开发煤层气需要什么钻井设备

A. 请问钻井都需要哪些设备，怎样才能以最快、最好的时间完成钻井

如果只是钻井的话，海上不知道，但是在陆地上钻井工作区域可以分为钻台，机房，发电房，如果是电动的话，就是机电房，泥浆灌区，泵房这向个大类，要是细说设备可多的
机房：柴油机，发电机，VFD房，压风机，气瓶等
钻台：绞车，转盘，风动绞车，B型钳，液压盘刹站，液气钳，机钻房及各种仪表等等
泥浆罐区：罐，搅拌器，振动筛，除砂除泥器，加重泵，剪切泵，液面尺，砂泵等等
泵房：主要是泥浆泵及地面管汇，
此外还有井控装备，及井下工具及钻井工具，东西太多就不一一例举了，你可以上网搜，
至于最快，最好的时间完成钻井，呵呵 ，这个不好说，总的来说一个原则不要出事，只要不出井下事故复杂，一般都还可以，另外就是选用好工具，至于工具选择除了钻头，其它的都是公司会根据情况配的，井队只是用就行了，因为选择工具关系到费用的问题，像国外的就要比较国内的好处很多，时间可能是国内使用时间的二倍，三倍，可是费用也很高，一般有时候用不起。最后多了解邻井的情况，看看别人是怎么干的，心理有个底，这样的话，一般也不会慢。

B. 煤层气开采需要什么主要设备

主要流程是-钻井，压裂。排采，排采主要采用小型磕头机，4型抽油机，或者是采用螺杆泵抽采。不清楚的继续提问，提高点分，这是知识。

C. 空气潜孔锤钻井工艺在煤层气开发中的应用

孙建平

（中联煤层气有限责任公司 北京 100011）

摘要 空气潜孔锤钻井工艺采用压缩空气作为动力兼循环介质，驱动潜孔锤工作，在煤层气井施工中实现欠平衡钻井，能提高钻井效率，降低煤层气开发成本，减少对煤储层的伤害。

关键词 空气潜孔锤 钻井 煤层气

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

空气潜孔锤钻井工艺是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺。在国外钻井施工中，由于空气潜孔锤钻井工艺具有钻井速度快，对储层的伤害小的特点，得到了广泛利用。空气潜孔锤钻井工艺适用于钻井直径102～311mm，钻井深度小于1000m，地质条件相对简单的钻井。煤层气井一般设计深度在300～1000m之间，生产套管直径多为139.72mm，地质条件相对简单，对储层保护要求高，非常利于空气潜孔锤钻井工艺的推广使用。为了在煤层气开发中缩短建井周期，降低建井成本，克服丘陵地区设备搬迁困难，中联煤层气公司在山西沁水潘河项目煤层气钻井工程中引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机进行施工，取得了较好的效果。

1 空气潜孔锤钻井工艺原理

空气潜孔锤钻井工艺是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺。压缩空气兼做洗井介质，将井底岩屑携带至地面。在岩石硬度较大的地层中钻进时，空气潜孔锤钻井工艺与常规钻井工艺相比，能大大提高钻井效率。空气潜孔锤钻井效率高，有以下几个有利因素：

（1）作用在潜孔钻头切削刃具上的载荷为冲击载荷，接触应力瞬时可达极高值，应力集中，促进岩石裂隙发育。

（2）切削刃具磨损减少。

（3）冲击频率高，有利于岩石破碎。

（4）井底干净，最大限度地减少了重复破碎。

2 空气潜孔锤钻井工艺的特点

与常规钻井工艺相比，空气潜孔锤钻井工艺具有以下特点：

（1）钻进效率高。在潘河项目钻井施工中，钻进基岩平均钻速达到了240m/d。

（2）设备数量少，易于搬迁，非常适合丘陵地区施工。

（3）对储层伤害较小。由于钻井时采用空气或空气泡沫作为钻井液循环介质，井内钻井液压力远低于地层压力，实现了欠平衡钻井；另外，由于空气潜孔锤钻进时，岩屑颗粒大，井底干净，大大减少了固相颗粒进入储层的可能。因此，空气潜孔锤钻井工艺能减少对储层的伤害。

