CN114278220B - 粉煤层钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粉煤层钻井方法，包括：地面上垂直地表进行钻井至地表下第一预设深度处，随后进行表层套管固井以得到竖直井；向竖直井内钻井，并在竖直井与煤层顶板上第二预设深度处造斜，并钻至煤层底板与下岩层交汇处，随后通过套管固井形成弯曲井；向竖直井内下入连续油管、导向工具以及钻具组合；向连续油管内连续循环注入油基泥浆；使连续油管、导向工具以及钻具组合经过弯曲井沿煤层底板在粉煤层中钻进，在煤层底板上钻进形成与煤层底板平行的定向井；将导向工具和钻具组合松开以使连续油管末端端口形成喷口；钻得定向井后，通过连续油管将油基泥浆从定向井内抽出。本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的粉煤层钻井难度较大的问题。

Description

粉煤层钻井方法

技术领域

本发明涉及地下煤炭气化采煤技术领域，具体而言，涉及一种粉煤层钻井方法。

背景技术

地下深层煤炭原位脚趾可控燃烧保压气化技术是一个全新的概念、一个全新的保压气化理论。现代地下煤炭气化工艺技术来源于20世纪70年代美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家试验室，该试验室发明的可回抽式地下煤炭气化连续注气工艺研究成果及应用实践经过世界上多个国家工程技术人员几十年的潜心研究和实践，地下煤炭气化技术得到很大的技术进步，但是也遇到了巨大的技术和开发成本瓶颈。伴随着石油天然气开发技术的进步，油气钻探专业领域大量革命性的定向随钻技术与装备研发，促进了稠油、页岩油、页岩气的勘探与开发，特别是稠油和页岩气的开发集成了当今油气开发领域顶尖工艺技术和装备的精华，对煤炭地下气化也起到巨大的促进与提升作用，这些油气开发技术和工艺装备的集成也将促进煤炭开发向环保、无人化智能化方面转化。但是国际上技术研究仍然集中在实现地下煤炭气化连续气化工艺方法上，尽管在地下煤炭气化的细分领域研究上取得成果，而在如何取得连续可控燃烧可控气化方面遇到的瓶颈一直无法得到根本解决，最突出的矛盾是无法实现工艺、技术、装备、控制的系统集成与自主调控，这是阻碍国际地下煤炭气化技术取得突破的症结所在。

在相关技术中，粉煤层结构地层煤质易滑动流动，在煤层地层压力作用下因滑动、或因钻井井筒内回抽钻杆造成负压都会造成井筒井壁坍塌、堵死，这就严重影响了粉煤层的钻井。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种粉煤层钻井方法，以解决相关技术中的粉煤层钻井难度较大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种粉煤层钻井方法，包括：步骤S10：地面上垂直地表进行钻井至地表下第一预设深度处，随后进行表层套管固井以得到竖直井；步骤S20：向竖直井内钻井，并在竖直井与煤层顶板上第二预设深度处造斜，以形成弧形半径定向井筒造斜段轨迹，并钻至煤层底板与下岩层交汇处，随后通过套管固井形成弯曲井；步骤S30：向竖直井内下入连续油管、导向工具以及钻具组合；步骤S40：向连续油管内连续循环注入油基泥浆；步骤S50：使连续油管、导向工具以及钻具组合经过弯曲井沿煤层底板在粉煤层中钻进，在煤层底板上钻进形成与煤层底板平行的定向井；步骤S60：将导向工具和钻具组合松开，以使连续油管末端端口形成喷口；步骤S70：钻得定向井之后，通过连续油管将油基泥浆从定向井内抽出。

进一步地，在步骤S10和步骤S20中，竖直井和弯曲井的垂直深度小于等于2000m；在步骤S50中，定向井的长度小于2400m。

进一步地，步骤S10包括以下步骤：步骤S11：使用第一钻头在地面上进行第一次钻井并下入表层套管以进行第一次固井以得到第一井；步骤S12：使用第二钻头在第一井井内进行向下的第二次钻井并下入技术套管以进行第二次固井以得到第二井，其中，第二井的直径小于第一井的直径；步骤S13：在第二井的底部设置靶点，靶点位于煤层底板与下岩层交汇处；其中，第二井的定向造斜点位于煤层顶板的上方，第二井的顶部与粉煤层的顶板之间具有距离。

