专利名称：煤层气井裸眼复合造穴方法
技术领域：
本发明涉及一种煤层气井裸眼复合造穴方法，主要用于煤层气井裸眼井段的扩孔作业或裸眼造洞穴作业，满足裸眼洞穴完井的需要，以实现煤层气高效开采，属于煤层气的开采方法领域。
背景技术：
目前，在国内外煤层气井开采中，采用的裸眼洞穴造穴技术主要有三种，即负压造穴、水力射流造穴和机械工具造穴。负压造穴技术，一般采用一部经过特殊改造的钻井或完井作业机穿透地层，通过配备的几台大功率的空压机和旋转头以及地面复式管路系统，将大量空气压入井内，通过多次的快速蹩压和放喷，造成剧烈的井内压力激动，使地层崩落形成洞穴。水力射流造穴技术是采用水力射流的原理，通过在钻具下部连接特殊设计的水力喷射装置，使循环钻井液在地层产生水力射流冲割的作用，形成一定的洞穴。机械工具造穴技术一般是在原理上采用机械扩眼方式，通过某种控制方式使造穴工具的刀杆张开，并在钻具的带动下旋转，切削地层形成满足实际需要的洞穴。从以上三种造穴技术的设备和工艺的复杂程度及其应用的效果来看，负压造穴技术所需的工艺设备最为复杂，技术要求高， 操作难度大，危险性大，安全性难于保证。水力射流造穴技术工艺和设备较为简单，但是应用目前水力射流，难以确定能够造出的洞穴的大小，通常是水力射流造穴技术造出的洞穴远远不能满足油气开采对洞穴的大小要求。机械工具造穴技术相对来说工艺和设备也比较简单，但是，对于煤层气井的坚硬产层，机械工具极易因钻压过大而变形，造穴工具无法提出，或者钻压未达到要求，致使工具无法打开，不能完成作业要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种煤层气井裸眼复合造穴方法，即先利用水力射流破坏煤层，降低机械造穴工具的作业强度；然后再利用机械工具对造穴段煤层进行修整，并扩大洞穴尺寸至设计值，就是在水力射流造穴的基础上，继续进行机械工具造穴，克服使用单一造穴方法时的缺陷和不足，满足煤层气井裸眼井段的扩孔作业或洞穴作业的需求，达到油气高效开采的目的。本发明采用如下的技术方案，即一种煤层气井裸眼复合造穴方法，主要包括如下步骤第一步、煤层气井裸眼段的准备、清洁和水力射流工具检测确定煤层裸眼段造穴的深度位置，采用常规煤层钻进的方法，钻穿煤层，套管下至煤层段造穴的裸眼段上方，利用循环将煤层井眼的岩屑和煤屑清理干净，井眼内畅通无落物，无岩屑封堵和砂堵，确保造穴工具可达到井底；检测水力射流工具，保证射流工具各部件连接稳固和射流工具内流道通畅；第二步、水力射流工具的下井水力射流工具下井时，由上至下的钻具组合为上部钻具+满眼扶正器+钻铤+满眼扶正器+钻铤+水力射流工具，配接上述的下井钻具，须保证在最接近套管下端位置安装有满眼扶正器，且保证水力射流工具能够下到煤层裸眼造穴段的底部；第三步、水力射流造穴钻具将水力射流造穴工具送至煤层裸眼造穴段的底部，打开泥浆泵，并逐步增加排量，然后开始缓慢转动钻具，开始水力射流造穴，当循环出的煤屑基本干净后，上提钻具约100 500mm，继续循环，射流造穴，直至最终上提至煤层裸眼造穴段的顶部；第四步、水力射流工具的起出当完成上述水力射流造穴施工时，充分循环钻井液，清洗井眼，然后停泵，停泵后继续旋转钻具3 