论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了寿阳煤层气的开发现状和煤层气特征，分析了定向井钻井技术在施工过程中的应用，对今后在寿阳区块内施工的定向井有一定的指导作用。
关键词：寿阳区块；定向井；造斜段；稳斜段
Abstract: This paper introduces the development status and characteristics of Shouyang coal-bed methane coal-bed gas, analyzes the application of directional drilling technology in the construction process, has the certain instruction function to the construction of directional well in Shouyang block.
Keywords: Shouyang block; directional well; oblique section; steady inclined section
中图分类号：P634.5
1.概况
寿阳区块位于山西省中部，沁水盆地的北端，沁水盆地是我国大型含煤盆地之一，蕴藏着丰富的煤层气资源，根据远东能源(百慕大)有限公司前期在沁水盆地南部施工的参数井和定向生产井所获得的相关资料，显示该区具有良好的开发前景。
1.1寿阳区块勘探开发历史和现状
1995年由联合国开发计划署（UNDP）利用全球环境基金资助、煤科总院西安分院承担的《中国煤层气资源开发》项目，《阳泉矿区煤层气资源评价》专题科研报告，对阳泉矿区（包括生产区、平昔区和寿阳区）煤层气资源开发进行了评价和研究，其中重点对寿阳区的煤层气资源开发进行了评价和研究。
中国煤田地质总局于1996～1997年在韩庄井田施工了一批煤层气勘探参数井，获得了该区有关的煤储层参数，并对HG6井的主要煤层进行了压裂改造和排采试验，取得了该井合层排采的一整套数据。中联公司1997～1998年在寿阳区块施工了4口煤层气生产井，其中1口探井，3口生产试验井，获得该区宝贵的煤储层参数和生产数据。1998年完成了四条二维地震勘探线，共计167km，获得了丰富的地质成果。2005年远东公司在该区施工了3口羽状水平井，其中2口在煤层段进尺超过3000m，3口井均在生产。
2007年远东能源(百慕大)有限公司根据取得的初步成果资料研究、分析后，认为该区15#煤层十分稳定，储层参数比较有利，是煤层气开发的有利区块，决定在寿阳县南燕竹镇共计部署一批定向井及参数井，以获取该地区15＃煤层的埋深、厚度等储层参数，进一步扩大勘探范围，并逐步形成区域生产井网，争取短期内该区煤层气地面开发进入大规模商业化运营。
1.2寿阳区块地质背景
沁水盆地北端位于北东向新华夏系第三隆起太行山隆以西，汾河地堑东侧，阳曲——盂县纬向构造带南翼。总体形态呈现走向东西、向南倾斜的单斜构造。区内构造简单，地层平缓，倾角一般在10°左右。燕山运动和喜马拉雅运动期间，由于较大规模的岩浆侵入活动，大地热流背景值升高，本区石炭二叠纪煤层在原来深成变质作用的基础上，又叠加了区域岩浆热变质作用，致使煤化作用大大加深，形成了本区高变质的瘦煤、贫煤以及少量无烟煤。
本区所钻遇的地层为：第四系（Q），三叠系下统刘家沟组（T1l），二叠系上统石千峰组（P2sh），二叠系上统上石盒子组(P2x)，二叠系下统下石盒子组(P1x)，二叠系下统山西组(P1s)，石炭系上统太原组（C3t）。
1.3寿阳区块煤储层特征
主要含煤地层为上石炭统太原组及下二叠统山西组，含煤10余层，其中3#、9#、15#煤为主力煤层。
3#煤层：俗称七尺煤，全区煤层厚0～3.78m，煤层较稳定，寿阳矿区西部和阳泉三矿矿区煤层较厚，其他地区煤层变薄，甚至尖灭。结构简单，有时含一层夹矸，顶底板为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。
9#煤层：全区煤层厚不一，煤层较稳定。结构简单，顶底板为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。
15#煤层：煤层厚0.27～6.48m，是寿阳区块内煤层气开发的主力煤层。15#煤含1～3层夹矸，结构中等，顶底板K2灰岩，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。
