CN103867119A - 煤储层完井改造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤储层完井改造方法，其包括如下步骤：a）一开井眼：提供一第一钻头，通过所述第一钻头钻至目的煤层顶部上方完钻，之后下入表层套管固井；b）二开煤层段：提供一第二钻头，通过所述第二钻头钻穿所述目的煤层，并裸眼完井；c）扩孔造穴：提供一扩孔钻头，通过所述扩孔钻头对所述目的煤层进行扩孔造穴；d）完井改造：待扩孔造穴完毕后，下悬挂筛管完井。本发明的煤储层完井改造方法，钻完井成本低，钻井和完井过程中对目的煤储层无污染、无伤害。
Description
技术领域
本发明有关于一种完井改造方法，尤其有关于一种煤层气钻完井技术领域中应用的煤储层完井改造方法。
背景技术
目前，国内煤层气开发直井常规的完井方法主要有裸眼完井、裸眼洞穴完井、射孔压裂完井等几种方法。其中，裸眼完井及裸眼洞穴完井主要依赖于煤储层自身的地质条件，通常适用于超压、高渗煤储层，由于国内煤储层普遍具有“低压、低渗、低饱和”三低特征，因此裸眼完井及裸眼洞穴完井技术目前在煤层气开发中应用效果欠佳。
射孔压裂完井是目前国内煤层气开发直井的主要完井方法。根据压裂层位及压裂方式的不同，射孔压裂完井方法通常包括射孔分层压裂、多薄层限流压裂、连续油管整体压裂等几种方式；根据所选用的压裂液类型，可以分为活性水携砂压裂、冻胶携砂压裂、清洁压裂液携砂压裂、N2泡沫携砂压裂等几种方式。
直井射孔压裂完井方法的技术优势是可以通过射孔和携砂压裂的方式在煤储层中产生人工裂缝，沟通煤储层天然发育的割理和裂隙，在一定程度上可以提高或改善近井地带煤储层导流能力及渗透率，但由于射孔压裂完井方法通常目的煤层段采用下套管固井，固井水泥对近井地带煤储层存在一定的污染，同时射孔压裂时外来流体，例如前置液、压裂液等，进入煤储层，对煤储层也存在一定的污染和伤害，因此该方法的完井改造效果与煤储层物性特征等关联较大，在不同地区应用所取得的增产改造效果差异较大，增产改造效果较好的地区煤层气井单井平均日产气量可达数千方，但增产改造效果差的地区则完全不产气或只有数十方。
现有的常规煤层气井的完井方法主要包括：一开采用311.1mm钻头，钻穿第四系地层完钻，下套管固井；二开采用215.9mm钻头，钻穿目的煤层留足沉沙口袋后完钻，下套管固井，目的煤层段采用多层射孔压裂完井；或者，二开采用215.9mm钻头，钻至目的煤层顶附近完钻，下套管固井，三开采用牙轮钻头、清水或泥浆钻穿目的煤层，目的煤层段采用扩孔钻头、清水进行机械扩孔后下悬挂筛管完井。该种完井方法对煤储层存在一定的污染和伤害，并且井深结构复杂，钻完井工艺及成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤储层完井改造方法，钻完井成本低，钻井和完井过程中对目的煤储层无污染、无伤害。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种煤储层完井改造方法，所述煤储层完井改造方法包括如下步骤：
a）一开井眼：提供一第一钻头，通过所述第一钻头钻至目的煤层顶部上方完钻，之后下入表层套管固井；
b）二开煤层段：提供一第二钻头，通过所述第二钻头钻穿所述目的煤层，并裸眼完井；
c）扩孔造穴：提供一扩孔钻头，通过所述扩孔钻头对所述目的煤层进行扩孔造穴；
d）完井改造：待扩孔造穴完毕后，下悬挂筛管完井。
在优选的实施方式中，在所述步骤b）与所述步骤c）之间还包括步骤b1）清洁井筒：提供一空压机及钻杆柱，将所述钻杆柱下入井筒，所述空压机提供的压缩空气通过所述钻杆柱注入所述井筒内，以循环干净所述井筒内的钻井液及岩屑。
