開發煤層氣需要什麼鑽井設備

A. 請問鑽井都需要哪些設備，怎樣才能以最快、最好的時間完成鑽井

如果只是鑽井的話，海上不知道，但是在陸地上鑽井工作區域可以分為鑽台，機房，發電房，如果是電動的話，就是機電房，泥漿灌區，泵房這向個大類，要是細說設備可多的
機房：柴油機，發電機，VFD房，壓風機，氣瓶等
鑽台：絞車，轉盤，風動絞車，B型鉗，液壓盤剎站，液氣鉗，機鑽房及各種儀表等等
泥漿罐區：罐，攪拌器，振動篩，除砂除泥器，加重泵，剪切泵，液面尺，砂泵等等
泵房：主要是泥漿泵及地面管匯，
此外還有井控裝備，及井下工具及鑽井工具，東西太多就不一一例舉了，你可以上網搜，
至於最快，最好的時間完成鑽井，呵呵 ，這個不好說，總的來說一個原則不要出事，只要不出井下事故復雜，一般都還可以，另外就是選用好工具，至於工具選擇除了鑽頭，其它的都是公司會根據情況配的，井隊只是用就行了，因為選擇工具關繫到費用的問題，像國外的就要比較國內的好處很多，時間可能是國內使用時間的二倍，三倍，可是費用也很高，一般有時候用不起。最後多了解鄰井的情況，看看別人是怎麼乾的，心理有個底，這樣的話，一般也不會慢。

B. 煤層氣開采需要什麼主要設備

主要流程是-鑽井，壓裂。排采，排采主要採用小型磕頭機，4型抽油機，或者是採用螺桿泵抽采。不清楚的繼續提問，提高點分，這是知識。

C. 空氣潛孔錘鑽井工藝在煤層氣開發中的應用

孫建平

（中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011）

摘要 空氣潛孔錘鑽井工藝採用壓縮空氣作為動力兼循環介質，驅動潛孔錘工作，在煤層氣井施工中實現欠平衡鑽井，能提高鑽井效率，降低煤層氣開發成本，減少對煤儲層的傷害。

關鍵詞 空氣潛孔錘 鑽井 煤層氣

Application of Air-flush Hammer Drilling Technology in CBM Development

Sun JianPing

（China United Coalbed Methane Corp.，Beijing 100011）

Abstract：The air-flush hammer drilling technology uses compressed air as the power and circulation medium to drive working of the hammer，which can realize under balance drilling of CBM，enhance drilling efficiency，lower development cost and relieve the damage to coal reservoirs.

Keywords：Air-flush Hammer Drilling；Drilling；CBM

前言

空氣潛孔錘鑽井工藝是一種以壓縮空氣作為動力介質，驅動潛孔錘工作的欠平衡鑽井工藝。在國外鑽井施工中，由於空氣潛孔錘鑽井工藝具有鑽井速度快，對儲層的傷害小的特點，得到了廣泛利用。空氣潛孔錘鑽井工藝適用於鑽井直徑102～311mm，鑽井深度小於1000m，地質條件相對簡單的鑽井。煤層氣井一般設計深度在300～1000m之間，生產套管直徑多為139.72mm，地質條件相對簡單，對儲層保護要求高，非常利於空氣潛孔錘鑽井工藝的推廣使用。為了在煤層氣開發中縮短建井周期，降低建井成本，克服丘陵地區設備搬遷困難，中聯煤層氣公司在山西沁水潘河項目煤層氣鑽井工程中引進了兩台T685WS空氣潛孔錘鑽機進行施工，取得了較好的效果。

1 空氣潛孔錘鑽井工藝原理

空氣潛孔錘鑽井工藝是一種以壓縮空氣作為動力介質，驅動潛孔錘工作的欠平衡鑽井工藝。壓縮空氣兼做洗井介質，將井底岩屑攜帶至地面。在岩石硬度較大的地層中鑽進時，空氣潛孔錘鑽井工藝與常規鑽井工藝相比，能大大提高鑽井效率。空氣潛孔錘鑽井效率高，有以下幾個有利因素：