（4）利于岩屑录井。采用空气潜孔锤钻井工艺钻进时，岩石破碎机理主要是依靠高频率冲击形成体积破碎，岩屑颗粒大，由于岩屑上返速度快，迟到时间极小，非常利于岩屑录井。

（5）对环境污染小。空气或空气泡沫中不添加任何化学试剂，岩屑上返至地面后，固相、液相及气相迅速分离，基本上不存在钻井液污染。

3 空气潜孔锤钻井工艺的适用范围

空气潜孔锤钻井工艺的推广使用主要受制于钻井井径及地质、水文条件。

3.1 钻井井径

空气潜孔锤钻井工艺携带岩粉的能力主要取决于空气上返速度，钻井外环空间过大时岩粉上返困难，因此空气潜孔锤钻井通常广泛用于井径400mm以下的钻井施工。目前，国外公司通过增加空气压缩机风量、风压，开始将空气潜孔锤钻井工艺用于井径400～600mm的钻井施工。

3.2 地质条件

空气潜孔锤钻井工艺最适宜钻进粗粒而不均匀的地层，在6～9级岩石中钻进效果尤为突出。钻进裂隙发育的地层时，往往由于空气漏失，风压下降，钻进速度相对降低。

3.3 水文条件

空气潜孔锤钻井时，空气快速上返造成井内液注压力远小于地层压力，形成抽水现象，如水量大于10m³/h，钻速将大大下降。

3.4 钻井深度

钻井深度超过1000m时，由于受风压机风压、风量的限制，岩粉返排困难，空气潜孔锤钻井工艺钻进效率低于常规钻井工艺效率。

4 空气潜孔锤钻井工艺主要钻进参数的选择

影响空气潜孔锤钻井速度的参数主要是轴向压力、回转速度、冲击功及冲击频率等。对于不同硬度的岩石，参数的选择差异较大。钻进硬度小的岩石时，钻进参数应主要满足回转切削碎岩的要求；钻进坚硬但胶结不好的岩石时，钻进参数应满足冲击碎岩的需要，以形成体积破碎；钻进坚硬致密的岩石时，钻进参数则应满足冲击和回转两种碎岩作用。

5 工程实例

在山西沁南潘河煤层气项目施工中，空气潜孔锤钻井工艺得到了大规模的推广使用。

5.1 潘河项目煤层气井钻井工程概况

潘河煤层气井主要布置在沁水盆地潘庄1号井田，一期工程第一阶段共布置煤层气井40口，目标煤层为3^＃煤层，厚度约6m。该区钻井设计井深 300～520m，采用直径139.72mm生产套管完井，布井间距300m。该区煤层稳定，构造简单，但地形起伏较大，不适于大型设备搬迁。为减少井场占地面积，提高钻井速度，并降低对煤储层的伤害，引进了两台T685WS空气潜孔锤钻机进行施工。

5.2 T685WS 空气潜孔锤钻机主要配置及性能

T685WS空气潜孔锤钻机是美国Schumm公司生产的车载顶驱钻机，车身长15m，宽2.3m，自重30t，主要配置如下：

5.2.1 动力系统。主发动机为康明斯QSK-19型，功率563kW，由曲轴前法兰盘向液压泵提供动力，从飞轮一端驱动空压机。

5.2.2 回转及提升给进系统。由全自动液压动力头驱动，最大提升能力45t，最大扭矩12045N·m，转速0～143r/min无极调速。该钻机顶驱动力头既可加压给进，也可通过上提钻具减压给进。

5.2.3 井架结构。井架为焊接的巨型钢管结构，最大提升高度11.80m。井架底部的滑块箱内有用于114mm、203mm、368mm标准钻具的滑块套子。井架底部最大开口直径为711mm。

5.2.4 空压机系统。该钻机配置两挡油淹没旋转螺杆空压机，配有空气释放控制装置。空压机最大排量36m³/min，最大排放压力2.4Pa，并配有外接空压机、增压机接口。