在优选的实施方式中，在所述步骤c）与所述步骤d）之间还包括步骤c1）注气增压：提供一第三钻头，所述第三钻头下入所述目的煤层顶部上方2m～5m处后，通过所述第三钻头向所述目的煤层内注入气水混合物或压缩空气，直至所述目的煤层形成张性裂缝。
在优选的实施方式中，在所述步骤c1）与所述步骤d）之间还包括步骤c2）泄压：对所述井筒进行缓慢泄压，泄压7～8小时以上。
在优选的实施方式中，在所述步骤a）中，所述第一钻头钻至距离所述目的煤层顶部1m～5m处完钻。
在优选的实施方式中，在所述步骤b）中，所述第二钻头钻穿所述目的煤层后，在所述目的煤层下方5m～10m深度处完钻。
在优选的实施方式中，在所述步骤b）中，所述第二钻头通过空气或泡沫钻井液欠平衡钻穿所述目的煤层。
在优选的实施方式中，在所述步骤c）中，所述扩孔钻头以空气作为循环介质，从所述目的煤层的顶部开始对所述目的煤层的井壁煤岩进行欠平衡机械扩孔造穴。
在优选的实施方式中，所述扩孔钻头为单翼PDC扩孔钻头或双翼金刚齿扩孔钻头。
本发明的煤储层完井改造方法的特点及优点是：
一、本发明的煤储层完井改造方法，一开井眼直接钻至目的煤层顶部附近完钻，二开钻穿煤层段并裸眼完井，因此只需下一层套管，只需开展一次固井作业，有效简化了井身结构，降低了钻完井工艺及成本。
二、本发明的煤储层完井改造方法，二开煤层段采用空气或泡沫钻井液欠平衡钻穿目的煤层，有效避免正压差及钻井液中的固相颗粒等对目的煤层的污染和伤害；另外，扩孔造穴采用纯空气机械扩孔方式对目的煤层进行扩孔造穴，进一步避免了钻井液对目的煤层的污染和伤害，有效保护了煤储层。
三、本发明的煤储层完井改造方法，采用注气增压向目的煤层内注入气水混合物或压缩空气，直至目的煤层形成张性裂缝，有效提高了煤储层的渗透性，最终提高了煤层气井的单井产气量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的煤储层完井改造方法一开井眼及二开煤层段的结构示意图。
图2为本发明的煤储层完井改造方法扩孔造穴的结构示意图。
图3为本发明的煤储层完井改造方法形成裂缝的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明提供一种煤储层完井改造方法，其包括如下步骤：a）一开井眼1：提供一第一钻头，通过所述第一钻头钻至目的煤层2顶部上方完钻，之后下入表层套管11固井；b）二开煤层段3：提供一第二钻头，通过所述第二钻头钻穿所述目的煤层2，并裸眼完井；c）扩孔造穴：提供一扩孔钻头4，通过所述扩孔钻头4对所述目的煤层2进行扩孔造穴；d）完井改造：待扩孔造穴完毕后，下悬挂筛管完井。
具体是，在步骤a）中，一开井眼1所用的第一钻头是直径为311.1mm的钻头，该第一钻头通过钾基低固相泥浆直接钻至目的煤层2顶部上方完钻，在本发明中，该第一钻头钻至距离目的煤层2顶部1m～5m处完钻，也即图1中距离D1为1m～5m；待一开井眼1钻孔完毕后，从地面5下入直径为177.8mm的套管11，并通过固井水泥12反至地面5进行固井。本发明的一开井眼1钻进以维护井壁稳定和安全快速钻进为原则，可根据地层实钻情况合理调整钻井液性能，在此不作限制。
在步骤b）中，二开煤层段3所用的第二钻头是直径为215.9mm的潜孔锤钻头，该第二钻头通过空气或泡沫钻井液欠平衡钻穿该目的煤层2，从而可有效避免正压差及钻井液中的固相颗粒等对目的煤层2的污染和伤害。在本发明中，该第二钻头钻穿目的煤层2后，在该目的煤层2下方5m～10m深度处完钻并裸眼完井，也即在目的煤层2下方留一定深度的口袋13，该口袋13的深度也即图1中距离D2为5m～10m，该口袋13的设置可在后续扩孔造穴完井过程中对不慎断裂掉入井底的刀翼等起沉砂口袋作用，同时在煤层气井后期试气过程中也可作煤粉的沉积口袋使用。本发明的二开煤层段3通过欠平衡钻穿目的煤层2，可有效保护目的煤层2，防止目的煤层2的污染和伤害，具体完钻原则可根据钻完井要求及煤岩物性特征、煤储层底板性质等进行调整，在此不作限制。
