中石油钻井院煤层气技术介绍
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煤层气开发技术
第四阶段：规模产能建设
• 煤层气产能建设——按照上级部门批复的《XX地区
煤层气开发方案》，以着力提高煤层气单井产量为目 的，加强开发技术创新与集成，进行相关的煤层气钻 井、压裂、排采、地面集输工程和管网建设。
坚持勘探开发一体化
“勘探上增储、开发上上产”，两个团队间的工作相互独立，造成中间工作脱节。 勘探开发一体化后，开发人员可以提前介入对煤储层的认识、储量的发现；勘 探人员通过煤层气地质条件的精细研究能对开发工艺和方案编制进行指导，实现 两股力量、两种智慧的相互交汇，达到了勘探向下延伸，尽可能为钻井开发与排 采提供准确煤层气地质模型；开发同时向上靠拢，尽可能为下一步的勘探提供新 的认识和指导方向，如此就能大大提高了勘探开发总体效率。 勘探开发一体化将能实现煤层气地质勘探成果与开发的融合，使勘探、开发密切 协作共同向外围区块进军。
200 180
160 140 120 100
CMM Emissions (MMTCO2e) CMM Emissions Avoided (MMTCO2e)
80 60 40
20 0
全球人类产出的甲烷量的8%。
kr ai ne A us tr al ia R us si a I nd So ia ut h A fri ca Po la K nd az ak hs ta n G U e ni rm te an d y K C i ng ze do ch m R ep ub lic
煤层气开发技术
中石油煤层气有限责任公司
20010年8月
前
言
中石油煤层气公司于2008年9月注册成立，主要从事 煤层气资源的勘探开发、工程施工与对外合作、煤层气
田范围内的浅层气勘探开发、设备租赁、技术和信息服
中国煤层气井钻进技术综述
中国煤层气井钻进技术综述X张 晋,张泽宇(中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 100000) 摘 要:中国煤层气的开采已经进入初步商业化生产的阶段,煤层气钻进中遇到的许多问题需要将钻井的先进技术与煤储层特征相结合,而不能照搬常规油气田钻井技术。
本文从煤层气井钻进的特殊性、多分支水平井技术、欠平衡钻井技术和煤层气钻井液技术四个方面介绍煤层气钻进过程中的技术。
关键词:煤层气;多分支水平井;欠平衡钻井;钻井液 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)11—0078—02 我国是世界上第一煤炭生产大国,煤炭资源量巨大,同时我国的煤层气资源也十分丰富,2000年由中联煤层气有限责任公司承担的国家计委一类项目“全国煤层气资源评价报告”,预测我国陆上烟煤和无烟煤煤田中,在埋深300～2000m 范围内煤层气资源量为31.46×1012m 3,与我国陆上天然气资源量相当,位居世界第三位。
现在煤层气开采已经初步进入商业生产的阶段,煤层气井的钻进技术在这其中起着重要的作用。
1 煤层气井钻进的特殊性煤层气井钻进的特殊性是由煤储层区别于常规油气储层的特征所带来的。
1.1 储层保护问题突出中国煤层气储层具有独特性,由于成煤期后构造破坏强烈,构造煤发育,所以具有煤层气储层低含气饱和度、低渗透率以及低压力的“三低”特性,煤层钻进的过程中要特别注意储层保护问题。
由于低压和丰富的割理存在,钻井液、完井液和水泥浆很容易造成储层的污染。
1.2 井壁稳定性问题煤层气井钻井中经常会遇到井壁稳定性差的问题,这是由于煤的岩石力学特征造成的。
煤的机械强度低,杨氏模量小,一般在2.1×104kg /cm 3,泊松比值一般在之间0.2～0.3,煤比岩石易压缩,当煤层被破碎后,煤层难以支撑上覆地层的压力易于坍塌,钻开后的煤层,浸泡时间越长,煤层垮塌更厉害。
煤层孔隙和割理发育,煤的孔隙体积一般占总体积的60%,割理也相当发育,钻开后滤失量大,易吸水垮塌产生漏失。
煤层气钻井地质录井与测井技术讲解
根据不同井别设计岩屑录井井段和密度，煤层段一般要求每米 1包捞取岩屑；
煤层段清洗之前要注意岩屑的含气性观察和描述，洗净晾干后 对煤层进行宏观描述
钻井过程中返出的岩屑
煤屑
三、重点录井项目
2.岩屑录井
煤层岩屑描述内容
包括颜色、条痕、光泽、断口、硬度、密度、脆度、割理、煤 岩宏观分类，荧光显示，煤岩岩屑所占体积百分比等
地层岩性组合与层位划分 煤层识别和划分 煤岩特征描述 煤层含气性及物性评价 煤层顶底板岩性特征 构造及沉积环境分析 为工程施工提供依据
