【正文】 煤層氣鉆井工程作業(yè)規(guī)程1 范圍本規(guī)程規(guī)定了煤層氣鉆井工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則、作業(yè)程序和要求。包括鉆井工程設(shè)計(jì)、鉆前準(zhǔn)備及驗(yàn)收、鉆井施工作業(yè)、取心施工作業(yè)、固井施工作業(yè)、健康、安全與環(huán)境管理(HSE)要求、鉆井工程資料匯交要求及鉆井完井交接驗(yàn)收等十項(xiàng)內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)適用于煤層氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中的參數(shù)井、試驗(yàn)井、生產(chǎn)井等鉆井工程的設(shè)計(jì)、施工作業(yè)、資料匯交和驗(yàn)收。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 8979 污水排放要求GB/T 1165l 勞動(dòng)保護(hù)用品SY/T 5172 直井下部鉆具組合設(shè)計(jì)方法SY/T 5272 常規(guī)鉆井安全技術(shù)規(guī)程SY/T 5322 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)推薦方法SY/T 5334 套管扶正器安裝間距計(jì)算方法SY/T 5396 石油套管現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收方法SY/T 5411 固井設(shè)計(jì)格式SY/T 5412 下套管作業(yè)規(guī)程SY/T 5526 鉆井設(shè)備安裝技術(shù)、正確操作和維護(hù)SY/T 5431－1996 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋SY/T 5672 鉆井井下事故處理基本規(guī)則SY/T 5724 套管串結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)SY/T 5876－93 石油鉆井隊(duì)安全生產(chǎn)檢查規(guī)定SY/T 5957－94 井場(chǎng)電器安裝技術(shù)要求SY/T 5958 井場(chǎng)布置原則和技術(shù)要求SY/T 5964 鉆井井控裝置組合配套規(guī)范SY/T 6228－1996 、SY/T 6283－1997 石油天然氣鉆井健康、安全與環(huán)境管理體系指南SY 5974－94 鉆井作業(yè)安全規(guī)程Q/CUCBM 03012002 煤層氣鉆井工程作業(yè)規(guī)程3 鉆井工程設(shè)計(jì) 鉆井工程設(shè)計(jì)原則鉆井是為了達(dá)到一定的地質(zhì)或工程目的，鉆井工程設(shè)計(jì)是根據(jù)“地質(zhì)或工程目的”作出的。但由于鉆井技術(shù)條件的限制，鉆井本身在諸多方面的最優(yōu)要求與要求達(dá)到的目的不完全一致，有時(shí)是矛盾的。因此，鉆井工程設(shè)計(jì)應(yīng)有“地質(zhì)或工程目的”設(shè)計(jì)方、鉆井工程設(shè)計(jì)方及相關(guān)方共同參加，協(xié)調(diào)其間的矛盾，使鉆井工程設(shè)計(jì)能在滿(mǎn)足地質(zhì)或工程目的的同時(shí)，也能滿(mǎn)足當(dāng)前鉆井工程技術(shù)條件的要求。 鉆井工程設(shè)計(jì)步驟科學(xué)系統(tǒng)地進(jìn)行鉆井工程設(shè)計(jì)是確保鉆成高質(zhì)量煤層氣井的前提，任何煤層氣井鉆井工程設(shè)計(jì)必須按如下步驟進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)圖1： 鉆井工程設(shè)計(jì)書(shū)格式煤層氣鉆井工程設(shè)計(jì)按鉆井工程設(shè)計(jì)書(shū)格式標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。設(shè)計(jì)步驟如下：（1）認(rèn)真研究、理解地質(zhì)目的和工程任務(wù)。（2）收集相關(guān)資料，并進(jìn)行鉆井工程條件研究。（3）學(xué)習(xí)有關(guān)國(guó)家和地方法律法規(guī)，根據(jù)要求制定設(shè)計(jì)原則。（4）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（5）套管柱設(shè)計(jì)。（6）優(yōu)化鉆井工藝技術(shù)。（7）鉆井設(shè)備優(yōu)化組合設(shè)計(jì)。（8）鉆井循環(huán)介質(zhì)優(yōu)化及鉆頭水參數(shù)設(shè)計(jì)。