5分钟，然后缓慢上提钻具，起出水力射流造穴工具；第五步、确定机械造穴工具，配接钻具根据钻井现场实际情况，选择确定机械造穴工具的节流装置喷嘴的大小和泥浆泵排量，并根据要造穴地层的硬度和所需的洞穴直径，确定造穴的次数，调整的机械造穴工具各限位部件和伸缩活动部件的长度或行程；由上至下采用的配接钻具组合为上部钻杆+ 钻铤1根+机械造穴工具；第六步、机械造穴工具的钻台试验将机械造穴的配接钻具组合与方钻杆连接后，置于钻台面上，不得下入井口，开启钻井泵，试验机械造穴工具能否收放自如；机械造穴工具可以控制收放，则执行下一步，否则，重新换装或调整机械造穴工具及配接钻具组合，重复上一步骤或终止造穴进程；第七步、下入机械造穴工具钻具组合清理井口，下入机械造穴工具钻具组合，下钻过程中严禁开泵循环泥浆，当钻具下到设计洞穴的底部；第八步、机械造穴缓慢开泵建立循环，并缓慢转动钻具，进行造穴作业，观察钻具扭矩表值，当扭矩陡增，必须立即调整钻具转速或泥浆泵排量，以防损坏造穴工具刀杆机构，造成井下事故， 当调整并确定适当的转速和泥浆排量，使得扭矩稳定时，此时扭矩值为扭矩稳定值，当钻具扭矩显著降低，并持续一段时间时，缓慢上提钻具，使扭矩增加到接近扭矩稳定值时，停止上提钻具并保持该上提力，继续造穴施工，当再次观察到钻具扭矩显著下降时，再次上提钻具，使钻具扭矩接近扭矩稳定值，如此反复操作，直到钻具上提距离达到设计的洞穴的高度；第九步、起出机械造穴工具、完成造穴作业当钻具上提距离达到设计的洞穴的高度时，停泵，终止泥浆循环，缓慢转动钻具， 并缓慢上提钻具，使造穴工具刀杆机构收回，起出钻具和造穴工具，造穴作业完成。本发明的煤层气井裸眼复合造穴方法包括了水力射流工具造穴、机械造穴工具造穴两个阶段，施工中首先利用水力射流技术依靠高压水射流破坏煤层，降低煤层胶结强度， 在松软煤层的同时形成不规则的洞穴，然后利用机械造穴工具对造穴段煤层进行强制造穴作业，最终实现煤层洞穴直径达两米，利于煤层气高效开采。本方法解决了单纯水力射流造穴，洞穴大小难以满足需要难题，也克服了单使用大直径机械造穴，造穴工具施工中极易变形的缺陷，通过水力射流和机械式造穴技术的有效复合应用，实现了煤层气井造穴施工程序简单，操作安全、可靠，并可根据需要控制洞穴大小，降低煤层气井裸眼造穴作业风险，提高煤层气井裸眼造穴效率，满足煤层气钻井施工和高效开采的需要。
图1为水力射流造穴工具作业示意图；图1中产层15、水力射流造穴工具16。图2为机械造穴工具作业示意图；图2中，上接头1、主体2、活塞喷嘴3、活塞4、钻井液进出口 5、芯轴6、刀杆销7、刀杆8、芯轴喷嘴9、芯轴销10、连杆11、硬质合金12、连杆销13、钻柱14、产层15。
具体实施例方式下面以D 152主井眼为例，结合附图对本发明的煤层气井裸眼复合造穴方法予以进一步说明，主要包括如下步骤第一步、煤层气井裸眼段的准备、清洁和水力射流工具检测确定煤层裸眼段造穴的深度位置，即洞穴段的顶、底位置；采用常规煤层钻进的方法，钻穿煤层，套管下至煤层段造穴的裸眼段上方，利用循环将煤层井眼的岩屑和煤屑清理干净，井眼内畅通无落物，无岩屑封堵和砂堵，确保造穴工具可达到井底；检测水力射流工具，保证射流工具各部件连接稳固和射流工具内流道通畅；第二步、水力射流工具的下井水力射流工具下井时，由上至下的钻具组合为D89钻杆+满眼扶正器1个 +D101. 