CN210033281U - 用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置及钻井 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置及钻井，所述装置包括用于钻探的钻探设备和设置在直井内的斜向器；倾向器通过尾管固定在直井的底部，且倾向器具有倾斜表面以将钻探设备导向到倾向器的倾斜表面对应的角度以钻探斜井；该钻探设备包括套管、钻杆，该钻杆套接在套管内；该钻杆的端部设有钻铤和铣锥，铣锥用于钻探，钻铤为位于钻杆柱与岩芯管或钻头之间的厚壁钻杆，且钻铤与钻杆能够成一预设角度以钻探出斜井；铣锥包括锥形底面和顶部平面，钻铤固定在铣锥的顶部平面上；钻铤与铣锥之间的结合处设有传感器组件，传感器组件设置在铣锥的顶部平面上并环绕钻铤的外周设置。本实用新型适用于煤层气钻井勘探。

Description

用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置及钻井

技术领域

本实用新型涉及机械技术领域，具体涉及一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置及钻井。

背景技术

煤层气是一种洁净、高效的能源，对于控制矿山灾害和降低环境污染有非常重要的作用。在钻探时有一种钻探工艺称为侧钻水平井；其中侧钻就是为了特殊的工艺需要，在原有井眼轨迹(直井、定向井、水平井均可)的基础上，使用特殊的侧钻工具使钻头的钻进轨迹按照预先的设计偏离原井眼轨迹的过程。

煤层气钻井勘探通常以探井以直井为主，整个探井分为地层井和取芯井；其中地层井的功能是确定煤层的存在、厚度等参数以与地层对比；取心井则用于对煤层进行取心或进行全井取心，以获取煤层参数；煤层参数包括：渗透率、含气量、含气饱度、煤层密度、煤岩煤质。

由于侧钻的特殊需要，现有的钻头在进行地下煤储层复合先导煤层气钻井时需要先进行钻井，然后起钻并采用钻进参数勘探设备进入钻井以采集参数，这样就导致整体效率非常低。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型实施例要解决的技术问题是提出一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，能够在钻探时直接将钻井内的参数提高岩芯取芯时的效果，从而至少部分的解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提出了一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置及，包括用于钻探的钻探设备和设置在直井内的斜向器；

其中所述倾向器通过尾管固定在直井的底部，且所述倾向器具有倾斜表面以将钻探设备导向到倾向器的倾斜表面对应的角度以钻探斜井；

其中该钻探设备包括套管、钻杆，其中该钻杆套接在套管内；该钻杆的端部设有钻铤和用于钻探的铣锥，其中钻铤为设置于钻杆与钻头之间的厚壁钻杆，且所述钻铤与钻杆能够成一预设角度以钻探出斜井；

其中所述铣锥包括底部的用于钻探的锥形底面和顶部平面，所述钻铤固定在铣锥的顶部平面上；其中所述传感器组件设置在铣锥的顶部平面上并环绕所述钻铤的外周设置。

其中，所述钻铤和钻杆内空以形成导通的内腔，且钻铤的内腔设有贯穿钻铤的壁的连接孔以使传感器组件的供电线路和数据传输线路通过该连接孔和内腔连接到远端的控制设备。

其中，所述传感器组件包括声波检测仪，所述声波检测仪通过供电线路和数据传输线路连接远端的控制设备以使远端的控制设备通过声波检测仪获取井下环境参数以判断井下的压裂程度。

其中，所述传感器组件包括温度传感器、压力传感器、位移传感器，该温度传感器、压力传感器、位移传感器分别通过供电线路和数据传输线路连接远端的控制设备以使远端的控制设备获取井内的温度、压力、钻铤的位移。

同时，本实用新型实施例还提出了一种利用如前任一项所述的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置钻探的钻井，所述钻井为以下的一种：

侧钻水平井，包括在地面与煤层之间钻出的直井，且所述直井位于与煤层对应的位置利用钻探设备和斜向器钻探出的横向的支井；

单一水平井，包括在地面与煤层之间钻出的直井，且所述直井的底部设有利用钻探设备和斜向器横向的支井；

多分支+远端连通直井，包括在地面与煤层之间钻出的两个直井，以及两个支井之间的位于煤层内的利用钻探设备和斜向器钻探出的至少两个横向支井；

水平井+近端连通直井，包括在地面与煤层之间钻出的直井和单支水平井；其中单支水平井包括利用钻探设备和斜向器钻探出的倾斜井和底部的横向井；

多分支井，包括在地面与煤层之间钻出的直井和单支水平井，且在该单支水平井上设有利用钻探设备和斜向器钻探出的至少两个分支井段，其中所述单支水平井近端的直井为生产井。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中提出了一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，能够无需起钻就可以实时检测井下的各种环境参数，从而节省了大量的起下钻时间，缩短了建井周期，节约了钻井费用，对昂贵的钻井有特别重要的意义。

附图说明

图1a-图1e为利用本实用新型实施例的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置钻出的探井的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