进一步地，油基泥浆的成分包括矿物油、聚丙烯酰胺增稠剂、十二烷基苯磺酸铵、羟甲基纤维素以及丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，其中，配比当量为：矿物油为100％，聚丙烯酰胺增稠剂为0.3kg/m3，十二烷基苯磺酸铵为5kg/m3，羟甲基纤维素为0.3kg/m3，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物为0.5kg/m3。

进一步地，在步骤S70中，将油基泥浆抽出之后，还包括以下步骤：在定向井内将连续油管上的钻井工具组合拆出并将钻井工具留在定向井内，其中，钻井工具包括丢手和螺杆钻具。

进一步地，在步骤S20中，钻定向弯曲井结束后，将钻头/钻具抽出，下入套管并固井至煤层靶点，其中固井采用高温水泥；步骤S30中，油基泥浆经连续油管管柱连续循环注入定向井内。

进一步地，在步骤S40中，通过泥浆泵向定向井灌注油基泥浆，并通过泥浆泵向外回抽油基泥浆，其中，油基泥浆的注浆与油基泥浆的抽浆均通过连续油管的末端口实现。

进一步地，在步骤S20中，在弯曲井的钻头完全抽出后，保证定向钻井的靶点在煤层底板上方预设距离处并与煤层底板平行的轨迹上。

进一步地，步骤S60中，丢手投球撞击丢手工具松开井下工具组合，连续油管末端端口形成喷口；步骤S70之后，粉煤层钻井方法还包括以下步骤：步骤S80：将连续油管回退预设距离，以在粉煤层内形成空腔。

进一步地，连续油管为碳钢材质，内部为中空结构，通过连续油管能够为空腔内进行注气。

进一步地，在步骤S10和步骤S20中，固井包括以下步骤：将金属套管放入至竖直井内，并在金属套管和地层之间灌注水泥。

应用本发明的技术方案，首先在地面上进行钻井，直至钻到表层套管第一预设深度处，随后进行表层套管固井以得到竖直井。接着继续进行下一步钻井，即钻进到竖直井的煤层顶板上一定距离定向造斜，定向导向弯曲弧形井至煤层底板上靶点，随后下入油井套管固井形成技术套管井。在技术套管井筒内下入连续油管和井下定向导向钻井工具组合，在井下钻具组合到达煤层靶点启动泥浆泵，此时转为煤层定向大位移井连续油管钻进钻井作业。泥浆泵经连续油管将煤层油基泥浆注入井筒并连续循环，油基泥浆起到润滑钻头及岩屑携带的作用，便于钻头的钻入和抽出，同时能够对煤层井筒井壁进行支撑，防止井筒内井壁坍塌。垂直井段采用常规钻井泥浆，煤层大位移井段连续油管钻井采用煤层油基泥浆循环，在垂直井段与煤层内定向大位移井的造斜弧形弯曲井段为中半径定向造斜，造斜井段与煤层摩擦力在一定大位移深度引起连续油管煤层井筒内摩擦锁止，油基泥浆提高井筒润滑、携砂、支撑防坍塌、防漏失功能，在煤层定向井钻井完毕后，丢手工具释放井下钻具组合于煤层钻井井筒内，经连续油管将定向井筒内的油基泥浆抽出，抽出后，定向井的井壁上会有部分油基泥浆，油基泥浆也能够对定向井的井壁起到一定的固定效果。这样能够有效地实现粉煤层的钻井，并能够避免坍塌。通过本申请的技术方案可有效解决粉煤层钻进和大位移定向井连续注气难题，因此本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的粉煤层钻井难度较大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的粉煤层钻井方法的实施例的流程示意图；

图2示出了图1的粉煤层钻井方法的步骤S10的具体流程示意图；

图3示出了图1的粉煤层钻井方法的结构示意图；以及

图4示出了图1的粉煤层钻井方法的粉煤层钻井阻力示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、竖直井；20、弯曲井；30、定向井。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

