專利名稱：煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法，主要用于煤層氣井裸眼井段的擴(kuò)孔作業(yè)或裸眼造洞穴作業(yè)，滿足裸眼洞穴完井的需要，以實(shí)現(xiàn)煤層氣高效開采，屬于煤層氣的開采方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在國(guó)內(nèi)外煤層氣井開采中，采用的裸眼洞穴造穴技術(shù)主要有三種，即負(fù)壓造穴、水力射流造穴和機(jī)械工具造穴。負(fù)壓造穴技術(shù)，一般采用一部經(jīng)過特殊改造的鉆井或完井作業(yè)機(jī)穿透地層，通過配備的幾臺(tái)大功率的空壓機(jī)和旋轉(zhuǎn)頭以及地面復(fù)式管路系統(tǒng)，將大量空氣壓入井內(nèi)，通過多次的快速蹩壓和放噴，造成劇烈的井內(nèi)壓力激動(dòng)，使地層崩落形成洞穴。水力射流造穴技術(shù)是采用水力射流的原理，通過在鉆具下部連接特殊設(shè)計(jì)的水力噴射裝置，使循環(huán)鉆井液在地層產(chǎn)生水力射流沖割的作用，形成一定的洞穴。機(jī)械工具造穴技術(shù)一般是在原理上采用機(jī)械擴(kuò)眼方式，通過某種控制方式使造穴工具的刀桿張開，并在鉆具的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，切削地層形成滿足實(shí)際需要的洞穴。從以上三種造穴技術(shù)的設(shè)備和工藝的復(fù)雜程度及其應(yīng)用的效果來看，負(fù)壓造穴技術(shù)所需的工藝設(shè)備最為復(fù)雜，技術(shù)要求高， 操作難度大，危險(xiǎn)性大，安全性難于保證。水力射流造穴技術(shù)工藝和設(shè)備較為簡(jiǎn)單，但是應(yīng)用目前水力射流，難以確定能夠造出的洞穴的大小，通常是水力射流造穴技術(shù)造出的洞穴遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足油氣開采對(duì)洞穴的大小要求。機(jī)械工具造穴技術(shù)相對(duì)來說工藝和設(shè)備也比較簡(jiǎn)單，但是，對(duì)于煤層氣井的堅(jiān)硬產(chǎn)層，機(jī)械工具極易因鉆壓過大而變形，造穴工具無法提出，或者鉆壓未達(dá)到要求，致使工具無法打開，不能完成作業(yè)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法，即先利用水力射流破壞煤層，降低機(jī)械造穴工具的作業(yè)強(qiáng)度；然后再利用機(jī)械工具對(duì)造穴段煤層進(jìn)行修整，并擴(kuò)大洞穴尺寸至設(shè)計(jì)值，就是在水力射流造穴的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行機(jī)械工具造穴，克服使用單一造穴方法時(shí)的缺陷和不足，滿足煤層氣井裸眼井段的擴(kuò)孔作業(yè)或洞穴作業(yè)的需求，達(dá)到油氣高效開采的目的。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案，即一種煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法，主要包括如下步驟第一步、煤層氣井裸眼段的準(zhǔn)備、清潔和水力射流工具檢測(cè)確定煤層裸眼段造穴的深度位置，采用常規(guī)煤層鉆進(jìn)的方法，鉆穿煤層，套管下至煤層段造穴的裸眼段上方，利用循環(huán)將煤層井眼的巖屑和煤屑清理干凈，井眼內(nèi)暢通無落物，無巖屑封堵和砂堵，確保造穴工具可達(dá)到井底；檢測(cè)水力射流工具，保證射流工具各部件連接穩(wěn)固和射流工具內(nèi)流道通暢；第二步、水力射流工具的下井水力射流工具下井時(shí)，由上至下的鉆具組合為上部鉆具+滿眼扶正器+鉆鋌+滿眼扶正器+鉆鋌+水力射流工具，配接上述的下井鉆具，須保證在最接近套管下端位置安裝有滿眼扶正器，且保證水力射流工具能夠下到煤層裸眼造穴段的底部；第三步、水力射流造穴鉆具將水力射流造穴工具送至煤層裸眼造穴段的底部，打開泥漿泵，并逐步增加排量，然后開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，開始水力射流造穴，當(dāng)循環(huán)出的煤屑基本干凈后，上提鉆具約100 