由于侧钻井的需求，要求整体系统应当能够具备以下能力：能够进行压力和温度监测；能够根据预算应考虑钻一口监测井；对产出水及气应定期取样检测；应在增产前进行产量测试来准确地确定人工举升设备的大小；人工举升设备应保证有足够的能力，并足够可靠；能够抽采到射孔以下层段；生产系统能够准确测定单井气、水产量；产出水、气输送到安装有分离器和水池的中央处理站；系统压力应保持较低回压；所有地面设备能够在极端温度和压力下运转；水处理应符合环境要求。

为了至少一部分的达到上述要求，本实用新型实施例提出了一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，相比较现有的钻头至少能够部分的达到上述要求。

如图2所示的，本实用新型实施例的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，包括用于钻探的钻探设备和设置在直井内的斜向器5。在钻探时首先钻出一个直井，然后在直井的井底设置一个具有倾斜表面的斜向器5以将钻探设备导向预设的角度以钻探斜井，其中该斜向器5通过尾管6固定在直井的井底。其中该钻探设备包括套管1、钻杆2，其中该钻杆2套接在套管1 内；该钻杆2的端部设有钻铤3和铣锥7，该铣锥7用于钻探，而钻铤3为位于钻杆2柱与岩芯管或钻头之间的厚壁钻杆，该钻铤3与钻杆2能够成一预设角度以钻探出斜井。其中，钻铤3的作用是为了给钻头施加钻压；保证压缩条件下的必要强度；减轻钻头的振动、摆动、跳动，以使钻头工作平稳；控制井斜。

在如图2所示的本实用新型实施例中，钻铤3与铣锥7之间的结合处设有传感器组件4，其中该传感器组件4设置在铣锥7的顶部平面上并环绕所述钻铤3的外周设置；其中所述钻铤3和钻杆2内空以形成导通的内腔，且钻铤3的内腔设有贯穿钻铤3的壁的连接孔以使传感器组件4的供电线路和数据传输线路通过该连接孔和内腔连接到远端的控制设备。所述传感器组件 4包括温度传感器、压力传感器、位移传感器，该温度传感器、压力传感器、位移传感器分别通过供电线路和数据传输线路连接远端的控制设备，以使远端的控制设备获取井内的温度、压力、钻铤的位移。同时该钻探设备能够提取出岩芯，从而利用提取出的岩芯来确定煤层的厚度、渗透性、含气量、饱和度、解吸曲线、排产曲线(气、水)和最佳井型、最佳生产参数、最佳井距、最佳完井方法、新的钻井技术、储量。然后通过煤层对比，以为储量评估和开发方案的编制提供可靠的最佳的地质、气藏，以及工程和生产参数。进一步的，该传感器组件4还可以包括声波检测仪，所述声波检测仪通过供电线路和数据传输线路连接远端的控制设备，以使远端的控制设备通过声波检测仪获取井下环境参数以判断井下的压裂程度。压裂程度对于煤岩类压型及煤层气的勘探开发有着重要的意义。

其中，该传感器组件5是套接在钻铤3外的与铣锥7连接的位置；由于铣锥所受到的侧向力一般都比较小，因此不会在钻探时损伤传感器组件。同时传感器组件又能实时检测到钻井内的压力、温度、位移信息传输到远端的控制设备。

本实用新型实施例能够及时控制钻探设备在钻探时的轨迹，从而提高钻井的准确性。具体的，可以采用MWD跟踪监测井眼的钻探轨迹，一旦发现轨迹不合要求就可以立即调整方位和井斜。同时由于在铣锥后方设置了传感器组件，可以减少起下钻次数，提高钻井效率。由于使用套井下钻具组合，就能完成多种定向作业，减少了起下钻的次数以避免许多井下事故。同时这一技术方案能够充分发挥钻头潜力，提高机械钻速。由于导向动力钻具的多功能性，减少了为控制井跟轨迹而进行的起下钻：从而得以优化钻头使用效果。钻头受到的侧向力一般较小，也有利于延长钻头寿命和增加钻头进尺。

如图1a-图1e所示的，本实用新型实施例的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置能够快速的进行钻探并同时获取钻井内的各种参数。结合煤层气的地质特点和中煤阶及较低渗透率等基础条件，利用本实用新型实施例的于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，能够挖掘出如图1a-图1e所示的各种钻井。

其中图1a所示的为侧钻水平井，是在地面A3与煤层A1之间钻出一个直井A2，并在直井A2与煤层A1后开始横向挖掘一个支井，以形成侧钻水平井。这种侧钻水平井的工艺相对复杂，首先钻一直井并下套管完井；然后在煤层处开窗侧钻水平井，水平井段裸眼完井；钻探设备的轨迹沿煤层上倾。

如图1b所示的为单一水平井，是在地面A3与煤层A1之间钻出一个直井A2，且该直井A2在位于煤层A1的位置变为横向井。该单一水平井的钻井方案与常规油气井相同，在煤层段下玻璃纤维筛管以完井。