地下煤炭气化的理论已经经过百年的研究特别是近五十年CRIP推出后的大量应用实践，已经证明了CRIP的地下气化是成熟的连续气化注气工艺方法，但五十年的研究没有形成类似于油气田开发的成套工艺技术方法和成套技术装备，没有将地下气化的重点放在核心主题即如何自主自动调控燃烧气化状态上，发明人在前人大量的理论研究和应用实践基础上，将自己对深层煤炭的开发、气化状态分析放在了如何实现有效煤气组份的生产无人值守、智能化地调控路线上，将燃烧控制气化状态落实在单井组气化测控井口状态的无人值守、煤气全自控在线检测、实时分析、模糊算法、控制决策、装备实时调控与反馈等过程，通过调控注采气井口参数实现气化炉连续气化状态的连续测控，连续计算连续决策、设备连续调控完成保压气化全过程的有效性、实时性，围绕设定的煤气商品化路径对地下原始煤层的有效气化控制。

发明人在分析研究了国际煤炭开采与应用领域几十年的地下煤炭气化实践及困境后认为，借鉴地面气化炉装置人为设计制造的可视见、可控压、可控参数、可控状态技术特征，将地下原始气化煤层视同为一个可看得见、可控状态的模拟可控地下气化炉，通过特殊设计制造的高温高压控压注气井口、控压采气井口、气化状态控制仪器对地下原始气化进行密闭式气化控制，变相地实现地下气化炉的封闭化、可控化、可视化气化状态控制，并将煤层内气化炉调控目标集中在气化催化剂注气点喷口位置，从混合煤气质量方向立足生产井的角度分析地下气化调控，将注采气井口视为一人肩膀，井口装置就仿佛是人的头脑，注采气井筒视为人的身体与大腿，注气井与采气井底与煤层交汇处视为足后跟，气化注气的复合连续管喷口到注气井底、喷口到采气井底视为两只会移动变化长短的脚板(注气井底与复合连续管喷口间视为一只移动逐渐缩小的煤层脚板，采气井底与复合连续管口间视为一只移动逐渐变长的可控气化脚板，两只脚板共用一个脚趾在气化炉内可控移动)，煤层内复合连续管喷口就仿佛是人的脚趾头可活动可感触可调控，可控气化脚板就成了煤层从加热、燃烧、分解、气化、还原的连续过程主体，调控注气喷口点也就是脚趾头注入参数状态，让煤层气化腔/炉按需要的煤气参数连续可控燃烧、可控气化的中心点位就是脚趾头(喷口)可控，从而实现对地下深层煤炭原位脚趾保压气化状态按照我们设计的商品化路线对煤气进行有效控制，将地下深层煤炭原位脚趾可控燃烧保压气化重心放在如何调控气化状态这一中心议题上来，即地下煤炭气化的核心是如何调控燃烧气化状态上来，借助地下气化腔内高温高压环境，将捕获的二氧化碳(CO2)同步注入到煤层内脚趾头与煤层保持同步气化时，在催化剂γ-AL₂O₃作用下加速将CO2转化为CO，围绕煤气有效成份中氢气和一氧化碳总和最大化(Max.H2+CO)实现地下深层煤炭的可控燃烧可控气化，这就构成了地下深层煤炭原位脚趾和二氧化碳可控燃烧保压气化技术(Toe and CO2 ControllableCombustion of Deep Coal In-Situ Gasification Technologies)(简称TCCC保压气化技术思想方法)，该技术工艺思想是地下深层煤炭原位气体与二氧化碳实时转化的煤清洁、碳高效、环保“零排放”制氢路线，TCCC保压气化的控制理论是保压气化思想下解决应用工程的应用实践的现实体现。

要实现TCCC保压气化的控制思想、将控制理论变为解决应用工程现实中面对的地质问题、工程问题，就需要一整套完整的工艺技术方法、工艺技术装备、和计算机控制算法软件的集成形成地下深层煤炭原位保压气化的单井组控制应用方法与装备，这样就形成了一套完整思路、完整装备、完整测控的TCCC保压气化控制理论应用场景。

地下深层煤炭原位保压气化要针对的是各种地质结构、各种煤种成份的地下煤层内原位进行脚趾和二氧化碳可控燃烧保压气化，目的是实现无人值守智能化全自控的深层煤炭气化采煤方式，实现黑色能源向蓝色氢能转变，实现“零排放”的可持续发展的能源技术开采路线，粉煤层水平井气化通道的实现就成为深层煤层煤炭原位保压气化采煤的关键，粉煤层钻完井连续注气气化通道实现了其它煤层就迎刃而解。