500mm，繼續(xù)循環(huán)，射流造穴，直至最終上提至煤層裸眼造穴段的頂部；第四步、水力射流工具的起出當(dāng)完成上述水力射流造穴施工時(shí)，充分循環(huán)鉆井液，清洗井眼，然后停泵，停泵后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆具3 5分鐘，然后緩慢上提鉆具，起出水力射流造穴工具；第五步、確定機(jī)械造穴工具，配接鉆具根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇確定機(jī)械造穴工具的節(jié)流裝置噴嘴的大小和泥漿泵排量，并根據(jù)要造穴地層的硬度和所需的洞穴直徑，確定造穴的次數(shù)，調(diào)整的機(jī)械造穴工具各限位部件和伸縮活動(dòng)部件的長(zhǎng)度或行程；由上至下采用的配接鉆具組合為上部鉆桿+ 鉆鋌1根+機(jī)械造穴工具；第六步、機(jī)械造穴工具的鉆臺(tái)試驗(yàn)將機(jī)械造穴的配接鉆具組合與方鉆桿連接后，置于鉆臺(tái)面上，不得下入井口，開啟鉆井泵，試驗(yàn)機(jī)械造穴工具能否收放自如；機(jī)械造穴工具可以控制收放，則執(zhí)行下一步，否則，重新?lián)Q裝或調(diào)整機(jī)械造穴工具及配接鉆具組合，重復(fù)上一步驟或終止造穴進(jìn)程；第七步、下入機(jī)械造穴工具鉆具組合清理井口，下入機(jī)械造穴工具鉆具組合，下鉆過程中嚴(yán)禁開泵循環(huán)泥漿，當(dāng)鉆具下到設(shè)計(jì)洞穴的底部；第八步、機(jī)械造穴緩慢開泵建立循環(huán)，并緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，進(jìn)行造穴作業(yè)，觀察鉆具扭矩表值，當(dāng)扭矩陡增，必須立即調(diào)整鉆具轉(zhuǎn)速或泥漿泵排量，以防損壞造穴工具刀桿機(jī)構(gòu)，造成井下事故， 當(dāng)調(diào)整并確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速和泥漿排量，使得扭矩穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)扭矩值為扭矩穩(wěn)定值，當(dāng)鉆具扭矩顯著降低，并持續(xù)一段時(shí)間時(shí)，緩慢上提鉆具，使扭矩增加到接近扭矩穩(wěn)定值時(shí)，停止上提鉆具并保持該上提力，繼續(xù)造穴施工，當(dāng)再次觀察到鉆具扭矩顯著下降時(shí)，再次上提鉆具，使鉆具扭矩接近扭矩穩(wěn)定值，如此反復(fù)操作，直到鉆具上提距離達(dá)到設(shè)計(jì)的洞穴的高度；第九步、起出機(jī)械造穴工具、完成造穴作業(yè)當(dāng)鉆具上提距離達(dá)到設(shè)計(jì)的洞穴的高度時(shí)，停泵，終止泥漿循環(huán)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具， 并緩慢上提鉆具，使造穴工具刀桿機(jī)構(gòu)收回，起出鉆具和造穴工具，造穴作業(yè)完成。本發(fā)明的煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法包括了水力射流工具造穴、機(jī)械造穴工具造穴兩個(gè)階段，施工中首先利用水力射流技術(shù)依靠高壓水射流破壞煤層，降低煤層膠結(jié)強(qiáng)度， 在松軟煤層的同時(shí)形成不規(guī)則的洞穴，然后利用機(jī)械造穴工具對(duì)造穴段煤層進(jìn)行強(qiáng)制造穴作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)煤層洞穴直徑達(dá)兩米，利于煤層氣高效開采。