（1）作用在潛孔鑽頭切削刃具上的載荷為沖擊載荷，接觸應力瞬時可達極高值，應力集中，促進岩石裂隙發育。

（2）切削刃具磨損減少。

（3）沖擊頻率高，有利於岩石破碎。

（4）井底干凈，最大限度地減少了重復破碎。

2 空氣潛孔錘鑽井工藝的特點

與常規鑽井工藝相比，空氣潛孔錘鑽井工藝具有以下特點：

（1）鑽進效率高。在潘河項目鑽井施工中，鑽進基岩平均鑽速達到了240m/d。

（2）設備數量少，易於搬遷，非常適合丘陵地區施工。

（3）對儲層傷害較小。由於鑽井時採用空氣或空氣泡沫作為鑽井液循環介質，井內鑽井液壓力遠低於地層壓力，實現了欠平衡鑽井；另外，由於空氣潛孔錘鑽進時，岩屑顆粒大，井底干凈，大大減少了固相顆粒進入儲層的可能。因此，空氣潛孔錘鑽井工藝能減少對儲層的傷害。

（4）利於岩屑錄井。採用空氣潛孔錘鑽井工藝鑽進時，岩石破碎機理主要是依靠高頻率沖擊形成體積破碎，岩屑顆粒大，由於岩屑上返速度快，遲到時間極小，非常利於岩屑錄井。

（5）對環境污染小。空氣或空氣泡沫中不添加任何化學試劑，岩屑上返至地面後，固相、液相及氣相迅速分離，基本上不存在鑽井液污染。

3 空氣潛孔錘鑽井工藝的適用范圍

空氣潛孔錘鑽井工藝的推廣使用主要受制於鑽井井徑及地質、水文條件。

3.1 鑽井井徑

空氣潛孔錘鑽井工藝攜帶岩粉的能力主要取決於空氣上返速度，鑽井外環空間過大時岩粉上返困難，因此空氣潛孔錘鑽井通常廣泛用於井徑400mm以下的鑽井施工。目前，國外公司通過增加空氣壓縮機風量、風壓，開始將空氣潛孔錘鑽井工藝用於井徑400～600mm的鑽井施工。

3.2 地質條件

空氣潛孔錘鑽井工藝最適宜鑽進粗粒而不均勻的地層，在6～9級岩石中鑽進效果尤為突出。鑽進裂隙發育的地層時，往往由於空氣漏失，風壓下降，鑽進速度相對降低。

3.3 水文條件

空氣潛孔錘鑽井時，空氣快速上返造成井內液注壓力遠小於地層壓力，形成抽水現象，如水量大於10m³/h，鑽速將大大下降。

3.4 鑽井深度

鑽井深度超過1000m時，由於受風壓機風壓、風量的限制，岩粉返排困難，空氣潛孔錘鑽井工藝鑽進效率低於常規鑽井工藝效率。

4 空氣潛孔錘鑽井工藝主要鑽進參數的選擇

影響空氣潛孔錘鑽井速度的參數主要是軸向壓力、回轉速度、沖擊功及沖擊頻率等。對於不同硬度的岩石，參數的選擇差異較大。鑽進硬度小的岩石時，鑽進參數應主要滿足回轉切削碎岩的要求；鑽進堅硬但膠結不好的岩石時，鑽進參數應滿足沖擊碎岩的需要，以形成體積破碎；鑽進堅硬緻密的岩石時，鑽進參數則應滿足沖擊和回轉兩種碎岩作用。