无人值守、智能化、全自控的地下深层煤炭TCCC保压气化控制论是模拟地下深层煤炭气化炉是一个可控制燃烧的全封闭煤气炉，调控注采气井口的注气参数实现采气井口煤气参数符合设计要求，进而实现地下煤层气化炉维持相对稳定的生产状态，让地下煤气炉生产出符合我们要求的煤气就实现了地下深层煤炭的气化采掘，这就是保压气化的核心。TCCC保压气化的第一步是如何实现连续注气工艺？如何将连续注气管路送入设计的煤层深处？根据煤层气开采的技术方法及遇到的问题如何实现粉煤层钻完井是更艰难、更现实要面对的难题，这也就成为本发明将要重点解决的问题。

如图1和图3所示，在本实施例中，粉煤层钻井方法，包括：步骤S10：地面上垂直地表进行钻井至地表下第一预设深度处，随后进行表层套管固井以得到竖直井10；步骤S20：向竖直井10内钻井，并在竖直井10与煤层顶板上第二预设深度处造斜，以形成弧形半径定向井筒轨迹，并钻至煤层底板与下岩层交汇处，随后通过套管固井形成弯曲井20；步骤S30：向竖直井10内下入连续油管、导向工具以及钻具组合；步骤S40：向连续油管内连续循环注入油基泥浆；步骤S50：使连续油管、导向工具以及钻具组合经过弯曲井20沿煤层底板在粉煤层中钻进，在煤层底板上钻进形成与煤层底板平行的定向井30；步骤S60：将导向工具和钻具组合松开，以使连续油管末端端口形成喷口；步骤S70：钻得定向井30之后，通过连续油管将油基泥浆从定向井30内抽出。

应用本实施例的技术方案，首先在地面上进行钻井，直至钻到表层套管第一预设深度处，随后进行表层套管固井以得到竖直井10。接着继续进行下一步钻井，即钻进到竖直井10的煤层顶板上一定距离定向造斜，钻弯曲井20至煤层底板上靶点，随后下入油井套管固井形成技术套管井。在技术套管井筒内下入连续油管和井下定向导向钻井工具组合，在井下钻具组合到达煤层靶点启动泥浆泵，此时转为煤层定向大位移井连续油管钻进钻井作业。泥浆泵经连续油管将煤层油基泥浆注入井筒并连续循环，油基泥浆起到润滑钻头及岩屑携带的作用，便于钻头的钻入和抽出，同时能够对煤层井筒井壁进行支撑，防止井筒内井壁坍塌。垂直井段采用常规钻井泥浆，煤层大位移井段连续油管钻井采用煤层油基泥浆循环，在垂直井段与煤层内定向大位移井的造斜弧形弯曲井段为中半径定向造斜，造斜井段与煤层摩擦力在一定大位移深度引起连续油管煤层井筒内摩擦锁止，油基泥浆提高井筒润滑、携砂、支撑防坍塌、防漏失功能，在煤层定向井30钻井完毕后，丢手工具释放井下钻具组合于煤层钻井井筒内，经连续油管将定向井30内的油基泥浆抽出，抽出后，定向井30的井壁上会有部分油基泥浆，油基泥浆也能够对定向井30的井壁起到一定的固定效果。这样能够有效地实现粉煤层的钻井，并能够避免坍塌。通过本实施例的技术方案可有效解决粉煤层钻进和大位移定向井连续注气难题，因此本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的粉煤层钻井难度较大的问题。