沁水盆地北端煤储层厚度大，埋深适中；煤的热化程度较高，己进入生气高峰，煤层顶底板封闭性能好，含气量高；煤储层裂隙较发育，孔隙以小孔和微孔为主，渗透性较好；煤的吸附性能强，但含气饱和度偏低。
2．设备设备选择
2.1钻机选择
寿阳区块定向生产井井深一般在在1000m以内，水平段不超过500m，根据我井队现有设备的情况，选择了TSJ-2000、GZ-2000钻机。该钻机提升、回转能力均能满足煤层气定向生产井施工的需要。
2.2设备配置
水泵：TBW-850（直井段）、3NB-1000、F-500；排量0～42L/s，压力5～32MPa。
动力：PZ12V-190、PZ8V-190、12V135；功率120～800HP。
钻塔：27.5m/A型塔（750KN）。
钻具：Φ127mm钻杆，Φ203钻铤，Φ178钻铤+Φ159钻铤。
2.3定向钻具
Φ172(1.5°)螺杆、Φ165(1.5°)螺杆
Φ172MWD定向短节、Φ165MWD定向短节
Φ165mm、Φ159mm短钻挺
Φ214mm扶正器、Φ48MWD
Φ165mm无磁钻铤、Φ172无磁钻挺
3钻井工艺
3.1井身结构
井身结构在钻井工程中处于最基础的地位，体现了钻井的目的，也是决定该目的能否顺利实现的重要因素之一。井身结构设计以钻井目的为目标，以现实的钻井工程和地质等条件为依据，使目标和过程统一起来。
一开采用Φ311mm钻头钻至稳定基岩，且水文显示正常，下入Φ244.5mm表层套管，固井并候凝48小时。
二开采用Φ215.9mm钻头钻至完井，达到钻井目的后，下入Φ139.7mm生产套管并固井。
3.2钻头选用
二开选择造适岩的HJ537G钻头。
3.3动力钻具选择
为了适应软及中软地层，选择了中转速中扭矩马达。
3.4钻井液的选择
煤层气井施工时，煤储层保护是关键。在煤层段钻井中，主要采用清水钻进，严格控制钻井液中的固相含量、比重，井内岩粉较多时，可换用高粘无污染钻井液排出岩粉，既能保证孔内安全，又防止了储层污染。
4.定向鉆具组合及钻进处理措施
定向井施工中主要分直井段、造斜段、稳斜段，要针对不同地层、不同井深、位移有效地选择好三个井段的钻具组合。实现设计的井身规迹是施工的关键。
4.1直井段钻井技术
直井段的防斜是定向井施工的重要保证，一般要求井斜100m内小于1°。直井段的钻具组合是关系到定向井下部定向造斜段的难易程度。
（1）钻具组合：一开采用塔式钻具组合：Φ311钻头+Φ203钻铤+Φ178钻铤+Φ159钻铤+Φ127钻杆。
二开：Φ215.9钻头 +Φ178钻铤+Φ159钻铤+Φ127钻杆。
（2）钻进参数： 钻压 10～80 kN排量 12 L/s 泵压 0.5～2MPa
钻井液性能： 密度 1.02～1.10g/cm3粘度 21 s
（3）见基岩时要轻压慢转，防止井斜。
（4）直井段换径时要吊打，换定向钻具前测井斜。
4.2造斜段钻井技术
造斜段下钻到底后，EMWD仪器无干扰开始定向钻进；施工采用1.5°单弯螺杆，测得实际造斜率为9°/30m，定向过程中采用滑动钻进与复合钻进交替作业，确保狗腿度满足要求。
（1）钻具组合Φ215.9钻头+Φ172(1.5°)螺杆+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+Φ178钻铤*2根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
（2）钻进参数：钻压 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵压 2～4MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 16 s
（3）要调整好钻井液性能，采用三级固控设备控控制固相含量不超标。
（4）及时测量井斜、方位，发现与设计不符，应马上采取措施。
（5）做好泥浆的性能维护，提高防塌性能和携带岩屑的能力，清洁井眼。
4.3稳斜段钻井技术
稳斜段钻具组合在本区可采用以下三种方法，也可以交替作业，确保井斜方位满足要求，三班各钻井参数要保持一致辞，并保证井下安全。
（1）采用螺杆复合稳斜钻进
钻具组合：Φ215.9钻头+Φ172(1.5°)螺杆+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+Φ178钻铤*2根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