5.2.5 操作系统。该钻机回转及提升给进系统操作手柄集中，可根据井内情况调节给进压力、转速。该钻机还配有起加卸钻具、套管的专用快绳。

5.3 空气潜孔锤钻井工艺使用情况

在潘河一期40口钻井施工中，有30口钻井采用空气潜孔锤钻井工艺施工。钻井结构均为一开井径311mm，二开井径215.9mm。在施工中，全井采用英格索尔-兰德公司生产的DHD系列无阀风动冲击器钻进。

5.3.1 钻进参数的选择。T685WS空气潜孔锤钻机常规配备的风压机出口压力为2.4MPa，风量为36m³/h。采用钻进参数见表1。

表2 井身质量统计表

采用空气潜孔锤钻井工艺施工煤层气井时，由于空气上返速度快，非常利于携带岩屑，避免了重复破碎，岩屑颗粒较大，能大大降低地质录井工作难度。在施工的30口井中，岩性剖面符合率达95%以上，煤层深度误差小于0.4m。

在保护储层不受伤害方面，空气潜孔锤钻井工艺主要采用欠平衡钻进，井内液柱压力远低于地层压力，对煤储层伤害远小于常规钻井工艺。

5.3.4 经济效益分析。采用空气潜孔锤钻井工艺施工时，施工设备数量少，非常利于搬迁，且钻进速度快，能大大提高经济效益。在潘河项目施工中，采用常规钻井工艺施工时，单井施工成本约为42万～45万元；采用空气潜孔锤钻井工艺施工时，单井成本约为37万～40万元。

6 空气潜孔锤钻井工艺推广使用的建议

在潘河项目煤层气开发中，空气潜孔锤钻井工艺第一次在国内得到了大规模推广使用。从使用效果看，空气潜孔锤钻井工艺能降低煤层气开采成本，确保井身质量，减少对煤储层的伤害，从而加快煤层气开发进程。但潜孔锤钻井工艺是否能对增加煤层气井产能有积极作用，还要经过开采过程的验证。

D. 水平钻井工艺技术在晋城煤层气中应用实践

张正修¹郭丙政²商敬秋¹孙建平²黄尊灵¹卢忠良¹钟明¹

（1.山东省煤田地质局第二勘探队 山东嘉祥 272400）

（2.中联煤层气有限责任公司 北京 100011）

作者简介：张正修，1956年生，男，山东省嘉祥县人，工程师，山东省煤田地质局二队队长，从事钻探施工管理工作。

摘要 煤层气水平井是增加煤层气井产量及降低开采成本的有效途径。在中联煤层气有限责任公司山西晋城煤层气项目开发中，采用车载钻机，引用无线随钻（MWD）技术、综合地质录井方法成功实施了国内第一批15^＃煤层水平井。煤层气水平井技术主要包括轨迹设计与控制、目标煤层着陆、储层保护、完井技术等。

关键词 水平井 煤层气 轨迹控制 钻井液

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 煤层气钻井的现状

据预测，我国煤层气的资源量居世界第三位，是煤层气资源大国。近两年，随着石油价格的上涨，油气及煤层气的开发利用显得越来越重要；同时，煤矿重大安全事故的接连发生使地面开采煤层气的呼声日益高涨。鉴于上述情况，国家政策对煤层气开采的支持力度明显增强，煤层气的勘探开发也因之得到了迅速发展。2002年前的10年时间内，全国共完成216口各类煤层气井，全部采用常规直井钻井技术。而2005年一年完成的工程量已超过了2002年前10年的总和，钻井类型也已向丛式井、造穴井及水平井、多分支水平井发展。