需要说明的是，连续油管、导向工具以及钻具组合形成煤层定向钻井工具组合。

在本实施例中，地下深层煤炭保压气化注气井抽回钻柱后随即转入连续注气管的送入工序，注气井与采气井形成气化通道，是为连续注气管的送入创造条件，连续注气管是双层复合管直接用于煤层三开大位移钻井时对泥浆循环有一定的阻碍，极易造成粉煤层内钻井的遇卡事故，注气连续油管在三开井筒内沿已经井筒轨迹送入或以钻井模式进入时极大地降低了事故风险，上述的设置是实现地面工艺措施形成煤层气化通道的前提，注气井垂直井段功能是为注气连续油管提供输送管道，气化运行状态非高温高压环境，不会因气化引起套管周围形变或垮塌，注气垂直井段包括垂直段+造斜段至煤层靠近底板设计靶点，采用低标准的二开二级固井，即由一级表层7寸或9寸套管和一级5寸生产套管构成，生产套管固井至煤层水平段的底板设计靶点，气化井筒自造斜段煤层靶点至煤层水平位移的产气井目标点间全部采用裸眼井筒不固井。考虑到煤炭气化时的状态，经过无数次的分析及试验，在送入连续油管时要采用我们特殊的油基乳化循环泥浆材料，这种泥浆具有对粉煤层良好的润滑乳化支撑作用，同时该泥浆材料易点燃效果好，易于起到对煤层的助燃作用，同时该泥浆材料配比方便具有成本低廉回收再利用优势，后期气化脱除效果也非常好。

如图1和图3以及图4所示，在本实施例中，在步骤S10和步骤S20中，竖直井10和弯曲井20的垂直深度小于等于2000m；在步骤S50中，定向井30的长度小于2400m。地下深层煤炭原位保压气化的分析与研究是实现地下深度2000米以上煤层内水平位移2000米的大通道连续气化，煤层地质压力挤压、及煤炭滑动性、支撑性差的特点比较突出，连续油管在送入煤层时遇到的摩擦阻力会产生一个连续油管运动方向相反的阻力，即地层抱死连续油管从而使连续油管在煤层抽送不动状况发生，根据连续油管在煤层中钻进工况建模分析，连续油管在几种煤种的煤层中水平最大位移在2400米处可能造成阻力阻塞卡死(图4，而在2400米内任何点位的摩擦力基本上保持恒定，都是安全运行区间，因此在设计煤层水平位移时，连续注气管最大水平送入位移是2000米。

如图1和图3以及图4所示，在本实施例中，根据地下深层煤炭地质因素分析，地下深层煤炭原位保压气化是以埋深2000米煤炭储层为最大目标，实际应用将以1500米的煤层为应用气化采煤方案，1500米煤层内水力压力极限条件为15MPa，根据地质地层学的原理及实际钻井和对煤层压力的测试，通常煤层压力在7～10MPa之间，连续油管在送入煤层时遇到的摩擦阻力会产生一个连续油管运动方向相反的阻力，即地层抱死连续油管从而使连续油管在煤层抽送不动状况发生，根据连续油管在煤层中钻进工况建模分析，连续油管在几种煤种的煤层中水平最大位移在2400米处可能造成阻力阻塞卡死，此时连续油管的摩擦阻力呈近乎直线向上激增，连续油管抽不出来又送不进去，这样就会造成地下气化通道报废损失几千万元，而在2400米内任何点位的摩擦力基本上保持恒定，都是安全运行区间，因此我们在设计煤层水平位移时，连续油管最大水平送入位移是2000米。

如图1至图3所示，在本实施例中，步骤S10包括以下步骤：步骤S11：使用第一钻头在地面上进行第一次钻井并下入表层套管以进行第一次固井以得到第一井；步骤S12：使用第二钻头在第一井井内进行向下的第二次钻井并下入表层套管以进行第二次固井以得到第二井，其中，第二井的直径小于第一井的直径；步骤S13：在第二井的底部设置靶点，靶点位于煤层底板与下岩层交汇处；其中，第二井的定向造斜点位于煤层顶板的上方，第二井的顶部与粉煤层的顶板之间具有距离。上述的步骤能够有效地钻得竖直井10，并且能够保证竖直井10的稳定。具体地，在大位移煤层内，地质构造内煤炭属性结构又决定了如何送入连续油管，结合煤炭摩擦因数及地质地层压力参数，首先采用5000米以上配置顶部驱动电动钻机进行第一次钻井并进行第一次固井，随后进行第二次钻井，直至进入煤层内设计的靠近底板的靶点处，再进行第二次固井，固井采用油井高温水泥。