在本实施例中，待步骤b）完毕进行后续步骤c）之前，还包括一步骤b1）清洁井筒：提供一空压机及钻杆柱41，请配合参阅图2所示，在地面5安装压井管汇7、放喷管汇8、防喷器9、旋转控制头10等井口装置，将钻杆柱41下入井筒，此时通过位于地面5的空压机将压缩空气通过钻杆柱41注入井筒内，利用空气作为循环介质循环干净井筒内的钻井液及岩屑，为后续进行步骤c）扩孔造穴提供前提保证。
待步骤b1）完毕后，进行步骤c）扩孔造穴，该扩孔造穴使用的扩孔钻头4为单翼PDC（Polycrystalline Diamond Compact bit）扩孔钻头或双翼金刚齿扩孔钻头。该扩孔钻头4通过钻杆柱41被送至井筒内目的煤层2顶界位置，以空气作为钻井液，将压缩空气通过地面高压管汇及顶驱16送入钻杆柱41，当注气压力达到一定值以后，扩孔钻头4的刀翼逐渐张开，在钻杆柱41的带动下从目的煤层2顶部开始旋转切割井壁煤岩，逐渐扩大井眼直径，直至刀翼完全张开，扩孔井径达到最大。本发明目的煤层2在扩孔造穴过程中，通过顶驱16、钻杆柱41将钻压传递给扩孔钻头4，促使扩孔钻头4在钻杆柱41的带动下逐渐往下切割井壁煤岩，直至达到预定井深，最终形成洞穴17。通常，采用单翼PDC扩孔钻头，洞穴17直径可达500mm左右；采用双翼扩孔钻头，洞穴17直径可达700mm以上。本发明在扩孔造穴过程中始终采用空气作为钻井液对目的煤层2进行欠平衡扩孔钻进，从而避免了钻井液对目的煤层2的污染和伤害。
待扩孔造穴完毕后，进行步骤d）完井改造，从井口下入悬挂筛管完井。
本发明的煤储层完井改造方法，一开井眼1直接钻至目的煤层2顶部附近完钻，二开钻穿煤层段3并裸眼完井，因此只需下一层套管11，只需开展一次固井作业，有效简化了井身结构，降低了钻完井工艺及成本；另外，二开煤层段3采用空气或泡沫钻井液欠平衡钻穿目的煤层，有效避免正压差及钻井液中的固相颗粒等对目的煤层2的污染和伤害；再有，扩孔造穴采用纯空气机械扩孔方式对目的煤层2进行扩孔造穴，进一步避免了钻井液对目的煤层2的污染和伤害，有效保护了煤储层。本发明实现了煤层气开发直井低成本钻完井及目的煤层2无污染增产改造，在煤层气井现场应用中取得了良好的应用效果，为今后煤层气的开发起到了大范围的推广应用。
根据本发明的一个实施方式，在所述步骤c）之后还需对井筒进行清洁处理，以循环干净井筒内的钻井液及岩屑；在进行步骤d）完井改造之前还包括步骤c1）注气增压：提供一第三钻头6，将第三钻头6下入目的煤层2顶部上方2m～5m处后，通过第三钻头6向目的煤层2内注入气水混合物或压缩空气，直至目的煤层2形成张性裂缝18。
具体是，请配合参阅图3所示，直井在扩孔造穴形成洞穴17并循环干净井筒内的钻井液及岩屑以后，起钻，更换钻具组合，将钻杆柱41下端的扩孔钻头4卸下，更换为一个第三钻头6，之后下入井筒内目的煤层2顶界以上2m～5m处，在本实施例中，该第三钻头6可为牙轮钻头或潜孔锤钻头。此时，从地面5通过顶驱16、钻杆柱41及第三钻头6将气水混合物或压缩气体持续注入目的煤层2的洞穴17内，当洞穴17内的气体压力超过目的煤层2破裂压力时，会促使洞穴17井壁煤岩沿最大主应力方向发生张性破坏，形成张性裂缝18，同时地面注入气量与进入地层的气量会逐渐达到动态平衡，注气压力趋于稳定。此时，往井筒内持续、稳定地注入气水混合物或压缩空气，促使洞穴17井壁沿最大主应力方向产生的张性裂缝18继续延伸扩展，沟通目的煤层2天然发育的割理、裂隙19，从而可有效改善近井地带煤储层渗透率，改变井筒周围煤储层应力状态，提升煤储层地层能量，为煤层气、水提供良好的渗流通道，最终可有效提供煤层气井的单井产气量。