5 工程實例

在山西沁南潘河煤層氣項目施工中，空氣潛孔錘鑽井工藝得到了大規模的推廣使用。

5.1 潘河項目煤層氣井鑽井工程概況

潘河煤層氣井主要布置在沁水盆地潘庄1號井田，一期工程第一階段共布置煤層氣井40口，目標煤層為3^＃煤層，厚度約6m。該區鑽井設計井深 300～520m，採用直徑139.72mm生產套管完井，布井間距300m。該區煤層穩定，構造簡單，但地形起伏較大，不適於大型設備搬遷。為減少井場佔地面積，提高鑽井速度，並降低對煤儲層的傷害，引進了兩台T685WS空氣潛孔錘鑽機進行施工。

5.2 T685WS 空氣潛孔錘鑽機主要配置及性能

T685WS空氣潛孔錘鑽機是美國Schumm公司生產的車載頂驅鑽機，車身長15m，寬2.3m，自重30t，主要配置如下：

5.2.1 動力系統。主發動機為康明斯QSK-19型，功率563kW，由曲軸前法蘭盤向液壓泵提供動力，從飛輪一端驅動空壓機。

5.2.2 回轉及提升給進系統。由全自動液壓動力頭驅動，最大提升能力45t，最大扭矩12045N·m，轉速0～143r/min無極調速。該鑽機頂驅動力頭既可加壓給進，也可通過上提鑽具減壓給進。

5.2.3 井架結構。井架為焊接的巨型鋼管結構，最大提升高度11.80m。井架底部的滑塊箱內有用於114mm、203mm、368mm標准鑽具的滑塊套子。井架底部最大開口直徑為711mm。

5.2.4 空壓機系統。該鑽機配置兩擋油淹沒旋轉螺桿空壓機，配有空氣釋放控制裝置。空壓機最大排量36m³/min，最大排放壓力2.4Pa，並配有外接空壓機、增壓機介面。

5.2.5 操作系統。該鑽機回轉及提升給進系統操作手柄集中，可根據井內情況調節給進壓力、轉速。該鑽機還配有起加卸鑽具、套管的專用快繩。

5.3 空氣潛孔錘鑽井工藝使用情況

在潘河一期40口鑽井施工中，有30口鑽井採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工。鑽井結構均為一開井徑311mm，二開井徑215.9mm。在施工中，全井採用英格索爾-蘭德公司生產的DHD系列無閥風動沖擊器鑽進。

5.3.1 鑽進參數的選擇。T685WS空氣潛孔錘鑽機常規配備的風壓機出口壓力為2.4MPa，風量為36m³/h。採用鑽進參數見表1。

表2 井身質量統計表

採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工煤層氣井時，由於空氣上返速度快，非常利於攜帶岩屑，避免了重復破碎，岩屑顆粒較大，能大大降低地質錄井工作難度。在施工的30口井中，岩性剖面符合率達95%以上，煤層深度誤差小於0.4m。

在保護儲層不受傷害方面，空氣潛孔錘鑽井工藝主要採用欠平衡鑽進，井內液柱壓力遠低於地層壓力，對煤儲層傷害遠小於常規鑽井工藝。

5.3.4 經濟效益分析。採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工時，施工設備數量少，非常利於搬遷，且鑽進速度快，能大大提高經濟效益。在潘河項目施工中，採用常規鑽井工藝施工時，單井施工成本約為42萬～45萬元；採用空氣潛孔錘鑽井工藝施工時，單井成本約為37萬～40萬元。

6 空氣潛孔錘鑽井工藝推廣使用的建議

在潘河項目煤層氣開發中，空氣潛孔錘鑽井工藝第一次在國內得到了大規模推廣使用。從使用效果看，空氣潛孔錘鑽井工藝能降低煤層氣開采成本，確保井身質量，減少對煤儲層的傷害，從而加快煤層氣開發進程。但潛孔錘鑽井工藝是否能對增加煤層氣井產能有積極作用，還要經過開采過程的驗證。