（9）鉆柱設(shè)計(jì)。（10）固井設(shè)計(jì)。（11）取心設(shè)計(jì)。（12）工序安排。（13）制定健康、安全與環(huán)境管理措施。圖1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是地質(zhì)目的、地質(zhì)設(shè)計(jì)要求、地層結(jié)構(gòu)及其特征、地層孔隙壓力、地層水文條件、地層破裂壓力、完井方法、增產(chǎn)措施、生產(chǎn)方式及生產(chǎn)工具等。 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序應(yīng)參照?qǐng)D1流程進(jìn)行，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)條件綜合考慮各方面的因素作相應(yīng)補(bǔ)充和完善。 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，認(rèn)識(shí)和保護(hù)煤層氣儲(chǔ)層，有效地控制異常地層壓力，保證井控作業(yè)順利進(jìn)行。、完井生產(chǎn)需要以及獲取參數(shù)的需要。、涌、塌、卡等復(fù)雜情況的產(chǎn)生(一般應(yīng)留有余地)，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速、低成本鉆井。充分考慮壓力梯度曲線和地層破裂壓力梯度曲線。 應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，以降低成本和避免工程失誤。、由小到大進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常情況下，生產(chǎn)套管是最內(nèi)、也是最小的套管，套管設(shè)計(jì)由生產(chǎn)套管開(kāi)始逐漸向外設(shè)計(jì)較大的套管。；確因產(chǎn)水量大、地層復(fù)雜或?yàn)樘岣邭馑a(chǎn)量，可采用更大直徑的套管；風(fēng)險(xiǎn)勘探所施工的參數(shù)井，可采用小井眼鉆井(二開(kāi)井徑小于Ф118mm）。井身結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)參照煤層氣鉆井優(yōu)選套管與鉆頭匹配關(guān)系圖2執(zhí)行：套管和襯管尺鉆頭和井徑，mm套管和襯管尺寸，mm鉆頭和井徑，mm套管尺寸，mm鉆頭和井徑，mm套管尺寸，mm鉆頭和井徑，mm圖2 煤層氣鉆井優(yōu)選套管與鉆頭匹配關(guān)系圖(圖中單位：mm) 目前的煤層氣生產(chǎn)和試驗(yàn)井井身結(jié)構(gòu)多采用表1的結(jié)構(gòu)。表1 煤層氣井常規(guī)鉆井井身結(jié)構(gòu)表 單位：mm開(kāi)鉆程序鉆頭尺寸套管類(lèi)型套管尺寸一開(kāi)表層套管二開(kāi)生產(chǎn)套管 地層條件復(fù)雜情況下，目前多采用表2的結(jié)構(gòu)表2 復(fù)雜地層條件下煤層氣井鉆井井身結(jié)構(gòu)表 單位：mm開(kāi)鉆程序鉆頭尺寸套管類(lèi)型套管尺寸一開(kāi)表層套管二開(kāi)技術(shù)套管三開(kāi)生產(chǎn)套管 在進(jìn)行煤層氣勘探的地區(qū)，為了取得地層、煤層和儲(chǔ)層參數(shù)資料和滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)勘探的目的，可用Ф95mm或Ф118mm等較小井眼，對(duì)儲(chǔ)層等進(jìn)行繩索取心、測(cè)試和測(cè)井等。進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)后，再判定下步勘查與成井作業(yè)方案。 然而有必要對(duì)目前的煤層氣生產(chǎn)和試驗(yàn)井井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，如采用表1所示結(jié)構(gòu)。表1 煤層氣井常規(guī)鉆井井身結(jié)構(gòu)表 單位：mm開(kāi)鉆程序鉆頭尺寸套管類(lèi)型套管尺寸一開(kāi)表層套管二開(kāi)生產(chǎn)套管 井口及井控設(shè)計(jì)、低滲氣藏，在已往煤炭資源普、詳查和勘探過(guò)程的鉆井施工中，從未發(fā)生過(guò)井噴。河南省煤炭資源勘查與開(kāi)發(fā)程度較高，在已進(jìn)行過(guò)煤田勘探區(qū)進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)，根據(jù)以往資料煤層氣發(fā)生井噴的可能性又很小時(shí)，一般不安裝專(zhuān)門(mén)的井控裝置，但施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備壓井材料，在設(shè)計(jì)中應(yīng)執(zhí)定井控措施。