1.2 水平井是增加煤层气井产量的必然方向

在美国煤层气的开发中，水平井的施工及完井技术的成功使煤层气的产量大大提高，使美国的煤层气产业得到了空前发展。分析我国煤层气的具体赋存条件，我国煤层普遍存在低压、低渗和低饱和的特性，一般采用直井压裂技术，单井产量在1000～3500m³/d。利用直井开发煤层气，存在占地多、投资大、投资回收期长、经济效益低等缺点，严重制约了我国煤层气开发速度。近两年，我国的煤层气钻井领域采用石油部门的钻井设备及石油水平井的钻井技术，利用美国先进的仪器设备及人员服务，成功地施工了多分支水平井，取得了较好的效果。但由于工程造价较高，在我国快速推广有一定难度。

中联煤层气有限责任公司在实施潘河示范项目一期工程和端氏项目多分支水平井的基础上，深入总结沁南地区钻井完井技术、压裂增产技术，针对15号煤层单井产能低的问题，按照由简单到复杂的原则，提出了在潘河示范项目区内利用水平井技术开发15煤的试验，以期掌握并拥有自主知识产权的煤层气水平井技术。因此，在中联煤层气有限责任公司和山东煤田地质局二队的共同努力下，由山东煤田地质局二队负责关键设备的配套并组织施工，在晋城潘河示范项目区内15^＃煤层中成功地实施了两口水平井（PHH-001，PHH-002），取得了一定的经验，达到了钻井设计目标。

2 设备选择

2.1 钻机选择

我国煤层气水平井主井眼井深一般在2000m以内。水平段一般不超过1500m。水平段超过1500m时，对设备要求高，施工难度加大，施工成本会大大增加。施工水平井，一般要选用顶驱能力在100t以上的钻机。国内目前施工水平井的顶驱钻机，最小能力250t，施工成本高。晋城地区煤层埋深较浅，3^＃煤层埋深一般在300～350m左右，15^＃煤层在400～450m范围内。根据我队现有设备的情况，选择了T130XD钻机。

T130XD顶驱车载钻机主动力760马力，名义钻井深度1900m（311mm井径，114mm钻杆）。提升能力60t，顶驱给进能力14.5t，扭矩12kN·m，车载空压机2.4MPa，排量38m³/min。钻台可升起2.41m，因此能够直接安装防喷器。

该钻机搬迁安装极为方便，提升、回转能力均能满足煤层气水平井施工的需要。该钻机既可使用常规钻井液钻进，也可使用空气钻井。特别是该钻机接单根用时很短，一般不超过1分钟，有效地减少了接单根时因停泵造成的井下复杂的几率。

2.2 随钻仪器选择

在实际施工中，采用不同角度的弯接头或弯螺杆钻进，RST-48型无线随钻系统的电子探管将井底参数通过泥浆传输至地面，远程计算机系统将泥浆脉冲进行解析后反馈给轨迹控制人员，轨迹控制人员通过采用滑动钻进、复合钻进、调整工具面、选择钻具造斜率等手段进行钻井轨迹控制。

2.3 专用钻具选择

根据设计要求，选择了两种规格的单弯马达4根、两种规格的无磁钻铤4根、稳定器2根、随钻震击器1件以及加重钻杆4根。

3 水平井工艺技术

3.1 水平井的井眼轨迹设计

根据国内外施工水平井的经验，设计的基本原则是：在充分了解地质资料的情况下，设计剖面应尽量避开可能的复杂地层，缩短增斜井段的水平位移，缩短增斜井段的长度，减少增斜及水平段扭矩的摩阻。为了确保在预计深度进入靶区，增加可调节的稳斜段。

3.1.1 增斜段设计

15号煤层薄，结构相对复杂，轨迹控制中调整频繁、难度大，设计中要求做到：

（1）详细了解地质构造、地层倾角、可钻性等情况，结合邻井地质、钻井、测井资料、卡准煤层位置、准确地设计靶区。

（2）设计造斜率应适当低于动力钻具结合的造斜能力，缩短动力钻具定向钻井井段，增长导向钻进井段，确保井眼的平滑、安全。

（3）优化剖面结构，最大限度减少摩阻和扭矩，为后期水平段施工提供安全基础。

3.1.2 水平段的设计

掌握煤层的厚度、倾角、走向及煤层顶底板的岩性和地层的构造情况，尽量减少调整段。

对水平井的长度的设计，从理论上讲，水平段的长度越长越好，水平段长度的增加受到工程技术及煤层地质条件、煤质等多因素的限制，一般根据预测的施工长度及施工中遇到的具体情况决定水平井的最佳长度。