本发明的煤储层在完井改造前通过“注气增压”对煤储层进行处理，与裸眼完井、裸眼洞穴完井等方法相比，该方法可有效改善储层渗透率、提升储层地层能量，适用性更广、效果更好；与射孔压裂完井方法等相比，该方法可有效避免外来流体等对目的煤储层的污染和伤害，且完井改造成本相对较低，因此经济适用性更强。本发明的目的煤层2在注气增压时采用气水混合物或纯空气作为完井液，从而有效避免了正压差及完井液等对煤储层的污染和伤害。
进一步的，在步骤c1）与步骤d）之间还包括一步骤c2）泄压：对井筒进行缓慢泄压，泄压7～8小时以上。具体是，目的煤层2注气增压改造后缓慢打开放喷管汇8上的放喷阀门81，通过放喷管汇8进行缓慢卸压，通常卸压7～8小时以上，防止由于卸压速度过快洞穴17顶板及井壁煤岩发生剪切破坏而形成坍塌等井下复杂情况，或造成洞穴17周围目的煤层应力伤害，或抽吸煤粉堵塞渗流通道。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种煤储层完井改造方法，其特征在于，所述煤储层完井改造方法包括如下步骤：
a）一开井眼：提供一第一钻头，通过所述第一钻头钻至目的煤层顶部上方完钻，之后下入表层套管固井；
b）二开煤层段：提供一第二钻头，通过所述第二钻头钻穿所述目的煤层，并裸眼完井；
c）扩孔造穴：提供一扩孔钻头，通过所述扩孔钻头对所述目的煤层进行扩孔造穴；
d）完井改造：待扩孔造穴完毕后，下悬挂筛管完井。
2.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤b）与所述步骤c）之间还包括步骤b1）清洁井筒：提供一空压机及钻杆柱，将所述钻杆柱下入井筒，所述空压机提供的压缩空气通过所述钻杆柱注入所述井筒内，以循环干净所述井筒内的钻井液及岩屑。
3.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤c）与所述步骤d）之间还包括步骤c1）注气增压：提供一第三钻头，所述第三钻头下入所述目的煤层顶部上方2m～5m处后，通过所述第三钻头向所述目的煤层内注入气水混合物或压缩空气，直至所述目的煤层形成张性裂缝。
4.如权利要求3所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤c1）与所述步骤d）之间还包括步骤c2）泄压：对所述井筒进行缓慢泄压，泄压7～8小时以上。
5.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤a）中，所述第一钻头钻至距离所述目的煤层顶部1m～5m处完钻。
6.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤b）中，所述第二钻头钻穿所述目的煤层后，在所述目的煤层下方5m～10m深度处完钻。
7.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤b）中，所述第二钻头通过空气或泡沫钻井液欠平衡钻穿所述目的煤层。
8.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，在所述步骤c）中，所述扩孔钻头以空气作为循环介质，从所述目的煤层的顶部开始对所述目的煤层的井壁煤岩进行欠平衡机械扩孔造穴。
9.如权利要求1所述的煤储层完井改造方法，其特征在于，所述扩孔钻头为单翼PDC扩孔钻头或双翼金刚齿扩孔钻头。
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