6钻铤1根+满眼扶正器1个+D101. 6钻铤1根+D145水力射流造穴工具，保证在最接近套管下端位置安装满眼扶正器，并保证工具能够下到造穴段的底部。第三步、水力射流造穴钻具将水力射流造穴工具送至煤层裸眼造穴段的底部，打开泥浆泵，并逐步增加排量，然后开始缓慢转动钻具，开始水力射流造穴，如图1所示，当循环出的煤屑基本干净后，上提钻具约100 500mm，继续循环，射流造穴，直至最终上提至煤层裸眼造穴段的顶部；第四步、水力射流工具的起出当完成上述水力射流造穴施工时，充分循环钻井液，清洗井眼，然后停泵，停泵后继续旋转钻具3 5分钟，然后缓慢上提钻具，起出水力射流造穴工具；第五步、确定机械造穴工具，配接钻具根据钻井现场实际情况，选择确定机械造穴工具，本实施例选用如图2所示的D 145机械造穴工具，并据需要确定节流装置喷嘴的大小和泥浆泵排量，并根据要造穴地层的硬度和所需的洞穴直径，确定造穴的次数，调整的机械造穴工具各限位部件和伸缩活动部件的长度或行程；由上至下采用的配接钻具组合为D89钻杆+D101. 6钻铤1根+D145机械造穴工具；第六步、机械造穴工具的钻台试验将上述机械造穴的配接钻具组合与方钻杆连接后，置于钻台面上，不得下入井口， 开启钻井泵，试验机械造穴工具能否收放自如；机械造穴工具可以控制收放，则执行下一步，否则，重新换装或调整机械造穴工具及配接钻具组合，重复上一步骤或终止造穴进程；
第七步、下入机械造穴工具钻具组合清理井口，下入机械造穴工具钻具组合，下钻过程中严禁开泵循环泥浆，当钻具下到设计洞穴的底部；第八步、机械造穴缓慢开泵建立循环，并缓慢转动钻具，进行造穴作业，观察钻具扭矩表值，当扭矩陡增，必须立即调整钻具转速或泥浆泵排量，以防损坏造穴工具刀杆机构，造成井下事故， 当调整并确定适当的转速和泥浆排量，使得扭矩稳定时，此时扭矩值为扭矩稳定值，当钻具扭矩显著降低，并持续一段时间时，缓慢上提钻具，使扭矩增加到接近扭矩稳定值时，停止上提钻具并保持该上提力，继续造穴施工，当再次观察到钻具扭矩显著下降时，再次上提钻具，使钻具扭矩接近扭矩稳定值，如此反复操作，直到钻具上提距离达到设计的洞穴的高度；第九步、起出机械造穴工具、完成造穴作业当钻具上提距离达到设计的洞穴的高度时，停泵，终止泥浆循环，缓慢转动钻具， 并缓慢上提钻具，使造穴工具刀杆机构收回，起出钻具和造穴工具，造穴作业完成。同样道理，对于其它不同井眼类型，只是采用的工具的类型、型号和设计确定的施工参数不同，而实施本发明的煤层气井裸眼复合造穴方法步骤是相同的，因而，与本发明步骤相同和类似的煤层气井裸眼造穴方法，都属于本发明保护的范围。本发明的煤层气井裸眼复合造穴方法，将水力射流和机械式造穴技术的有效复合应用，可根据需要控制洞穴大小，降低造穴作业风险，满足煤层气钻井施工和高效开采的需要。
权利要求
