CN112627723A - 一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，属于煤层气钻探与开发技术领域，采用三开井深结构，一开采用大尺寸井眼，套管下入60～100m以封固地表及含水层；二开采用大尺寸井眼，完钻井深进入裂隙带上部地层，堵漏，下套管固井；三开采用尾管钻井，钻至采空区煤层底，上提尾管至二开套管内悬挂，回收钻头，下部裸眼完井。本发明钻入采空区的井均采用较大尺寸的井眼，为后期采空区煤下组气层开采预留了一定的空间，从而可实现了“一井两用”，降低了钻井风险与钻井成本。
Description
技术领域
本发明属于煤层气钻探与开发技术领域，涉及一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法。
背景技术
据调研，目前我国废弃矿井的采空区内赋存大量的煤层气资源，具有很好的开采价值。其开发方式是从地面施工钻井至采空区，完井后直接进行煤层气开发。而对于多煤层开采的矿井，由于实行分层开采，当对下组煤层进行瓦斯预抽时，需要从地面施工穿采空区钻井，钻至下组煤后再抽采。
无论是上述的采空区钻井还是穿采空区钻井，施工过程中均需要钻遇采空区的裂隙地层，受地层特征制约，钻进时极易发生井漏、井壁垮塌、卡钻、下套管遇阻等一系列钻井难题，而且后期还面临技术套管下不到位、固井漏失等，甚至井眼报废，严重制约了煤矿采空区煤层气资源的开发进度。
目前为解决采空区的钻井难题，通常采用空气或氮气钻井工艺。但采用空气钻井工艺，存在采空区遗煤发生自燃和煤层气爆炸的风险，而采用氮气钻井，存在设备配置、运行成本高，导致钻井成本增加的问题。同时，空气、氮气钻井技术也受地质条件所限制，对于出水地层，容易造成环空堵塞及卡钻事故；对于破碎、松散地层，井壁不稳定，钻井过程中岩屑受到上返速度限制不能及时携带出井眼，也会出现卡钻事故；而对于裂隙发育地层(采空区、溶洞)，在风量一定情况下，“漏气”势必会使上返速度降低，从而增加了卡钻的风险。因此空气或氮气钻井无法实现采空区地层的高效建井。
对于采空区煤下组煤层气开采，只能重新钻一口井开发煤层气，同样面临采空区钻井井漏难题，也增加了钻井成本。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，以实现“一井两用”，降低钻井风险与钻井成本。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，采用三开井深结构，一开采用大尺寸井眼，套管下入60～100m以封固地表及含水层；二开采用大尺寸井眼，完钻井深进入裂隙带上部地层，堵漏，下套管固井；三开采用尾管钻井，钻至采空区煤层底，上提尾管至二开套管内悬挂，回收钻头，下部裸眼完井。
可选地，根据实钻漏失程度和采空区三带深度计算二开完钻井深，二开进入裂隙带上部地层不超过10m。
可选地，尾管悬空40～50m。
可选地，二开和/或三开的钻井液采用可循环微泡沫钻井液。
可选地，三开尾管悬挂在设置在二开套管内壁的悬挂台阶上。
可选地，二开采用固化堵漏，二开包括以下步骤：钻进裂隙带上部地层，固化堵漏，候凝24h以上，下钻钻塞，待承压压力不小于3.5MPa测试合格后，通井下套管，固井，水泥浆返至地面。
可选地，三开采用强钻钻揭冒落带地层，并钻进至采空区底板；进行煤层气测试，若具备开采价值，则上提尾管至二开套管扶鞋处悬挂，回收钻头完井；若不具备开采价值，则继续钻进至采空区底板下方完钻，下入套管至井底，上部悬挂在二开套管底部，固井，水泥浆返至采空区底板；四开采用常规钻井，钻至煤下组地层，筛管完井。
可选地，当三开煤层气不具备开采价值时，三开钻进至采空区底板下方不小于20m完钻。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的钻入采空区的井均采用较大尺寸的井眼，为后期采空区煤下组气层开采预留了一定的空间，从而可实现“一井两用”，降低了钻井风险与钻井成本。