钻进参数：钻压 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵压 3～5 MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 17s
（2）采用近钻头扶正器稳斜钻进。
钻具组合：Φ215.9钻头+Φ214扶正器+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
钻进参数：钻压 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵压 2～4 MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 17s
（3）采用光钻铤钻进。
钻具组合：Φ215.9钻头+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
钻进参数：钻压 80～120 kN排量 20～24 L/s 泵压 2～4 MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 16 s
5.经验与建议
通过对本区FCC-HZ-23D、FCC-HZ-33D、FCC-HZ-11D、FCC-HZ-47D、FCC-HZ-70D井的施工，取得了以下经验：
（1）及时测斜、准确计算、跟踪作图是保证井身轨迹的关键。使用MWD能准确掌握井身轨迹的变化情况，使轨迹得到有效的控制。
（2）在钻井过程中，随时观察扭矩、泵壓的变化，发现问题及时分析与解决。
（3）勤测泥浆中固相含量的变化，确保固相含量不超标，从而影响螺杆的使用。有条件的话可以上三级固控设备。
（4）采取“转动+滑动”的复合钻进方式，利用无线随钻实时监测，能有效的确保井眼轨迹质量，使施工安全、快速进行；在稳斜过程中采用“转动+滑动”的复合钻进方式，有效降低摩阻和扭矩，降低施工风险。
（5）在定向造斜过程中使实际井斜略超前设计井斜，提前结束造斜段，使实钻稳斜段井斜略小于设计稳斜段井斜，在复合钻中使井斜微增至设计轨迹要求，达到快速、安全目的。参考文献
[1]王明寿.2006.寿阳区块煤层气勘探开发现状、地质特征及前景分析.北京：地质出版社
[2]大港油田.1999.钻井工程技术.北京：石油工业出版社
关键词：寿阳区块；定向井；造斜段；稳斜段
Abstract: This paper introduces the development status and characteristics of Shouyang coal-bed methane coal-bed gas, analyzes the application of directional drilling technology in the construction process, has the certain instruction function to the construction of directional well in Shouyang block.
Keywords: Shouyang block; directional well; oblique section; steady inclined section
中图分类号：P634.5
1.概况
寿阳区块位于山西省中部，沁水盆地的北端，沁水盆地是我国大型含煤盆地之一，蕴藏着丰富的煤层气资源，根据远东能源(百慕大)有限公司前期在沁水盆地南部施工的参数井和定向生产井所获得的相关资料，显示该区具有良好的开发前景。
1.1寿阳区块勘探开发历史和现状
1995年由联合国开发计划署（UNDP）利用全球环境基金资助、煤科总院西安分院承担的《中国煤层气资源开发》项目，《阳泉矿区煤层气资源评价》专题科研报告，对阳泉矿区（包括生产区、平昔区和寿阳区）煤层气资源开发进行了评价和研究，其中重点对寿阳区的煤层气资源开发进行了评价和研究。
中国煤田地质总局于1996～1997年在韩庄井田施工了一批煤层气勘探参数井，获得了该区有关的煤储层参数，并对HG6井的主要煤层进行了压裂改造和排采试验，取得了该井合层排采的一整套数据。中联公司1997～1998年在寿阳区块施工了4口煤层气生产井，其中1口探井，3口生产试验井，获得该区宝贵的煤储层参数和生产数据。1998年完成了四条二维地震勘探线，共计167km，获得了丰富的地质成果。2005年远东公司在该区施工了3口羽状水平井，其中2口在煤层段进尺超过3000m，3口井均在生产。