D. 水平鑽井工藝技術在晉城煤層氣中應用實踐

張正修¹郭丙政²商敬秋¹孫建平²黃尊靈¹盧忠良¹鍾明¹

（1.山東省煤田地質局第二勘探隊 山東嘉祥 272400）

（2.中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011）

作者簡介：張正修，1956年生，男，山東省嘉祥縣人，工程師，山東省煤田地質局二隊隊長，從事鑽探施工管理工作。

摘要 煤層氣水平井是增加煤層氣井產量及降低開采成本的有效途徑。在中聯煤層氣有限責任公司山西晉城煤層氣項目開發中，採用車載鑽機，引用無線隨鑽（MWD）技術、綜合地質錄井方法成功實施了國內第一批15^＃煤層水平井。煤層氣水平井技術主要包括軌跡設計與控制、目標煤層著陸、儲層保護、完井技術等。

關鍵詞 水平井 煤層氣 軌跡控制 鑽井液

Practice for Application of Horizontal Drilling Technique in Jinche ng CBM Field

Zhang Zhengxiu¹，Guo Bingzheng²，Shang Jingqiu¹，Sun JianPing²，Huang Zunling¹，Lu Zhongliang¹，Zhong Ming¹

（1.Team No.2，Shandong Bureau of Coal Geology，Jiaxiang 272400；2.China United Coalbed Methane CorP.Ltd.，Beijing 100011）

Abstract：Horizontal drilling in coalbed methane field provides an effective technique to both increase gas proction rate for single well and decrease the cost of development.Using truck-mounted drilling rig，together with the advanced wireless Measure-While-Drilling（MWD）tools and comprehensive geological logging methods，CUCBMsuccessfully drilled several horizontal wells，which is the first group of wells drilled in China and they kept hole extending within coal 15＃.CBM Horizontal drilling technique mainly consists of well design，wellbore extending track inspection and control，landing in the goal coal seam，formation protection and completion method，etc.

Keywords：Horizontal drilling；CBM；extending track control；drilling fluid

1 概述

1.1 煤層氣鑽井的現狀

據預測，我國煤層氣的資源量居世界第三位，是煤層氣資源大國。近兩年，隨著石油價格的上漲，油氣及煤層氣的開發利用顯得越來越重要；同時，煤礦重大安全事故的接連發生使地面開採煤層氣的呼聲日益高漲。鑒於上述情況，國家政策對煤層氣開採的支持力度明顯增強，煤層氣的勘探開發也因之得到了迅速發展。2002年前的10年時間內，全國共完成216口各類煤層氣井，全部採用常規直井鑽井技術。而2005年一年完成的工程量已超過了2002年前10年的總和，鑽井類型也已向叢式井、造穴井及水平井、多分支水平井發展。

1.2 水平井是增加煤層氣井產量的必然方向

在美國煤層氣的開發中，水平井的施工及完井技術的成功使煤層氣的產量大大提高，使美國的煤層氣產業得到了空前發展。分析我國煤層氣的具體賦存條件，我國煤層普遍存在低壓、低滲和低飽和的特性，一般採用直井壓裂技術，單井產量在1000～3500m³/d。利用直井開發煤層氣，存在佔地多、投資大、投資回收期長、經濟效益低等缺點，嚴重製約了我國煤層氣開發速度。近兩年，我國的煤層氣鑽井領域採用石油部門的鑽井設備及石油水平井的鑽井技術，利用美國先進的儀器設備及人員服務，成功地施工了多分支水平井，取得了較好的效果。但由於工程造價較高，在我國快速推廣有一定難度。

中聯煤層氣有限責任公司在實施潘河示範項目一期工程和端氏項目多分支水平井的基礎上，深入總結沁南地區鑽井完井技術、壓裂增產技術，針對15號煤層單井產能低的問題，按照由簡單到復雜的原則，提出了在潘河示範項目區內利用水平井技術開發15煤的試驗，以期掌握並擁有自主知識產權的煤層氣水平井技術。因此，在中聯煤層氣有限責任公司和山東煤田地質局二隊的共同努力下，由山東煤田地質局二隊負責關鍵設備的配套並組織施工，在晉城潘河示範項目區內15^＃煤層中成功地實施了兩口水平井（PHH-001，PHH-002），取得了一定的經驗，達到了鑽井設計目標。

