]請參考圖1和圖2,圖1為本發(fā)明所提供用于煤層氣的欠平衡鉆井方法的一種【具體實施方式】的流程示意圖;圖2為本發(fā)明所提供用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng)的一種【具體實施方式】的原理示意圖。
[0044]該實施例中,用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,包括如下步驟:
[0045]S10、完成水平井垂直段和造斜段的鉆井作業(yè);
[0046]本發(fā)明提供的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng),針對煤層氣水平井水平段的鉆井作業(yè),所以在進(jìn)行水平段的鉆井作業(yè)之前,應(yīng)先完成水平井垂直段和造斜段的鉆井作業(yè)。
[0047]S20、下入技術(shù)套管70,在技術(shù)套管70外下入注氣管60和注液管50,并固井、候凝;
[0048]技術(shù)套管70可以起到隔離地層和保護(hù)井身的作用,也可以保證對井眼順利地鉆井,確保鉆井煤儲層的安全。
[0049]S30、對技術(shù)套管70鉆塞,使技術(shù)套管70分別與注氣管60、注液管50連通;[0050]步驟S20中的固井作業(yè)中,會有水泥塞留在技術(shù)套管70內(nèi),在進(jìn)行下一步操作之前,需要將留在技術(shù)套管70內(nèi)的水泥塞鉆掉,并使技術(shù)套管70分別與注氣管60、注液管50連通。
[0051]本發(fā)明提供的用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng)包括技術(shù)套管70和設(shè)置于技術(shù)套管70外的注氣管60和注液管50,其中,注氣管60和注液管50分別連通技術(shù)套管70。
[0052]S40、開啟氣體泵組10,通過注氣管60對技術(shù)套管70注氣;注氣預(yù)設(shè)時間,開啟鉆井泵40,將鉆井液注入鉆柱,開始鉆進(jìn);
[0053]開啟氣體泵組10后,氣體泵組10向注氣管60內(nèi)注入氣體,由于注氣管60與技術(shù)套管70連通,所以注入氣體可進(jìn)入技術(shù)套管70內(nèi),持續(xù)不斷的注氣,氣體可帶動井筒內(nèi)的鉆井液向井口方向流動,也就是說,通過注氣可置換井筒內(nèi)部分鉆井液,降低井筒內(nèi)的當(dāng)量密度,注氣預(yù)設(shè)時間,井筒內(nèi)氣體和鉆井液達(dá)到動態(tài)平衡,開啟鉆井泵40,將鉆井液注入鉆柱,開始鉆進(jìn),在此過程中,氣體泵組10 —直保持注氣狀態(tài)。
[0054]具體的方案中,注氣至井口有氣體返出時,開啟鉆井泵40。氣體泵組10持續(xù)不斷地注氣,氣體可推動鉆井液向井口方向流動,當(dāng)觀測到井口有氣體返出時,可認(rèn)為此時井筒內(nèi)氣體和鉆井液達(dá)到平衡,即可開啟鉆井泵40,開始單根鉆桿或鉆井立柱80的鉆進(jìn)工作。氣體返出井口較易觀測,可避免注氣不足或過多,影響鉆進(jìn)作業(yè)。
[0055]其中,單根鉆桿或鉆井立柱80具有空腔,鉆井泵40將鉆井液注入該空腔,鉆井液可沿著該空腔流向當(dāng)時水平井的水平段盡頭,到達(dá)盡頭后,鉆井液折回從單根鉆桿或鉆井立柱80與井筒之間形成的環(huán)空向回流動,從而沖走鉆井過程中形成的巖屑、砂石等雜質(zhì);由于氣體泵組10不斷地向技術(shù)套管70內(nèi)注入氣體,該氣體與夾帶雜質(zhì)的鉆井液混合,形成氣液兩相流,該氣液兩相流夾帶雜質(zhì)后,其密度小于夾帶雜質(zhì)的鉆井液的密度,從而維持井底壓力在安全范圍內(nèi),實施欠平衡鉆進(jìn)。
[0056]相應(yīng)地,該實施例中,所述欠平衡鉆井系統(tǒng)還包括氣體泵組10和鉆井泵40,該氣體泵組10能夠注氣至注氣管60,該鉆井泵40能夠?qū)@井液注入鉆柱,或注入注液管50。
[0057]S50、鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱80,進(jìn)行鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱80的準(zhǔn)備工作時,使鉆井泵40將鉆井液注入注液管50 ;
[0058]在鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱80后,需要接入下一個單根鉆桿或鉆井立柱80才能繼續(xù)實施水平井水平段的鉆進(jìn)。在接入下一個單根鉆桿或鉆井立柱80的過程中,需要一段準(zhǔn)備工作,該段準(zhǔn)備工作時間內(nèi),鉆井泵40無法將鉆井液注入鉆柱,此時,可使鉆井泵40將鉆井液注入注液管50。
[0059]由于注液管50與技術(shù)套管70連通,所以通過注液管50注入的鉆井液可與通過注氣管60注入的氣體混合形成氣液兩相流,同樣可夾帶巖屑、砂石等雜質(zhì)流向井口,因此,可以確保接單根時也能夠?qū)弁ǖ肋M(jìn)行清潔。
[0060]S60、完成鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱80的準(zhǔn)備工作,使鉆井泵40將鉆井液注入鉆柱,并繼續(xù)鉆進(jìn);
[0061]完成準(zhǔn)備工作后,鉆井液再次注入鉆柱,到達(dá)當(dāng)時水平井的水平段盡頭后,與注入技術(shù)套管70的空氣混合,形成氣液兩相流,夾帶雜質(zhì)流出井口。
[0062]如此,不管是單根鉆桿或鉆井立柱80的鉆進(jìn)過程還是接單根,均有連續(xù)循環(huán)的工作介質(zhì)即氣液兩相流,連續(xù)清潔井眼通道,有效防止了沉砂卡鉆事故的發(fā)生。[0063]S70、重復(fù)步驟S50和S60,直至完成水平井的整個水平段鉆井作業(yè)。