如图1至图3所示，在本实施例中，油基泥浆的成分包括矿物油、聚丙烯酰胺增稠剂、十二烷基苯磺酸铵、羟甲基纤维素以及丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，其中，配比当量为：矿物油为100％，聚丙烯酰胺增稠剂为0.3kg/m3，十二烷基苯磺酸铵为5kg/m3，羟甲基纤维素为0.3kg/m3，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物为0.5kg/m3。上述的油基泥浆是一种废矿物油为基础油调配而成的乳化低泡沫全油基泥浆。这种油基泥浆是以报废润滑油为基础，配合乳化剂等混合而成的特殊油基泥浆，具有对粉煤层良好的润滑乳化支撑作用，同时该油基泥浆材料易点燃效果好，易于起到对煤层的助燃作用，同时该油基泥浆材料配比方便具有成本低廉回收再利用优势，后期气化脱除效果也非常好。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S70中，将油基泥浆抽出之后，还包括以下步骤：在定向井30内将连续油管端口上安装的丢手工具松开井下钻井工具组合，并将钻井工具组合留在定向井30内，其中，井下钻井工具包括丢手和螺杆钻具。由于粉煤层易坍塌堵塞造成连续油管在油基泥浆中也难以送达设计目标靶点，为将连续油管成功送入煤层气化通道，设计在双层复合连续油管外层碳钢钢管头上安装一只丢手并连接一套螺杆钻具，在泥浆泵和油基泥浆循环作用下，螺杆钻具前端的钻头旋转形成实际上的连续油管钻井工况，带动连续油管在煤层水平段的解堵送入到达目的点采气井底，在连续油管推动下的井下工具穿过采气井底后继续沿井筒轨迹钻进2～3倍井下工具组合长度，松开丢手将井下工具丢进煤层，然后回抽连续油管到采气井底外一个井下组合工具长度，实现气化初期点火位具备点火功能后。在本实施例中，连续油管为双层复合“连续油管”，外管碳钢管API-5ST标准材质，规格为外径2-7/8”整根长4500m，内管为不锈钢管，外径2”，长度4500m。

在图中未示出的实施例中，在连续油管的尾管外层碳钢管的端口处安装一只圆锥形旋转喷头，推进连续油管在小排量油基泥浆循环下进入煤层井筒轨迹内，在采气井筒内可测试到采气井筒内压力的变化表明连续油管推进时的煤层井筒状态，当连续油管抵达采气井的井底时，停止泥浆循环，将连续油管转为泥浆液抽取管，回抽煤层气化通道内泥浆，通过采气井底吊入的液面测量装置可知道泥浆液抽出的情况，至此粉煤层连续油管送管完成，可回抽式连续注气工艺实现，达到可控燃烧保压气化设计，具备气化点火状态。