2007年远东能源(百慕大)有限公司根据取得的初步成果资料研究、分析后，认为该区15#煤层十分稳定，储层参数比较有利，是煤层气开发的有利区块，决定在寿阳县南燕竹镇共计部署一批定向井及参数井，以获取该地区15＃煤层的埋深、厚度等储层参数，进一步扩大勘探范围，并逐步形成区域生产井网，争取短期内该区煤层气地面开发进入大规模商业化运营。
1.2寿阳区块地质背景
沁水盆地北端位于北东向新华夏系第三隆起太行山隆以西，汾河地堑东侧，阳曲——盂县纬向构造带南翼。总体形态呈现走向东西、向南倾斜的单斜构造。区内构造简单，地层平缓，倾角一般在10°左右。燕山运动和喜马拉雅运动期间，由于较大规模的岩浆侵入活动，大地热流背景值升高，本区石炭二叠纪煤层在原来深成变质作用的基础上，又叠加了区域岩浆热变质作用，致使煤化作用大大加深，形成了本区高变质的瘦煤、贫煤以及少量无烟煤。
本区所钻遇的地层为：第四系（Q），三叠系下统刘家沟组（T1l），二叠系上统石千峰组（P2sh），二叠系上统上石盒子组(P2x)，二叠系下统下石盒子组(P1x)，二叠系下统山西组(P1s)，石炭系上统太原组（C3t）。
1.3寿阳区块煤储层特征
主要含煤地层为上石炭统太原组及下二叠统山西组，含煤10余层，其中3#、9#、15#煤为主力煤层。
3#煤层：俗称七尺煤，全区煤层厚0～3.78m，煤层较稳定，寿阳矿区西部和阳泉三矿矿区煤层较厚，其他地区煤层变薄，甚至尖灭。结构简单，有时含一层夹矸，顶底板为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。
9#煤层：全区煤层厚不一，煤层较稳定。结构简单，顶底板为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。
15#煤层：煤层厚0.27～6.48m，是寿阳区块内煤层气开发的主力煤层。15#煤含1～3层夹矸，结构中等，顶底板K2灰岩，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。
沁水盆地北端煤储层厚度大，埋深适中；煤的热化程度较高，己进入生气高峰，煤层顶底板封闭性能好，含气量高；煤储层裂隙较发育，孔隙以小孔和微孔为主，渗透性较好；煤的吸附性能强，但含气饱和度偏低。
2．设备设备选择
2.1钻机选择
寿阳区块定向生产井井深一般在在1000m以内，水平段不超过500m，根据我井队现有设备的情况，选择了TSJ-2000、GZ-2000钻机。该钻机提升、回转能力均能满足煤层气定向生产井施工的需要。
2.2设备配置
水泵：TBW-850（直井段）、3NB-1000、F-500；排量0～42L/s，压力5～32MPa。
动力：PZ12V-190、PZ8V-190、12V135；功率120～800HP。
钻塔：27.5m/A型塔（750KN）。
钻具：Φ127mm钻杆，Φ203钻铤，Φ178钻铤+Φ159钻铤。
2.3定向钻具
Φ172(1.5°)螺杆、Φ165(1.5°)螺杆
Φ172MWD定向短节、Φ165MWD定向短节
Φ165mm、Φ159mm短钻挺
Φ214mm扶正器、Φ48MWD
Φ165mm无磁钻铤、Φ172无磁钻挺
3钻井工艺
3.1井身结构
井身结构在钻井工程中处于最基础的地位，体现了钻井的目的，也是决定该目的能否顺利实现的重要因素之一。井身结构设计以钻井目的为目标，以现实的钻井工程和地质等条件为依据，使目标和过程统一起来。
一开采用Φ311mm钻头钻至稳定基岩，且水文显示正常，下入Φ244.5mm表层套管，固井并候凝48小时。
二开采用Φ215.9mm钻头钻至完井，达到钻井目的后，下入Φ139.7mm生产套管并固井。
3.2钻头选用
二开选择造适岩的HJ537G钻头。
3.3动力钻具选择
为了适应软及中软地层，选择了中转速中扭矩马达。
3.4钻井液的选择
煤层气井施工时，煤储层保护是关键。在煤层段钻井中，主要采用清水钻进，严格控制钻井液中的固相含量、比重，井内岩粉较多时，可换用高粘无污染钻井液排出岩粉，既能保证孔内安全，又防止了储层污染。
4.定向鉆具组合及钻进处理措施
定向井施工中主要分直井段、造斜段、稳斜段，要针对不同地层、不同井深、位移有效地选择好三个井段的钻具组合。实现设计的井身规迹是施工的关键。
4.1直井段钻井技术
直井段的防斜是定向井施工的重要保证，一般要求井斜100m内小于1°。直井段的钻具组合是关系到定向井下部定向造斜段的难易程度。