[0064]與【背景技術(shù)】中的寄生管注氣欠平衡技術(shù)相比,本發(fā)明提供的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng),在接單根過程中也能夠同時注氣和注液,確保整個鉆井過程中能夠持續(xù)不斷地凈化井眼通道,防止沉砂卡鉆事故的發(fā)生,同時維護(hù)保持均勻的井底壓力實施欠平衡鉆進(jìn)。
[0065]進(jìn)一步地,為避免注入的氣體和鉆井液回流,注氣管60至技術(shù)套管70單向?qū)ǎ⒁汗?0至技術(shù)套管70單向?qū)ā?br>
[0066]具體的方案中,技術(shù)套管70上設(shè)置有自注氣管60向技術(shù)套管70單向?qū)ǖ牡谝贿B通器,以及自注液管50向技術(shù)套管70單向?qū)ǖ牡诙B通器。所述第一連通器和所述第二連通器均可采用單向閥,簡便可靠。
[0067]具體的方案中,所述鉆井液為清水。使用方便,成本較低。當(dāng)然,根據(jù)實際情況也可選用泥漿或無粘土相沖洗液等作為鉆井液。
[0068]具體的方案中,所述注氣的氣體可以為空氣,使用方便,且成本低廉。當(dāng)然,所述注氣的氣體也可采用氮氣或二氧化碳等氣體。
[0069]該實施例中,所述欠平衡鉆井系統(tǒng)的鉆井泵40出口設(shè)置有換向閥41,通過該換向閥41的切換可使鉆井泵40與鉆柱連通,或與注液管50連通。通過換向閥41的切換控制鉆井泵40將鉆井液注入鉆柱,或注入注液管50,控制簡便,且使得欠平衡鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)較為方便。
[0070]當(dāng)然,也可設(shè)置兩個鉆井泵40,分別與鉆柱、注液管50連通。當(dāng)鉆進(jìn)單根鉆桿或鉆井立柱80時,開啟與鉆柱連通的鉆井泵40,關(guān)閉與注液管50連通的鉆井泵40 ;接單根時,關(guān)閉與鉆柱連通的鉆井泵40,開啟與注液管50連通的鉆井泵40 ;如此,也可確保水平井水平段的整個鉆井過程中,井眼通道得到持續(xù)不斷的凈化。與前述方案相比,該方案需設(shè)置兩個鉆井泵40,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,實際設(shè)置時可優(yōu)選前述方案。
[0071]此外,所述欠平衡鉆井系統(tǒng)還包括循環(huán)罐20和儲液罐30 ;其中,循環(huán)罐20與鉆井泵40連接,用于鉆井液的補充;儲液罐30 —側(cè)與水平井井口連接,另一側(cè)與循環(huán)罐20連接,返回井口的氣液兩相流經(jīng)過過濾的液體可存儲至儲液罐30,并通過儲液罐30補充至循環(huán)罐20,減少浪費。
[0072]以上對本發(fā)明所提供的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法及系統(tǒng)均進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述,以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出,對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾,這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,其特征在于,包括如下步驟: 下入技術(shù)套管,在所述技術(shù)套管外設(shè)置與其內(nèi)連通的注氣管、注液管; 進(jìn)入目的層后通過所述注氣管建立欠平衡后,鉆井泵和氣體泵組持續(xù)工作; 鉆完一個單根鉆桿或鉆井立柱,進(jìn)行鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作時,使鉆井泵將鉆井液注入切換至所述注液管; 完成鉆入下一個單根鉆桿或鉆井立柱的準(zhǔn)備工作,使所述鉆井泵將鉆井液注入切換至鉆柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,其特征在于,下入技術(shù)套管,在所述技術(shù)套管外下入注氣管、注液管,并固井、候凝;對所述技術(shù)套管鉆塞,使其分別與所述注氣管、所述注液管連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,其特征在于,所述注氣管至所述技術(shù)套管單向?qū)?;所述注液管至所述技術(shù)套管單向?qū)ā?br>
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,其特征在于,所述鉆井液為清水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的用于煤層氣的欠平衡鉆井方法,其特征在于,所述注氣的氣體為空氣或氮氣或二氧化碳。
6.一種用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng),包括鉆井泵、氣體泵組和技術(shù)套管,其特征在于,還包括設(shè)置于所述技術(shù)套管外的注氣管和注液管;所述注氣管和所述注液管分別連通所述技術(shù)套管; 所述鉆井泵能夠?qū)@井液注入鉆柱,或注入所述注液管; 所述氣體泵組能夠注氣至所述注氣管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng),其特征在于,所述技術(shù)套管上設(shè)置有自所述注氣管向所述技術(shù)套管單向?qū)ǖ牡谝贿B通器,以及自所述注液管向所述技術(shù)套管單向?qū)ǖ牡诙B通器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于煤層氣的欠平衡鉆井系統(tǒng),其特征在于,所述鉆井泵的出口設(shè)置有換向閥,所述換向閥控制所述鉆井泵與鉆柱,或與所述注液管連通。
【文檔編號】E21B7/20GK103993827SQ201410262116
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】楊銳, 楊陸武, 崔玉環(huán), 郭衛(wèi)東 申請人:北京奧瑞安能源技術(shù)開發(fā)有限公司