在图中未示出的实施例中，还包括补充送管方式，是基于节省钻井成本原因，也可直接使用连续油管直接投入弯曲井20的作业并一性完成煤层内定向井30的钻井、送管工作，设计在连续油管外层碳钢钢管头上安装一只丢手+导向工具+磁对接工具+螺杆钻具+钻头组合式井下工具，在泥浆泵和特殊油基泥浆循环作用下，螺杆钻具前端的钻头旋转实现连续油管钻井工况，连续油管前端配置的导向定位与磁对接的组合定位导向工具引导连续油管沿煤层底板钻进，距离产气井底80米内时，磁定位对接工作引导连续油管向产气井底与产气井对接成功，连续油管找到产气井底后仍然要继续钻进2～3倍井下钻具组合总长度位移，并松开丢手将井下工具组合丢进在煤层内，回抽连续油管过产气井底，连续油管转入注气状态。可实现连续油管定向钻井作业并完成设计钻井轨迹目标。但由于粉煤煤层内大水平井位移可能会引起连续油管钻柱的卡阻，另一方面连续油管钻井最终目标是将双层复合连续油管送入煤层形成可按燃烧保压气化，因此连续油管钻进时管前端的井下工具组合是以丢弃为方案，尽管代价大，但与由钻机完成弯曲井20的钻井再送入连续油管的代价要小很多，这也是粉煤煤层钻井完井困难导致的难以克服因素，只有这样的付出从技术和经济上讲也是代价最小的方案。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S20中，钻定向造斜弯曲井20结束后，将钻柱抽出并固井，下入已经配套安装井下定向导向工具组合的连续油管，在煤层内沿底板上平行钻进，此时井下工具组合借助持续泵注油基泥浆循环，实现煤层定向井筒轨迹成型。沿煤层底板平行钻井，采用专门研发针对粉煤层钻井的油基泥浆进行循环，该油基泥浆是一种废矿物油为基础油调配而成的乳化低泡沫全油基泥浆，定向造斜弯曲井20采用导向定向钻井沿设计轨迹钻进，在磁对接信号引导下找到采气井底实现对接，钻柱到目标点采气井底时钻柱回抽，此时控制泥浆泵继续泵入油基泥浆压力，维持泥浆返流稳定确保钻柱回抽过程不会卡死钻柱，回抽过程降低泥浆泵入压力也是为保持弯曲井20的粉煤层井筒的相对稳定，在钻柱回抽时油基泥浆对煤层井筒起到稳定支撑作用，在钻柱完全抽回地面后继续保持井筒垂直井段内油基泥浆的高度维持在井口以下注入量，这样油基泥浆对煤层就维持了一个正压稳定，降低了粉煤层井筒坍塌的时间，三开气化井筒自注气井二开煤层靶点起煤层水平位移到产气井底目标点间全部采用裸眼井筒不固井。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S40中，通过注浆泵经连续油管钻具向定向井30煤层灌注油基循环泥浆，并在完井时通过泥浆泵向外抽油基泥浆，其中，油基泥浆的注浆与油基泥浆的抽浆均通过连续油管的末端口实现。上述的设置能够有效地保证井内的油基泥浆的压力平衡。通过步骤S70经泥浆泵和连续油管向外抽取煤层内油基泥浆。其中，所述油基泥浆的注浆与所述抽浆通过连续油管在煤层内末端口实现。在步骤S60中，在钻井完井松开井下工具组合后，在连续油管内连续注入高压空气对井筒进行吹扫，可将连续油管喷口到采气井底间油基泥浆吹出。

如图1至图3所示，在本实施例中，步骤S60中，煤层连续循环钻进达到钻井设计程序要求，泵注停止泥浆高压循环工作，煤层井筒内压力失衡，煤层挤压向连续油管外壁，油基泥浆因地层挤压而进入煤层内，连续油管末端口注入压力吹扫与采气井口间井筒畅通。以便在粉煤层内形成空腔。上述的空腔是为了点燃煤层做准备。

如图1至图3所示，在本实施例中，在弯曲井的钻头完全抽出后，保证定向井30的靶点在煤层底板上方预设距离处并与煤层底板平行的轨迹上。步骤S60中，丢手投球撞击丢手工具松开井下工具组合，连续油管末端端口形成喷口；

如图1至图3所示，在本实施例中，步骤S50之后，粉煤层钻井方法还包括以下步骤：步骤S80：将连续油管回退预设距离，以在粉煤层内形成空腔。上述的空腔是为了点燃煤层做准备。

如图1至图3所示，在本实施例中，连续油管为碳钢材质，内部为中空结构，通过连续油管能够为所述空腔内进行注气。上述的注气是为了后续向空腔内注入高温高压气体，以便于点燃空腔周围的煤层。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S10和步骤S20中，固井包括以下步骤：将金属套管放入至竖直井10内，并在金属套管和地层之间灌注水泥。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S10中，固井包括以下步骤：表层钻井达到钻井设计深度，撤回钻柱将油井套管下入至竖直井10内，并在油井套管与地层之间灌注水泥形成表层套管结构；其中，水泥为高温水泥。上述的设置能够保证竖直井10的结构更加稳定。

如图1至图3所示，在本实施例中，在步骤S20中，固井包括以下步骤：二开钻井到达设计钻井深度，撤回钻柱将油井套管下入弯曲井20内，并在油井套管和地层之间灌注水泥；其中，水泥为高温水泥。上述的设置能够保证弯曲井20的结构高温气化井筒更加稳定。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粉煤层钻井方法，其特征在于，包括：

步骤S10：地面上垂直地表进行钻井至地表下第一预设深度处，随后进行表层套管固井以得到竖直井(10)；

步骤S20：向所述竖直井(10)内钻井，在所述竖直井的底部的第二预设深度处造斜，所述造斜位于所述煤层顶板的上方，以形成弧形半径定向井筒造斜段轨迹，并钻至煤层底板与下岩层交汇处，随后通过套管固井形成弯曲井(20)；