本方法解決了單純水力射流造穴，洞穴大小難以滿足需要難題，也克服了單使用大直徑機(jī)械造穴，造穴工具施工中極易變形的缺陷，通過水力射流和機(jī)械式造穴技術(shù)的有效復(fù)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煤層氣井造穴施工程序簡(jiǎn)單，操作安全、可靠，并可根據(jù)需要控制洞穴大小，降低煤層氣井裸眼造穴作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高煤層氣井裸眼造穴效率，滿足煤層氣鉆井施工和高效開采的需要。


圖1為水力射流造穴工具作業(yè)示意圖；圖1中產(chǎn)層15、水力射流造穴工具16。圖2為機(jī)械造穴工具作業(yè)示意圖；圖2中，上接頭1、主體2、活塞噴嘴3、活塞4、鉆井液進(jìn)出口 5、芯軸6、刀桿銷7、刀桿8、芯軸噴嘴9、芯軸銷10、連桿11、硬質(zhì)合金12、連桿銷13、鉆柱14、產(chǎn)層15。
具體實(shí)施例方式下面以D 152主井眼為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法予以進(jìn)一步說明，主要包括如下步驟第一步、煤層氣井裸眼段的準(zhǔn)備、清潔和水力射流工具檢測(cè)確定煤層裸眼段造穴的深度位置，即洞穴段的頂、底位置；采用常規(guī)煤層鉆進(jìn)的方法，鉆穿煤層，套管下至煤層段造穴的裸眼段上方，利用循環(huán)將煤層井眼的巖屑和煤屑清理干凈，井眼內(nèi)暢通無落物，無巖屑封堵和砂堵，確保造穴工具可達(dá)到井底；檢測(cè)水力射流工具，保證射流工具各部件連接穩(wěn)固和射流工具內(nèi)流道通暢；第二步、水力射流工具的下井水力射流工具下井時(shí)，由上至下的鉆具組合為D89鉆桿+滿眼扶正器1個(gè) +D101. 6鉆鋌1根+滿眼扶正器1個(gè)+D101. 6鉆鋌1根+D145水力射流造穴工具，保證在最接近套管下端位置安裝滿眼扶正器，并保證工具能夠下到造穴段的底部。第三步、水力射流造穴鉆具將水力射流造穴工具送至煤層裸眼造穴段的底部，打開泥漿泵，并逐步增加排量，然后開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，開始水力射流造穴，如圖1所示，當(dāng)循環(huán)出的煤屑基本干凈后，上提鉆具約100 500mm，繼續(xù)循環(huán)，射流造穴，直至最終上提至煤層裸眼造穴段的頂部；第四步、水力射流工具的起出當(dāng)完成上述水力射流造穴施工時(shí)，充分循環(huán)鉆井液，清洗井眼，然后停泵，停泵后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆具3 5分鐘，然后緩慢上提鉆具，起出水力射流造穴工具；第五步、確定機(jī)械造穴工具，配接鉆具根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇確定機(jī)械造穴工具，本實(shí)施例選用如圖2所示的D 145機(jī)械造穴工具，并據(jù)需要確定節(jié)流裝置噴嘴的大小和泥漿泵排量，并根據(jù)要造穴地層的硬度和所需的洞穴直徑，確定造穴的次數(shù)，調(diào)整的機(jī)械造穴工具各限位部件和伸縮活動(dòng)部件的長(zhǎng)度或行程；由上至下采用的配接鉆具組合為D89鉆桿+D101. 6鉆鋌1根+D145機(jī)械造穴工具；第六步、機(jī)械造穴工具的鉆臺(tái)試驗(yàn)將上述機(jī)械造穴的配接鉆具組合與方鉆桿連接后，置于鉆臺(tái)面上，不得下入井口， 開啟鉆井泵，試驗(yàn)機(jī)械造穴工具能否收放自如；機(jī)械造穴工具可以控制收放，則執(zhí)行下一步，否則，重新?lián)Q裝或調(diào)整機(jī)械造穴工具及配接鉆具組合，重復(fù)上一步驟或終止造穴進(jìn)程；