2.本发明根据实钻漏失程度和采空区三带深度计算高度，二开进入裂隙带上部地层不超过10m，确定二开完钻井深，为后续钻井、完井工艺提供安全保障。
3.本发明的二开采用固化堵漏，一次堵漏成功率较高，为后续施工节约工期；固化堵漏的抗压强度在3.5MPa以上，提高了后续钻井的安全性。
4.本发明预留了较长的裂隙带作为采气层，加大采气层的裸露段长，从而提高了采收率。
5.本发明中的二开套管内壁设有悬挂台阶，利于三开尾管悬挂，进而利于后期老井改造可取出该三开尾管。
6.本发明的二开三开的钻井液采用可循环微泡沫钻井液，可以降低钻井液密度，减少漏失量，保护储层。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为钻煤层采空区示意图；
图2为钻穿煤层采空区示意图一；
图3为钻穿煤层采空区示意图二。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参阅图1～图3，一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，采用三开井深结构，一开采用大尺寸井眼，套管下入60～100m以封固地表及含水层；二开采用大尺寸井眼，完钻井深进入裂隙带上部地层，堵漏，下套管固井；三开采用尾管钻井，钻至采空区煤层底，上提尾管至二开套管内悬挂，回收钻头，下部裸眼完井。
优选地，根据实钻漏失程度和采空区三带深度计算二开完钻井深，二开进入裂隙带上部地层不超过10m。
优选地，尾管悬空40～50m。
优选地，二开和/或三开的钻井液采用可循环微泡沫钻井液。
优选地，三开尾管悬挂在设置在二开套管内壁的悬挂台阶上。
优选地，二开采用固化堵漏，二开包括以下步骤：钻进裂隙带上部地层，固化堵漏，候凝24h以上，下钻钻塞，待承压压力不小于3.5MPa测试合格后，通井下套管，固井，水泥浆返至地面。
优选地，三开采用强钻钻揭冒落带地层，并钻进至采空区底板；进行煤层气测试，若具备开采价值，则上提尾管至二开套管扶鞋处悬挂，回收钻头完井；若不具备开采价值，则继续钻进至采空区底板下方完钻，下入套管至井底，上部悬挂在二开套管底部，固井，水泥浆返至采空区底板；四开采用常规钻井，钻至煤下组地层，筛管完井。
优选地，当三开煤层气不具备开采价值时，三开钻进至采空区底板下方不小于20m完钻。
实施案例1
开采本煤层采空区煤层气，为三开井身结构：一开采用大尺寸井眼，套管下入60～100m，封固地表及含水层。二开也采用大尺寸井眼，二开完钻井深通过井漏漏失程度来确定(确保进入裂隙带上部地层10m左右)，结合固化堵漏的特种堵漏工艺堵漏，确保技术套管下入及固井质量。三开采用尾管钻井，钻至采空区煤层底，上提尾管至二开次套管内悬挂，悬空40～50m，回收钻头，下部裸眼完井。
其中，钻揭采空区地层钻井工艺实施：采用尾管钻井的技术思路，根据采空区冒落带地层高度，组下钻具：可回收式钻头+短节+套管串+悬挂器+钻杆串。本开次为采气目的层，采用微泡沫钻井液强钻的思路，钻揭冒落带地层，并钻进至采空区底板，煤层气测试，若具备开采价值，则上提钻具，悬挂器提至二开套管扶鞋以上内，完成悬挂器坐挂，正转倒扣丢手，上提取出送入工具。再上提可回收式钻头，完井。煤层气测试，若无开采价值，则采用该钻具组合继续钻进至采空区底板以下20m完钻，下入套管至井底，上部悬挂在二开套管底部，固井，水泥浆返至采空区底板。四开采用常规钻井，钻至煤下组地层，下入完井管串，固井，水泥浆返至地面，完井。
根据采气需求，后期该井可以“一井两用”：采煤下组煤层气，则先打捞取出悬挂管串，下钻至采空区底板，钻入底板以下20m完钻，悬挂封隔套管，下入采空区底板以下20m，固井水泥浆返至采空区煤层底板。四开采用常规钻井，钻至煤下组气层，筛管完井。