1. 一种煤层气井裸眼复合造穴方法，主要包括如下步骤 第一步、煤层气井裸眼段的准备、清洁和水力射流工具检测确定煤层裸眼段造穴的深度位置，采用常规煤层钻进的方法，钻穿煤层，套管下至煤层段造穴的裸眼段上方；利用循环将煤层井眼的岩屑和煤屑清理干净，井眼内畅通无落物，无岩屑封堵和砂堵，确保造穴工具可达到井底；检测水力射流工具，保证射流工具各部件连接稳固和射流工具内流道通畅； 第二步、水力射流工具的下井水力射流工具下井时，由上至下的钻具组合为上部钻具+满眼扶正器+钻铤+满眼扶正器+钻铤+水力射流工具，配接上述的下井钻具，须保证在最接近套管下端位置安装有满眼扶正器，且保证水力射流工具能够下到煤层裸眼造穴段的底部； 第三步、水力射流造穴钻具将水力射流造穴工具送至煤层裸眼造穴段的底部，打开泥浆泵，并逐步增加排量，然后开始缓慢转动钻具，开始水力射流造穴，当循环出的煤屑基本干净后，上提钻具约 IOOmm 500mm，继续循环，射流造穴，直至最终上提至煤层裸眼造穴段的顶部； 第四步、水力射流工具的起出当完成上述水力射流造穴施工时，充分循环钻井液，清洗井眼，然后停泵，停泵后继续旋转钻具3至5分钟，然后缓慢上提钻具，起出水力射流造穴工具； 第五步、确定机械造穴工具，配接钻具根据钻井现场实际情况，选择确定机械造穴工具的节流装置喷嘴的大小和泥浆泵排量，并根据要造穴地层的硬度和所需的洞穴直径，确定造穴的次数，调整的机械造穴工具各限位部件和伸缩活动部件的长度或行程；由上至下采用的配接钻具组合为上部钻杆+钻铤1根+机械造穴工具；第六步、机械造穴工具的钻台试验将机械造穴的配接钻具组合与方钻杆连接后，置于钻台面上，不得下入井口，开启钻井泵，试验机械造穴工具能否收放自如；机械造穴工具可以控制收放，则执行下一步，否则，重新换装或调整机械造穴工具及配接钻具组合，重复上一步骤或终止造穴进程； 第七步、下入机械造穴工具钻具组合清理井口，下入机械造穴工具钻具组合，下钻过程中严禁开泵循环泥浆，当钻具下到设计洞穴的底部；第八步、机械造穴缓慢开泵建立循环，并缓慢转动钻具，进行造穴作业，观察钻具扭矩表值，当扭矩陡增， 必须立即调整钻具转速或泥浆泵排量，以防损坏造穴工具刀杆机构，造成井下事故，当调整并确定适当的转速和泥浆排量，使得扭矩稳定时，此时扭矩值为扭矩稳定值，当钻具扭矩显著降低，并持续一段时间时，缓慢上提钻具，使扭矩增加到接近扭矩稳定值时，停止上提钻具并保持该上提力，继续造穴施工，当再次观察到钻具扭矩显著下降时，再次上提钻具，使钻具扭矩接近扭矩稳定值，如此反复操作，直到钻具上提距离达到设计的洞穴高度； 第九步、起出机械造穴工具、完成造穴作业当钻具上提距离达到设计的洞穴高度时，停泵，终止泥浆循环，缓慢转动钻具，并缓慢上提钻具，使造穴工具刀杆机构收回，起出钻具和造穴工具，造穴作业完成。
全文摘要
本发明涉及一种煤层气井裸眼复合造穴方法，主要用于煤层气井裸眼井段的扩孔作业或裸眼造洞穴作业，利用水力射流破坏煤层，降低机械造穴工具的作业强度；然后再利用机械工具对造穴段煤层进行修整，并扩大洞穴尺寸至设计值，就是在水力射流造穴的基础上，继续进行机械工具造穴，克服使用单一造穴方法时的缺陷和不足，满足煤层气井裸眼井段的扩孔作业或洞穴作业的需求，达到油气高效开采的目的。
文档编号E21B7/18GK102425371SQ20111034026
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者周俊然, 王益山, 董颖, 蒋海涛 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司