第七步、下入機(jī)械造穴工具鉆具組合清理井口，下入機(jī)械造穴工具鉆具組合，下鉆過程中嚴(yán)禁開泵循環(huán)泥漿，當(dāng)鉆具下到設(shè)計(jì)洞穴的底部；第八步、機(jī)械造穴緩慢開泵建立循環(huán)，并緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，進(jìn)行造穴作業(yè)，觀察鉆具扭矩表值，當(dāng)扭矩陡增，必須立即調(diào)整鉆具轉(zhuǎn)速或泥漿泵排量，以防損壞造穴工具刀桿機(jī)構(gòu)，造成井下事故， 當(dāng)調(diào)整并確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速和泥漿排量，使得扭矩穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)扭矩值為扭矩穩(wěn)定值，當(dāng)鉆具扭矩顯著降低，并持續(xù)一段時(shí)間時(shí)，緩慢上提鉆具，使扭矩增加到接近扭矩穩(wěn)定值時(shí)，停止上提鉆具并保持該上提力，繼續(xù)造穴施工，當(dāng)再次觀察到鉆具扭矩顯著下降時(shí)，再次上提鉆具，使鉆具扭矩接近扭矩穩(wěn)定值，如此反復(fù)操作，直到鉆具上提距離達(dá)到設(shè)計(jì)的洞穴的高度；第九步、起出機(jī)械造穴工具、完成造穴作業(yè)當(dāng)鉆具上提距離達(dá)到設(shè)計(jì)的洞穴的高度時(shí)，停泵，終止泥漿循環(huán)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具， 并緩慢上提鉆具，使造穴工具刀桿機(jī)構(gòu)收回，起出鉆具和造穴工具，造穴作業(yè)完成。同樣道理，對(duì)于其它不同井眼類型，只是采用的工具的類型、型號(hào)和設(shè)計(jì)確定的施工參數(shù)不同，而實(shí)施本發(fā)明的煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法步驟是相同的，因而，與本發(fā)明步驟相同和類似的煤層氣井裸眼造穴方法，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明的煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法，將水力射流和機(jī)械式造穴技術(shù)的有效復(fù)合應(yīng)用，可根據(jù)需要控制洞穴大小，降低造穴作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，滿足煤層氣鉆井施工和高效開采的需要。
權(quán)利要求
1. 一種煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法，主要包括如下步驟 第一步、煤層氣井裸眼段的準(zhǔn)備、清潔和水力射流工具檢測(cè)確定煤層裸眼段造穴的深度位置，采用常規(guī)煤層鉆進(jìn)的方法，鉆穿煤層，套管下至煤層段造穴的裸眼段上方；利用循環(huán)將煤層井眼的巖屑和煤屑清理干凈，井眼內(nèi)暢通無落物，無巖屑封堵和砂堵，確保造穴工具可達(dá)到井底；檢測(cè)水力射流工具，保證射流工具各部件連接穩(wěn)固和射流工具內(nèi)流道通暢； 第二步、水力射流工具的下井水力射流工具下井時(shí)，由上至下的鉆具組合為上部鉆具+滿眼扶正器+鉆鋌+滿眼扶正器+鉆鋌+水力射流工具，配接上述的下井鉆具，須保證在最接近套管下端位置安裝有滿眼扶正器，且保證水力射流工具能夠下到煤層裸眼造穴段的底部； 第三步、水力射流造穴鉆具將水力射流造穴工具送至煤層裸眼造穴段的底部，打開泥漿泵，并逐步增加排量，然后開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，開始水力射流造穴，當(dāng)循環(huán)出的煤屑基本干凈后，上提鉆具約 IOOmm 500mm，繼續(xù)循環(huán)，射流造穴，直至最終上提至煤層裸眼造穴段的頂部； 