，區(qū)內(nèi)有可能存在高壓、高滲儲(chǔ)層時(shí)，應(yīng)安裝專(zhuān)門(mén)的井控裝置，現(xiàn)場(chǎng)配備壓井材料，設(shè)計(jì)中應(yīng)執(zhí)定詳細(xì)的井控措施。 完井后井口保護(hù)裝置安裝要牢固可靠。安裝時(shí)生產(chǎn)套管用大勾提引，使其充分伸展后方得固定。 鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計(jì) 鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)提供的地層壓力，煤層結(jié)構(gòu)、巖層的完整性，在鉆井設(shè)計(jì)時(shí)選定壓差，并用當(dāng)量循環(huán)密度進(jìn)行驗(yàn)算，最后確定鉆井循環(huán)介質(zhì)類(lèi)型、密度等技術(shù)指標(biāo)以及這些指標(biāo)的允許使用范圍。 煤層氣井鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下主要因素(不局限于這些因素)：1）完井方法及儲(chǔ)層強(qiáng)化方法；2）相關(guān)煤層氣開(kāi)發(fā)工藝；3）盡量減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害，保護(hù)煤儲(chǔ)層；4）穩(wěn)定和保護(hù)井壁，平衡地層壓力，以保障鉆進(jìn)施工安全；5）潤(rùn)滑、冷卻鉆頭及有效攜帶巖粉。 鉆井循環(huán)介質(zhì)優(yōu)選原則：1）取參數(shù)的參數(shù)井在測(cè)試前的儲(chǔ)層段鉆進(jìn)時(shí)，盡量減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害，保護(hù)煤儲(chǔ)層，以確保所取參數(shù)的準(zhǔn)確性，宜選用清水、無(wú)粘土鉆井液或低固相優(yōu)質(zhì)鉆井液；2）不進(jìn)行儲(chǔ)層強(qiáng)化的裸眼井在揭露儲(chǔ)層到完鉆階段，盡量減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害，保護(hù)煤儲(chǔ)層，宜選用清水、無(wú)粘土鉆井液或低固相優(yōu)質(zhì)鉆井液；3）進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂等強(qiáng)化措施的生產(chǎn)井(包括直井和定向井)，以穩(wěn)定和保護(hù)井壁，潤(rùn)滑、冷卻鉆頭及有效攜帶巖粉，特別是防止煤層段井徑過(guò)大，保障鉆井施工安全和相關(guān)工藝的順利進(jìn)行為主；對(duì)減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害的要求可施寬。 鉆井循環(huán)介質(zhì)性能要求：，鉆井液濾液與地層水的電阻率比值應(yīng)為3－5，以滿(mǎn)足測(cè)井、測(cè)試的要求。在構(gòu)造煤層段，可選用優(yōu)質(zhì)粘土加無(wú)機(jī)鹽配制鉆井液，鉆井液密度應(yīng)適當(dāng)增大以平衡坍塌壓力，粘度應(yīng)適當(dāng)增大，一般不小于25s。失水量是鉆井液中一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，為防止因鉆井液濾液浸入傷害，必須使用降失水劑來(lái)控制中壓失水在9ml以下。一般pH值應(yīng)控制在8～。、膨脹為防止泥頁(yè)巖及煤儲(chǔ)層中粘土顆粒水化分散，膨脹剝落，造成煤儲(chǔ)層傷害，可使用鉀基系列優(yōu)質(zhì)制井液。，實(shí)行平衡或近平衡鉆井使用無(wú)粘土或少量粘土優(yōu)質(zhì)鉆井液，使用好固控設(shè)備除去有害固相，保持低密度。適當(dāng)?shù)那辛蛣?dòng)塑比，有利于攜帶懸浮鉆屑，有效清洗井眼，降低激動(dòng)壓力和對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害。：表3 煤層氣井鉆井液匹配參數(shù)性能密度g/cm3中壓失水ml固相含量%含砂量%粘土含量%pH值指標(biāo)～15～2094l～58～泡沫(包括充氣、泡沫)作為鉆井循環(huán)介質(zhì)鉆煤層氣井，實(shí)現(xiàn)欠平衡或近平衡鉆井，有利于減少對(duì)煤儲(chǔ)層的污染，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。氣體(包括空氣、氮?dú)?