2 設備選擇

2.1 鑽機選擇

我國煤層氣水平井主井眼井深一般在2000m以內。水平段一般不超過1500m。水平段超過1500m時，對設備要求高，施工難度加大，施工成本會大大增加。施工水平井，一般要選用頂驅能力在100t以上的鑽機。國內目前施工水平井的頂驅鑽機，最小能力250t，施工成本高。晉城地區煤層埋深較淺，3^＃煤層埋深一般在300～350m左右，15^＃煤層在400～450m范圍內。根據我隊現有設備的情況，選擇了T130XD鑽機。

T130XD頂驅車載鑽機主動力760馬力，名義鑽井深度1900m（311mm井徑，114mm鑽桿）。提升能力60t，頂驅給進能力14.5t，扭矩12kN·m，車載空壓機2.4MPa，排量38m³/min。鑽台可升起2.41m，因此能夠直接安裝防噴器。

該鑽機搬遷安裝極為方便，提升、回轉能力均能滿足煤層氣水平井施工的需要。該鑽機既可使用常規鑽井液鑽進，也可使用空氣鑽井。特別是該鑽機接單根用時很短，一般不超過1分鍾，有效地減少了接單根時因停泵造成的井下復雜的幾率。

2.2 隨鑽儀器選擇

在實際施工中，採用不同角度的彎接頭或彎螺桿鑽進，RST-48型無線隨鑽系統的電子探管將井底參數通過泥漿傳輸至地面，遠程計算機系統將泥漿脈沖進行解析後反饋給軌跡控制人員，軌跡控制人員通過採用滑動鑽進、復合鑽進、調整工具面、選擇鑽具造斜率等手段進行鑽井軌跡控制。

2.3 專用鑽具選擇

根據設計要求，選擇了兩種規格的單彎馬達4根、兩種規格的無磁鑽鋌4根、穩定器2根、隨鑽震擊器1件以及加重鑽桿4根。

3 水平井工藝技術

3.1 水平井的井眼軌跡設計

根據國內外施工水平井的經驗，設計的基本原則是：在充分了解地質資料的情況下，設計剖面應盡量避開可能的復雜地層，縮短增斜井段的水平位移，縮短增斜井段的長度，減少增斜及水平段扭矩的摩阻。為了確保在預計深度進入靶區，增加可調節的穩斜段。

3.1.1 增斜段設計

15號煤層薄，結構相對復雜，軌跡控制中調整頻繁、難度大，設計中要求做到：

（1）詳細了解地質構造、地層傾角、可鑽性等情況，結合鄰井地質、鑽井、測井資料、卡准煤層位置、准確地設計靶區。

（2）設計造斜率應適當低於動力鑽具結合的造斜能力，縮短動力鑽具定向鑽井井段，增長導向鑽進井段，確保井眼的平滑、安全。

（3）優化剖面結構，最大限度減少摩阻和扭矩，為後期水平段施工提供安全基礎。

3.1.2 水平段的設計

掌握煤層的厚度、傾角、走向及煤層頂底板的岩性和地層的構造情況，盡量減少調整段。

對水平井的長度的設計，從理論上講，水平段的長度越長越好，水平段長度的增加受到工程技術及煤層地質條件、煤質等多因素的限制，一般根據預測的施工長度及施工中遇到的具體情況決定水平井的最佳長度。