如图1c所示的为多分支+远端连通直井，其包括在地面A3钻探的两个直井A2，两个直井A2之间设有多条在不同煤层深度的横向井；多个横向井由一口直井在远端进行连接作为生产井，该井型进行多煤层合采。

如图1d所示的为水平井+近端连通直井，其包括一个直井A2和单支水平井；其中单支水平井包括倾斜井和底部的横向井。在工作时可以首先在地面A3钻一单支水平井，然后在近端钻直井A2作为生产井。

如图1e所示的为多分支井，包括一个单支水平井和直井A2；在地面A3 先钻单支水平井作为主支，在主支上侧钻若干分支井段，在水平井近端钻直井A2作为生产井。

地下煤储层复合先导煤层气钻井系统装置是确定煤层的厚度、渗透性、含气量、饱和度、解吸曲线、排产曲线(气、水)和最佳井型、最佳生产参数、最佳井距、最佳完井方法、新的钻井技术、储量。并进行煤层对比，为储量评估和开发方案的编制提供可靠的最佳的地质、气藏，工程和生产参数。

煤层气钻井勘探通常以直井作为探井，探井分为地层井和取心井。地层井的功能是确定煤层的存在、厚度等用以地层对比；取心井需对煤层进行取心或进行全井取心，可获取煤层渗透率、含气量、含气饱度、煤层密度及煤岩煤质等参数。上述的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置可以通过声波探测仪探测井下的压裂程度；还可以通过压力传感器和温度传感器获取井下的实时环境参数，同时还可以通过位移传感器获取钻探轨迹，以提高钻井的准确性。其中该控制设备可以采用MWD跟踪监测井眼轨迹，一旦发现轨迹不合要求便可随时进行方位和井斜的调整，提高井眼轨迹的精度。这样可以减少起下钻次数，提高钻井效率。由于使用套井下钻具组合，能够完成多种定向作业，减少了起下钻的次数，从而避免许多井下事故的发生。上述方案充分发挥钻头潜力，提高机械钻速。由于上述方案采用了可导向的钻探设备，可以减少为测量钻探轨迹和环境参数而进行的起下钻，优化钻头使用效果。同时由于钻头受到的侧向力一般较小，将传感器组件设置在也有利于延长钻头寿命和增加钻头进尺。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，其特征在于，包括用于钻探的钻探设备和斜向器；

其中所述倾向器通过尾管固定在直井的底部，且所述倾向器具有倾斜表面以将钻探设备导向到倾向器的倾斜表面对应的角度以钻探斜井；

其中该钻探设备包括套管、钻杆，其中该钻杆套接在套管内；该钻杆的端部设有钻铤和用于钻探的铣锥，其中钻铤为设置于钻杆与钻头之间的厚壁钻杆，且所述钻铤与钻杆能够成一预设角度以钻探出斜井；

其中所述铣锥包括底部的用于钻探的锥形底面和顶部平面，所述钻铤固定在铣锥的顶部平面上；其中传感器组件设置在铣锥的顶部平面上并环绕所述钻铤的外周设置。

2.根据权利要求1所述的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，其特征在于，其中所述钻铤和钻杆内空以形成导通的内腔，且钻铤的内腔设有贯穿钻铤的壁的连接孔以使传感器组件的供电线路和数据传输线路通过该连接孔和内腔连接到远端的控制设备。

3.根据权利要求2所述的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，其特征在于，所述传感器组件包括声波检测仪，所述声波检测仪通过供电线路和数据传输线路连接远端的控制设备以使远端的控制设备通过声波检测仪获取井下环境参数以判断井下的压裂程度。

4.根据权利要求2或3所述的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置，其特征在于，所述传感器组件包括温度传感器、压力传感器、位移传感器，该温度传感器、压力传感器、位移传感器分别通过供电线路和数据传输线路连接远端的控制设备以使远端的控制设备获取井内的温度、压力、钻铤的位移。

5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的用于地下煤储层复合先导煤层气钻井装置钻探的钻井，其特征在于，所述钻井为以下的一种：

侧钻水平井，包括在地面与煤层之间钻出的直井，且所述直井位于与煤层对应的位置利用钻探设备和斜向器钻探出的横向的支井；

单一水平井，包括在地面与煤层之间钻出的直井，且所述直井的底部设有利用钻探设备和斜向器横向的支井；

多分支+远端连通直井，包括在地面与煤层之间钻出的两个直井，以及两个支井之间的位于煤层内的利用钻探设备和斜向器钻探出的至少两个横向支井；

水平井+近端连通直井，包括在地面与煤层之间钻出的直井和单支水平井；其中单支水平井包括利用钻探设备和斜向器钻探出的倾斜井和底部的横向井；

多分支井，包括在地面与煤层之间钻出的直井和单支水平井，且在该单支水平井上设有利用钻探设备和斜向器钻探出的至少两个分支井段，其中所述单支水平井近端的直井为生产井。

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