第四步、水力射流工具的起出當(dāng)完成上述水力射流造穴施工時(shí)，充分循環(huán)鉆井液，清洗井眼，然后停泵，停泵后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆具3至5分鐘，然后緩慢上提鉆具，起出水力射流造穴工具； 第五步、確定機(jī)械造穴工具，配接鉆具根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇確定機(jī)械造穴工具的節(jié)流裝置噴嘴的大小和泥漿泵排量，并根據(jù)要造穴地層的硬度和所需的洞穴直徑，確定造穴的次數(shù)，調(diào)整的機(jī)械造穴工具各限位部件和伸縮活動(dòng)部件的長(zhǎng)度或行程；由上至下采用的配接鉆具組合為上部鉆桿+鉆鋌1根+機(jī)械造穴工具；第六步、機(jī)械造穴工具的鉆臺(tái)試驗(yàn)將機(jī)械造穴的配接鉆具組合與方鉆桿連接后，置于鉆臺(tái)面上，不得下入井口，開啟鉆井泵，試驗(yàn)機(jī)械造穴工具能否收放自如；機(jī)械造穴工具可以控制收放，則執(zhí)行下一步，否則，重新?lián)Q裝或調(diào)整機(jī)械造穴工具及配接鉆具組合，重復(fù)上一步驟或終止造穴進(jìn)程； 第七步、下入機(jī)械造穴工具鉆具組合清理井口，下入機(jī)械造穴工具鉆具組合，下鉆過程中嚴(yán)禁開泵循環(huán)泥漿，當(dāng)鉆具下到設(shè)計(jì)洞穴的底部；第八步、機(jī)械造穴緩慢開泵建立循環(huán)，并緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，進(jìn)行造穴作業(yè)，觀察鉆具扭矩表值，當(dāng)扭矩陡增， 必須立即調(diào)整鉆具轉(zhuǎn)速或泥漿泵排量，以防損壞造穴工具刀桿機(jī)構(gòu)，造成井下事故，當(dāng)調(diào)整并確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速和泥漿排量，使得扭矩穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)扭矩值為扭矩穩(wěn)定值，當(dāng)鉆具扭矩顯著降低，并持續(xù)一段時(shí)間時(shí)，緩慢上提鉆具，使扭矩增加到接近扭矩穩(wěn)定值時(shí)，停止上提鉆具并保持該上提力，繼續(xù)造穴施工，當(dāng)再次觀察到鉆具扭矩顯著下降時(shí)，再次上提鉆具，使鉆具扭矩接近扭矩穩(wěn)定值，如此反復(fù)操作，直到鉆具上提距離達(dá)到設(shè)計(jì)的洞穴高度； 第九步、起出機(jī)械造穴工具、完成造穴作業(yè)當(dāng)鉆具上提距離達(dá)到設(shè)計(jì)的洞穴高度時(shí)，停泵，終止泥漿循環(huán)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，并緩慢上提鉆具，使造穴工具刀桿機(jī)構(gòu)收回，起出鉆具和造穴工具，造穴作業(yè)完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤層氣井裸眼復(fù)合造穴方法，主要用于煤層氣井裸眼井段的擴(kuò)孔作業(yè)或裸眼造洞穴作業(yè)，利用水力射流破壞煤層，降低機(jī)械造穴工具的作業(yè)強(qiáng)度；然后再利用機(jī)械工具對(duì)造穴段煤層進(jìn)行修整，并擴(kuò)大洞穴尺寸至設(shè)計(jì)值，就是在水力射流造穴的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行機(jī)械工具造穴，克服使用單一造穴方法時(shí)的缺陷和不足，滿足煤層氣井裸眼井段的擴(kuò)孔作業(yè)或洞穴作業(yè)的需求，達(dá)到油氣高效開采的目的。
文檔編號(hào)E21B7/18GK102425371SQ20111034026
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者周俊然, 王益山, 董穎, 蔣海濤 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司