实施案例2
固化堵漏工艺实施：采用常规钻井工艺，钻揭采空区裂隙带上部地层，易漏失，通过固化堵漏，封隔漏失地层。即先钻进至漏失地层，配制固化堵漏液固化堵漏，候凝24h，下钻钻塞，承压3.5MPa合格后，通井下套管，固井，水泥浆返至地面。采用固化堵漏工艺，将稠化时间调整在10～30分钟，控制固化堵漏液的深度与扩散范围，且保持其抗压强度在3.5MPa以上。
实施案例3
老井改造：原三开井采空区产气一段时间后，产气量较低，不具备长时间开采价值，则可以利用该井眼继续钻井采煤下组的煤层气。具体实施：下入打捞管串，取出悬挂在二开套管下部的尾管。再下钻继续钻进至采空区煤底板以下20m，下套管至井底，上部套管悬挂在二开套管下部扶鞋处，固井，水泥浆返至采空区底板。再组下钻具进行下开次钻具钻进，钻至煤下组煤层底板以下30m完钻，下入完井生产套管，固井，水泥浆返至地面，完井。
现有技术中，在开采本煤组采空区煤层气和煤下组煤层气层时，因采空区裂隙带地层井漏导致完钻位置无法确定，大多以井漏为完钻标志，然后下套管、固井，导致二开固井质量不能保证，钻井液、水泥浆会污染中下部裂隙带产层；另外，三开采用空气/氮气钻井具有钻井安全隐患和高成本问题。此外，本煤组采空区煤层气与煤下组煤层气钻井开采分开施工钻井，对于煤下组煤层气不能进行老井利用(采空井)，需要重新穿采空区钻井。而本发明不仅解决了现有钻井工艺施工采空区地层的钻井难题，并通过优化设计，实现了“一井两用”。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：采用三开井深结构，一开采用大尺寸井眼，套管下入60～100m以封固地表及含水层；二开采用大尺寸井眼，完钻井深进入裂隙带上部地层，堵漏，下套管固井；三开采用尾管钻井，钻至采空区煤层底，上提尾管至二开套管内悬挂，回收钻头，下部裸眼完井。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：根据实钻漏失程度和采空区三带深度计算二开完钻井深，二开进入裂隙带上部地层不超过10m。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：尾管悬空40～50m。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：二开和/或三开的钻井液采用可循环微泡沫钻井液。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：三开尾管悬挂在设置在二开套管内壁的悬挂台阶上。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：二开采用固化堵漏，二开包括以下步骤：钻进裂隙带上部地层，固化堵漏，候凝24h以上，下钻钻塞，待承压压力不小于3.5MPa测试合格后，通井下套管，固井，水泥浆返至地面。
7.根据权利要求1所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：三开采用强钻钻揭冒落带地层，并钻进至采空区底板；进行煤层气测试，若具备开采价值，则上提尾管至二开套管扶鞋处悬挂，回收钻头完井；若不具备开采价值，则继续钻进至采空区底板下方完钻，下入套管至井底，上部悬挂在二开套管底部，固井，水泥浆返至采空区底板；四开采用常规钻井，钻至煤下组地层，筛管完井。
8.根据权利要求7所述的一种用于煤矿采空区煤层气开发的地面钻井方法，其特征在于：当三开煤层气不具备开采价值时，三开钻进至采空区底板下方不小于20m完钻。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210409 |