CN104405281A - 一种过采空区套管钻井工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤层气开采技术，为解决煤层气抽深层钻井过程中遇到采空区钻井液漏失的问题，提供了一种过采空区套管钻井工艺方法，步骤是：用钻杆驱动一开钻头钻过风化基岩下方10m终孔，下一开孔表层套管至底部并水泥固井，添加水泥上返至地表；使用套管代替钻杆驱动二开钻头钻进至采空区煤层底板，二开完钻后，套管作为技术套管留在井筒中，在技术套管与采空区井壁之间位置进行固井；继续使用钻杆驱动三开钻头钻进至下组煤层底板以下30m终孔。本发明采用防漏失的地面套管钻井技术，当钻至煤层采空区时，以套管作为衬管降低采空区带来的大量漏失，进行二次套管钻井或多次套管钻井，实现穿越采空区以下组煤为目的层完钻的钻井。

Description

一种过采空区套管钻井工艺方法
技术领域
本发明涉及一种煤层气开采技术，具体为一种过采空区套管钻井工艺方法。
背景技术
煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，主要成分为甲烷。是很好的燃料。煤层气空气浓度达到一定值时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。因此治理煤层气是降低事故的一个重要手段。煤层气直接排放到大气中，对大气有很强的破坏性。因此在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气可作为工农业的洁净能源。
煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出,地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。
但是使用地面钻井开采方式，煤矿浅部煤层被煤矿开采后形成采空区，过采空区钻井时钻井液漏失严重，普通钻井技术不能满足过采空区钻进，致使下组煤层中煤层气不能得到有效抽采。因此，需要研究一种新型钻井技术针对采煤后形成的采空区，利用地面钻井技术穿采空区抽采下组煤中的煤层气。
发明内容
本发明为了解决煤层气抽深层钻井过程中遇到采空区时钻井液漏失的问题，提供了一种过采空区套管钻井工艺方法。
一种过采空区套管钻井工艺方法，地面钻井采用三开井身结构，步骤是，
一开：用钻杆驱动一开钻头钻过风化基岩下方10m终孔，下一开孔表层套管至底部并水泥固井，添加水泥上返至地表；
二开：使用套管代替钻杆驱动二开钻头钻进至采空区煤层底板，二开完钻后，套管作为技术套管留在井筒中，在技术套管与采空区井壁（导水裂隙带接触面）之间位置进行固井；
三开：继续使用钻杆驱动三开钻头钻进至下组煤层底板以下30m终孔，下三开孔生产套管，其底部距孔底2m左右并固井，固井水泥上返至设计井深。
与现有技术相比，本发明采用防漏失的地面套管钻井技术，当钻至煤层采空区时，以套管作为衬管降低穿过采空区带来的大量漏失，进行二次套管钻井或多次套管钻井，实现穿越采空区以下组煤为目的层完钻的钻井。
钻井过程中，用套管代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压，向井下传递机械能量和水力能量，实现钻头旋转与钻井，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻井边下套管，完钻后代替钻柱用的套管留在井内起完井作用。在套管钻井中，不再需要常规的起下钻作业，钻井和固井两个过程已经成为一体。
套管钻井工艺的基本特点是取消常规钻杆、以套管代替钻杆，其泥浆循环方式、送钻方式、取芯方式、防喷器组以及各种钻井参数与常规钻井没有大的区别。在套管钻井过程中，套管是由顶部驱动装置带动旋转，由套管传递扭矩，带动安装在套管端部工具组上的钻头旋转并钻井。
附图说明
图1为发明所述工艺施工结构图；
图中：a-一开孔、b二开孔、c三开孔、1-水泥、2-表层套管、3-水泥、4-套管、5-密封区间、6-采空区、7-生产套管、8-煤层。
具体实施方式
如图1所示意，为保证能够成功穿越采空区，地面钻井采用三开井身结构。
一开孔：采用Φ374.70mm一开钻头钻过风化基岩下10m终孔，下Φ273.05mm表层套管2至底部并用水泥1固井，水泥1上返至地表。
二开孔：使用套管代替钻杆驱动Φ193.70mm二开钻头钻进的套管钻进工艺使二开钻头钻进至采空区煤层底板，二开孔完钻后，代替钻杆的套管作为技术套管留在井筒中，在技术套管与采空区的井壁（导水裂隙带接触面）进行固井。
三开孔：继续使用钻杆驱动Φ171.50mm三开钻头钻进至下组煤层底板以下30m终孔，下Φ139.70mm生产套管，其底部距孔底2m左右并固井，固井的水泥3上返至设计井深（h）。
要求井眼轨迹无拐点，具体要求指井斜和方位变化率控制在较小的范围内，保证套管在未固井前提下改做衬管，不因拉剪造成套管挤损，继续为二次钻井循环发挥作用。
套管钻井工艺省去了起钻、通井、循环和下套管等环节。一方面，节省了施工时间；另一方面，由于套管钻井的钻入深度就是下套管深度，因此不存在固井后套管下沉的问题，井口的稳定性得到了保障。
针对钻井过程中采空区破碎带钻井液严重漏失情况，采用如下方法进行处理：
①降低井筒中钻井液的动压力。选用合理的钻井液密度与类型，实现近平衡压力钻井；降低钻井液的环空压耗；降低开泵、下钻过程中的激动压力。
②提高破碎地层的承压能力。人工封堵近井筒的漏失通道，增大钻井液进入漏失层的阻力，从而提高地层承压能力，以达到防漏的目的。
③低压易漏固井工艺
根据破碎带地层漏失特征，进行平衡地层压力固井，选择合适的低密度水泥浆体系以满足易漏长裸眼段固井要求，即在注水泥前对低压易漏层提前处理，控制上返至设计井深的水泥浆柱动液柱压力小于漏失层的漏失压力。
施工必须满足三点要求：
①具备穿越采空区导水裂隙带、冒落带区域时，循环钻井液能够持续建立循环，实现岩屑能够上返至地面；
②钻进至导水裂隙带、冒落带区域内时，不进行钻井停钻或提钻作业，合并下入套管作业和钻进作业工序；
③目的层完钻后，对破碎带地层漏失区的做特种固井工艺施工，水泥渗入导水裂隙带过程中在技术套管与井壁间凝固 。

Claims (2)

1.一种过采空区套管钻井工艺方法，其特征是地面钻井采用三开井身结构，步骤是，
一开：用钻杆驱动一开钻头钻过风化基岩下方10m终孔，下一开孔表层套管至底部并水泥固井，添加水泥上返至地表；
二开：使用套管代替钻杆驱动二开钻头钻进至采空区煤层底板，二开完钻后，套管作为技术套管留在井筒中，在技术套管与采空区井壁之间位置进行固井；
三开：继续使用钻杆驱动三开钻头钻进至下组煤层底板以下30m终孔，下三开孔生产套管，其底部距孔底2m并固井，固井的水泥上返至设计井深。
2.根据权利要求1所述的过采空区套管钻井工艺方法，其特征是各个开孔的井眼轨迹平滑过渡无拐点。
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