（1）钻具组合：一开采用塔式钻具组合：Φ311钻头+Φ203钻铤+Φ178钻铤+Φ159钻铤+Φ127钻杆。
二开：Φ215.9钻头 +Φ178钻铤+Φ159钻铤+Φ127钻杆。
（2）钻进参数： 钻压 10～80 kN排量 12 L/s 泵压 0.5～2MPa
钻井液性能： 密度 1.02～1.10g/cm3粘度 21 s
（3）见基岩时要轻压慢转，防止井斜。
（4）直井段换径时要吊打，换定向钻具前测井斜。
4.2造斜段钻井技术
造斜段下钻到底后，EMWD仪器无干扰开始定向钻进；施工采用1.5°单弯螺杆，测得实际造斜率为9°/30m，定向过程中采用滑动钻进与复合钻进交替作业，确保狗腿度满足要求。
（1）钻具组合Φ215.9钻头+Φ172(1.5°)螺杆+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+Φ178钻铤*2根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
（2）钻进参数：钻压 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵压 2～4MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 16 s
（3）要调整好钻井液性能，采用三级固控设备控控制固相含量不超标。
（4）及时测量井斜、方位，发现与设计不符，应马上采取措施。
（5）做好泥浆的性能维护，提高防塌性能和携带岩屑的能力，清洁井眼。
4.3稳斜段钻井技术
稳斜段钻具组合在本区可采用以下三种方法，也可以交替作业，确保井斜方位满足要求，三班各钻井参数要保持一致辞，并保证井下安全。
（1）采用螺杆复合稳斜钻进
钻具组合：Φ215.9钻头+Φ172(1.5°)螺杆+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+Φ178钻铤*2根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
钻进参数：钻压 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵压 3～5 MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 17s
（2）采用近钻头扶正器稳斜钻进。
钻具组合：Φ215.9钻头+Φ214扶正器+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
钻进参数：钻压 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵压 2～4 MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 17s
（3）采用光钻铤钻进。
钻具组合：Φ215.9钻头+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆
钻进参数：钻压 80～120 kN排量 20～24 L/s 泵压 2～4 MPa
钻井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 16 s
5.经验与建议
通过对本区FCC-HZ-23D、FCC-HZ-33D、FCC-HZ-11D、FCC-HZ-47D、FCC-HZ-70D井的施工，取得了以下经验：
（1）及时测斜、准确计算、跟踪作图是保证井身轨迹的关键。使用MWD能准确掌握井身轨迹的变化情况，使轨迹得到有效的控制。
（2）在钻井过程中，随时观察扭矩、泵壓的变化，发现问题及时分析与解决。
（3）勤测泥浆中固相含量的变化，确保固相含量不超标，从而影响螺杆的使用。有条件的话可以上三级固控设备。
（4）采取“转动+滑动”的复合钻进方式，利用无线随钻实时监测，能有效的确保井眼轨迹质量，使施工安全、快速进行；在稳斜过程中采用“转动+滑动”的复合钻进方式，有效降低摩阻和扭矩，降低施工风险。
（5）在定向造斜过程中使实际井斜略超前设计井斜，提前结束造斜段，使实钻稳斜段井斜略小于设计稳斜段井斜，在复合钻中使井斜微增至设计轨迹要求，达到快速、安全目的。参考文献
[1]王明寿.2006.寿阳区块煤层气勘探开发现状、地质特征及前景分析.北京：地质出版社
[2]大港油田.1999.钻井工程技术.北京：石油工业出版社