3.2 钻具组合

（1）直井段：一般选用塔式钻具组合。

（2）造斜增斜段：采用了单弯螺杆造斜。

（3）水平段：优化钻具组合，使用短无磁钻铤及无磁扶正器，缩短随钻测量仪器与钻头的位置距离，尽量选择造斜能力强的钻具组合，以便及时调整钻井轨迹。

在施工中，为保证井壁圆滑规则，减少工程风险，尽量增大复合钻进的比例。

通过两口水平井的实践，钻头+导向马达+无磁钻铤+MWD短节+抗压缩钻杆+钻杆的钻具组合，应用效果较好。

3.3 动力钻具选择

为了适合软及中硬地层，选择了中转速中扭矩马达。

3.4 钻头的选择

二开造斜段选择HJ517L钻头，三开水平段选择PDC钻头。

3.5 钻井液的选择

煤层气井施工时，煤储层保护极为关键。在本次钻井中，主要采用清水钻进，严格控制钻井液固相含量、比重，井内岩粉较多时，通过泵入高粘无污染钻井液排出岩粉，既保证了井内安全，又防止了储层污染。

3.6 轨迹控制技术

水平井的井眼轨迹控制技术是水平钻井成套技术中的关键环节，总的要求是具有一定的控制精度，具有较强的应变能力，具有较高的预测准确度，达到较稳、较快的施工水平。

3.6.1 弯马达的选择

根据轨迹全角变化率选择相对应的弯马达，见下表：

单弯马达造斜率

单弯马达的造斜率与地质构造及现场施工参数有关，不同的地层和施工参数造斜率不同，在实际施工中，选择马达的造斜率应大于设计造斜率。

3.6.2 着陆轨道控制

（1）着陆点应在水平预计点前部小于20m。

（2）着陆前下入LWD，对钻进地层进行自然伽马跟踪，通过气测录井、钻时录井、地质录井，确保着陆准确，并在煤层中钻进。

4 工程成果

PHH-001水平井共完成主井眼一个、分支井眼2个，完成钻井总进尺1678m，其中6寸井眼进尺1056m，15^＃煤层段进尺1050m，现场评定煤层钻遇率93.1%。主井眼轨迹控制达到设计要求，分支井轨迹控制较差，但通过增加进尺，确保了该井控制面积。实际建井周期46.42d。

PHH-002水平井共完成主井眼一个、分支井眼5个，完成钻井总进尺2624m，其中6寸井眼进尺2047m，15^＃煤层段进尺2030m，现场评定煤层钻遇率80.7%。实际建井周期33.67d。

5 经验与建议

通过两口水平井的施工，取得了以下经验：

（1）及时测斜、准确计算、跟踪作图是保证井身轨迹的关键。使用MWD能准确掌握井身轨迹的变化情况，使轨迹得到有效控制。

（2）在钻井过程中，随时观察扭矩、泵压的变化，发现问题及时分析、解决。

（3）根据马达的使用特性和钻井要求，确保马达的排量和使用要求。按照马达的水平推力和钻压平衡图，选择最优的钻压，确保马达在平衡状态下工作。

（4）使用柔性钻具组合，以加重钻杆替代钻铤。

（5）正常钻进时，密切关注拉力变化，发现问题及时上提钻具或短起下。

（6）为保证在煤层中钻进，采用伽马值监测、气测录井、钻时及岩屑录井的综合分析手段，及时进行轨迹调整。

（7）15^＃煤平均厚度只有3m左右，遇到地层突变时很容易穿到顶底板，由于水平井施工的特殊性，钻井轨迹不能很快调整到煤层中，会导致煤层穿透率降低，影响产能。因此合理布置井位、优化主井眼及分支井眼方位是水平井成功的关键。

在完井技术方面应尽快推广筛管完井技术，以保证水平井的稳定产能。