3.2 鑽具組合

（1）直井段：一般選用塔式鑽具組合。

（2）造斜增斜段：採用了單彎螺桿造斜。

（3）水平段：優化鑽具組合，使用短無磁鑽鋌及無磁扶正器，縮短隨鑽測量儀器與鑽頭的位置距離，盡量選擇造斜能力強的鑽具組合，以便及時調整鑽井軌跡。

在施工中，為保證井壁圓滑規則，減少工程風險，盡量增大復合鑽進的比例。

通過兩口水平井的實踐，鑽頭+導向馬達+無磁鑽鋌+MWD短節+抗壓縮鑽桿+鑽桿的鑽具組合，應用效果較好。

3.3 動力鑽具選擇

為了適合軟及中硬地層，選擇了中轉速中扭矩馬達。

3.4 鑽頭的選擇

二開造斜段選擇HJ517L鑽頭，三開水平段選擇PDC鑽頭。

3.5 鑽井液的選擇

煤層氣井施工時，煤儲層保護極為關鍵。在本次鑽井中，主要採用清水鑽進，嚴格控制鑽井液固相含量、比重，井內岩粉較多時，通過泵入高粘無污染鑽井液排出岩粉，既保證了井內安全，又防止了儲層污染。

3.6 軌跡控制技術

水平井的井眼軌跡控制技術是水平鑽井成套技術中的關鍵環節，總的要求是具有一定的控制精度，具有較強的應變能力，具有較高的預測准確度，達到較穩、較快的施工水平。

3.6.1 彎馬達的選擇

根據軌跡全形變化率選擇相對應的彎馬達，見下表：

單彎馬達造斜率

單彎馬達的造斜率與地質構造及現場施工參數有關，不同的地層和施工參數造斜率不同，在實際施工中，選擇馬達的造斜率應大於設計造斜率。

3.6.2 著陸軌道控制

（1）著陸點應在水平預計點前部小於20m。

（2）著陸前下入LWD，對鑽進地層進行自然伽馬跟蹤，通過氣測錄井、鑽時錄井、地質錄井，確保著陸准確，並在煤層中鑽進。

4 工程成果

PHH-001水平井共完成主井眼一個、分支井眼2個，完成鑽井總進尺1678m，其中6寸井眼進尺1056m，15^＃煤層段進尺1050m，現場評定煤層鑽遇率93.1%。主井眼軌跡控制達到設計要求，分支井軌跡控制較差，但通過增加進尺，確保了該井控制面積。實際建井周期46.42d。

PHH-002水平井共完成主井眼一個、分支井眼5個，完成鑽井總進尺2624m，其中6寸井眼進尺2047m，15^＃煤層段進尺2030m，現場評定煤層鑽遇率80.7%。實際建井周期33.67d。

5 經驗與建議

通過兩口水平井的施工，取得了以下經驗：

（1）及時測斜、准確計算、跟蹤作圖是保證井身軌跡的關鍵。使用MWD能准確掌握井身軌跡的變化情況，使軌跡得到有效控制。

（2）在鑽井過程中，隨時觀察扭矩、泵壓的變化，發現問題及時分析、解決。

（3）根據馬達的使用特性和鑽井要求，確保馬達的排量和使用要求。按照馬達的水平推力和鑽壓平衡圖，選擇最優的鑽壓，確保馬達在平衡狀態下工作。

（4）使用柔性鑽具組合，以加重鑽桿替代鑽鋌。

（5）正常鑽進時，密切關注拉力變化，發現問題及時上提鑽具或短起下。

（6）為保證在煤層中鑽進，採用伽馬值監測、氣測錄井、鑽時及岩屑錄井的綜合分析手段，及時進行軌跡調整。

（7）15^＃煤平均厚度只有3m左右，遇到地層突變時很容易穿到頂底板，由於水平井施工的特殊性，鑽井軌跡不能很快調整到煤層中，會導致煤層穿透率降低，影響產能。因此合理布置井位、優化主井眼及分支井眼方位是水平井成功的關鍵。

在完井技術方面應盡快推廣篩管完井技術，以保證水平井的穩定產能。