作為鉆井循環(huán)介質(zhì)鉆煤層氣井，實(shí)現(xiàn)欠平衡或近平衡鉆井，有利于防止對(duì)煤儲(chǔ)層的污染，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 鉆柱設(shè)計(jì)鉆柱設(shè)計(jì)包括鉆頭、鉆鋌、鉆桿、扶正器以及井下鉆具組合的選擇和設(shè)計(jì)，根據(jù)煤層氣井的特殊性，具體要求如下： 鉆頭要在綜合考慮地層類(lèi)型、鉆頭成本、鉆井成本、水力參數(shù)及鉆機(jī)成本的基礎(chǔ)上，合理選擇和設(shè)計(jì)煤層氣井鉆進(jìn)鉆頭，確保高質(zhì)高效。一般采用三牙輪和PDC鉆頭，取心鉆頭應(yīng)一次達(dá)到設(shè)計(jì)井徑。 鉆鋌。一般情況下，以鉆壓不超過(guò)鉆鋌重量的80％為原則。可用下列公式計(jì)算所需鉆鋌長(zhǎng)度：L－鉆鋌長(zhǎng)度，m。式中：Wb－設(shè)計(jì)的鉆壓，Kg。Wc－空氣中每米鉆鋌的重量，Kg／m。f－浮力系數(shù)，無(wú)量綱，可用下式算得：式中：ρc－鉆鋌的密度，g／cm3；ρm－鉆井液的密度，g／cm3。注：考慮實(shí)際鉆井摩擦力、反彈力、井斜等影響，實(shí)際設(shè)計(jì)鉆鋌長(zhǎng)度計(jì)算值應(yīng)加大l0％左右。，要避免采用l～2次臨界鉆壓之間的值。，軸向拉、壓應(yīng)力中和點(diǎn)必須位于鉆鋌全長(zhǎng)的80％左右位置。，選用鉆鋌直徑時(shí)，視具體情況，可采用“滿(mǎn)眼”鉆具，也可采用“鐘擺”鉆具。必要時(shí)還可以采用變徑穩(wěn)定器甚至“隨鉆技術(shù)”。 鉆桿常用Ф127mm鉆桿，取心時(shí)選用鉆桿內(nèi)徑應(yīng)≥94mm以滿(mǎn)足繩索式取心器內(nèi)筒通過(guò)。 扶正器對(duì)于地層傾角大，軟硬交錯(cuò)互層多的易斜地區(qū)。應(yīng)采用扶正器，以實(shí)現(xiàn)“滿(mǎn)眼”或“鐘擺”鉆進(jìn)。通常采用螺旋式扶正器。 固井工程設(shè)計(jì) 套管設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)要經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮內(nèi)應(yīng)力、擠應(yīng)力、拉應(yīng)力等三種應(yīng)力及完井和增產(chǎn)作業(yè)的需要。內(nèi)應(yīng)力設(shè)計(jì)應(yīng)考慮套管試壓、壓裂等特殊作業(yè)的情況。煤層氣井生產(chǎn)套管和技術(shù)套管應(yīng)使用API標(biāo)準(zhǔn)套管，表層套管可考慮使用API限用套管。、浮箍要滿(mǎn)足SY/T 5618規(guī)定的要求。完井深度在1000m以淺的煤層氣直井，生產(chǎn)套管在目標(biāo)層上下范圍內(nèi)每二根套管至少裝一只扶正器。完井深度在1000m以深的煤層氣直井、定向井和井徑井斜大及方位急驟變化的井段要適當(dāng)加密。 固井施工設(shè)計(jì)，參照SY／T 5411標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可用下列方程式計(jì)算煤儲(chǔ)層能夠承受的最大水泥漿高度：CH－最大環(huán)空水泥漿液柱高度，m。式中：Fd－煤儲(chǔ)層破裂梯度，kPa／m；ρm－固井時(shí)井內(nèi)鉆井液密度，g／cm3；hd－煤層深度，m；ρc－最大水泥漿平均密度，g／cm3。；式中：ρc－最大水泥漿平均密度，g／cm3；Fd－煤儲(chǔ)層破裂梯度，kPa／m；hw－煤層氣井垂深，m；Po－固井時(shí)水泥漿流動(dòng)壓力和摩阻壓降之和，MPa；設(shè)計(jì)時(shí)一般取4－5MPa。 取心設(shè)計(jì)，應(yīng)選用繩索式半合管取心工具取心，保證巖煤心直徑大于60mm。，提升時(shí)間限定為：取心內(nèi)筒從提心開(kāi)始至出井口時(shí)間小于T=KH計(jì)算值，從出井口到煤心裝罐完時(shí)間小于10min。其中：T－提升時(shí)間(min)；K=；H為井深(m)。 取心鉆具組合：（）取心鉆頭+Ф89mm繩索式半合管取心工具+Ф127mm鉆桿(內(nèi)徑≥94mm)+。：Ф118mm(或Ф95mm)取心鉆頭+Ф118mm(或Ф95mm)擴(kuò)大器+Ф90mm繩索式半合管取心工具+同徑繩索取心鉆桿。、底板及煤層可采用PDC取心鉆頭、硬質(zhì)合金取心鉆頭或金剛石取心鉆頭。 取心參數(shù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆煤層特征具體制定，推薦參數(shù)見(jiàn)表4。表4 煤層氣井繩索取心施工工程參數(shù)井段鉆壓kN轉(zhuǎn)速r／min排量L／s煤層段20～5040～506～84 鉆前準(zhǔn)備及驗(yàn)收 鉆前