步骤S30：向所述竖直井(10)内下入连续油管、导向工具以及钻具组合；

步骤S40：向所述连续油管内连续循环注入油基泥浆；

步骤S50：使所述连续油管、所述导向工具以及所述钻具组合经过所述弯曲井(20)沿所述煤层底板在粉煤层中钻进，在所述煤层底板上钻进形成与所述煤层底板平行的定向井(30)；

步骤S60：将所述连续油管与所述导向工具和所述钻具组合松开，以使所述连续油管末端端口形成喷口；

步骤S70：钻得所述定向井(30)之后，通过所述连续油管将所述油基泥浆从所述定向井(30)内抽出；

所述油基泥浆的成分包括矿物油、聚丙烯酰胺增稠剂、十二烷基苯磺酸铵、羟甲基纤维素以及丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，其中，配比当量为：矿物油为100％，聚丙烯酰胺增稠剂为0.3kg/m³，十二烷基苯磺酸铵为5kg/m³，羟甲基纤维素为0.3kg/m³，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物为0.5kg/m³，在所述连续油管的尾管外层碳钢管的端口处安装一只圆锥形旋转喷头，推进所述连续油管在小排量的所述油基泥浆循环下进入所述定向井(30)内，在采气井筒内可测试到所述采气井内压力的变化表明所述连续油管推进时的定向井(30)的状态，当所述连续油管抵达所述采气井的井底时，停止所述油基泥浆循环，将所述连续油管转为所述油基泥浆的抽取管，回抽所述定向井(30)内所述油基泥浆。

2.根据权利要求1所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，在所述步骤S10和所述步骤S20中，所述竖直井(10)和所述弯曲井(20)的垂直深度小于等于2000m；在所述步骤S50中，所述定向井(30)的长度小于2400m。

3.根据权利要求1所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，所述步骤S10包括以下步骤：

步骤S11：使用第一钻头在地面上进行第一次钻井并下入所述表层套管以进行第一次固井以得到第一井；

步骤S12：使用第二钻头在所述第一井井内进行向下的第二次钻井并下入技术套管以进行第二次固井以得到第二井，其中，所述第二井的直径小于所述第一井的直径；

步骤S13：在所述第二井的底部设置靶点，靶点位于煤层底板与下岩层交汇处；

其中，所述第二井的定向造斜点位于所述煤层顶板的上方，所述第二井的顶部与所述粉煤层的顶板之间具有距离。

4.根据权利要求1所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，在所述步骤S70中，将所述油基泥浆抽出之后，还包括以下步骤：

在所述定向井(30)内将所述连续油管上的所述导向工具和所述钻具组合拆出并将所述导向工具和所述钻具组合留在所述定向井(30)内。

5.根据权利要求3所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，在步骤S20中，钻所述弯曲井(20)结束后，将钻具抽出，下入所述套管并固井至煤层靶点，其中固井采用高温水泥；在步骤S40中，所述油基泥浆经过所述连续油管的管柱连续循环注入所述定向井(30)内。

6.根据权利要求1所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，在所述步骤S40中，通过泥浆泵向所述定向井(30)灌注所述油基泥浆，并通过泥浆泵向外回抽所述油基泥浆，其中，所述油基泥浆的注浆与所述油基泥浆的抽浆均通过所述连续油管的末端口实现。

7.根据权利要求3所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，在步骤S20中，在所述弯曲井的钻头完全抽出后，保证所述定向井(30)的靶点在所述煤层底板上方预设距离处并与所述煤层底板平行的轨迹上。

8.根据权利要求1所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，所述步骤S60中，丢手投球撞击丢手工具松开所述导向工具和所述钻具组合，所述连续油管末端端口形成喷口；所述步骤S70之后，所述粉煤层钻井方法还包括以下步骤：步骤S80：将所述连续油管回退预设距离，以在粉煤层内形成空腔。

9.根据权利要求8所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，所述连续油管为碳钢材质，内部为中空结构，通过所述连续油管能够为所述空腔内进行注气。

10.根据权利要求1所述的粉煤层钻井方法，其特征在于，在步骤S10和步骤S20中，所述固井包括以下步骤：

将金属套管放入至所述竖直井(10)内，并在所述金属套管和地层之间灌注水泥。

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