开发井
地层岩性组合划分与对比 煤层识别和划分 煤岩特征描述 煤层含气性评价
为工程施工提供依据
二、煤层气录井主要特点（与常规油气录井相比）
煤层气是一种边际效益资源，在保障地质评价资料 的前提下，尽量优化、简化录井项目，降低成本； 煤层气录井重点在煤岩储层特征及含气性描述，特 别是煤层岩心、岩屑的含气性观察和测定、气测录井 和泥浆槽面的观察； 煤层取心过程中气散失快，要求采用绳索取心技术， 尽量减少气体散失。
煤层气储集状态
煤基质颗粒
水溶气
游离气
吸附气
煤层气解吸扩散过程
煤层气录井关键：煤层含气性、储层特点，兼顾油气显示
一、煤层气录井目的
煤层气录井目的是在钻井过程中取全取准各项反映地下地质 情况的原始资料和数据，为煤层气地质评价和工程施工提供第一性资 料。是贯穿煤层气勘探开发全过程中的一项重要技术。
探井、资料井
岩心丈量、编号与常规油气井要求相同
三、重点录井项目 煤层割理描述
1. 绳索取心
割理：延伸长度，缝宽，
割理密度：单位长度（一般为每 5cm或10cm）内割理条数
充填情况：充填物，充填程度
煤层段清洗之前要注意岩屑的含气性观察和描述，洗净晾干后 对煤层进行宏观描述
钻井过程中返出的岩屑
煤屑
三、重点录井项目
2.岩屑录井
煤层岩屑描述内容
包括颜色、条痕、光泽、断口、硬度、密度、脆度、割理、煤 岩宏观分类，荧光显示，煤岩岩屑所占体积百分比等
地层岩性组合与层位划分 煤层识别和划分 煤岩特征描述 煤层含气性及物性评价 煤层顶底板岩性特征 构造及沉积环境分析 为工程施工提供依据
开发井
地层岩性组合划分与对比 煤层识别和划分 煤岩特征描述 煤层含气性评价
为工程施工提供依据
二、煤层气录井主要特点（与常规油气录井相比）
煤层气是一种边际效益资源，在保障地质评价资料 的前提下，尽量优化、简化录井项目，降低成本； 煤层气录井重点在煤岩储层特征及含气性描述，特 别是煤层岩心、岩屑的含气性观察和测定、气测录井 和泥浆槽面的观察； 煤层取心过程中气散失快，要求采用绳索取心技术， 尽量减少气体散失。
煤层气储集状态
煤基质颗粒
水溶气
游离气
吸附气
煤层气解吸扩散过程
煤层气录井关键：煤层含气性、储层特点，兼顾油气显示
一、煤层气录井目的
煤层气录井目的是在钻井过程中取全取准各项反映地下地质 情况的原始资料和数据，为煤层气地质评价和工程施工提供第一性资 料。是贯穿煤层气勘探开发全过程中的一项重要技术。
探井、资料井
岩心丈量、编号与常规油气井要求相同
三、重点录井项目 煤层割理描述
1. 绳索取心
割理：延伸长度，缝宽，
割理密度：单位长度（一般为每 5cm或10cm）内割理条数
充填情况：充填物，充填程度
煤层气井钻井技术
１ 煤层气 井钻 井的特 殊性
缩小可钻性较差的地层进尺 。例如尽量避开研磨性的地 层。④ 钻柱摩
（ ） 壁稳定性差 。容易发生井 下复杂故障 。煤层 强度低 ，胶 １井 结性差 ．均质性差 ，存在较高剪切应力作用。 （ ） 层易受污 染 。实施煤层保 护措施难度 大。煤层段孔隙压 ２煤 力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液 、完井液和固井水泥浆中固相 颗粒 及滤液 的污染 ； 但在钻 井完井过程 中，为安全钻穿 煤层 ，防止井 壁坍塌 ，又要适 当提 高钻 井液完井液的密度 ， 持一 定的压 力平衡 ， 保 这 就必然会增加其固相含量和滤失量 ，加重螨层的污染。 ｝ （ ）煤层破碎含 游离气 多，取 心困难。煤层机械 强度低 ，胶结 ３ 性差， 空隙 大 ， 一般 煤层 取心收获率低。而且煤 层气 井都是选择在 含 气量较 高的煤 区，割心提升 时 ，随着取心筒与井 口距 离的缩 短 ， 心 煤 中游离气不断逸 出 ，当达 到一定值时会将煤 心冲出取Ｊ ， 成取心 筒 造
低密度水泥浆种类多， 有空心徽珠低密度、 泡沫低密度、 山 火． 灰
低密度和其他类型低密度水泥浆等 。 空心微珠是煤燃烧后 经水和 电除尘处理的产品 ，与煤的亲合力较 好 ，密度低 、 破能力 可达 １０ ａ 抗 ４Ｍｐ ，能满 足煤层气 固井和生产 作业 的需要 。中原固井研制的高强度 、低密度水泥浆 ，其密度可降至 １ Ｏ ． ２ ｅ ｍ＇ ｇ ，水泥石抗压强度可达 １Ｍｐ以上 ，在油层固井 中应用较多 ，在 ｃ ５ ａ 煤层气固井 中也进行了成功应用 ，效果好 。 泡沫低 密度水泥浆 由于其 强度低 ，不能满足射孔和酸化压力的需 要 ，—般只能作为填充水泥浆使 用。火 山灰和其他类型低密度水泥浆 的密度相对较高 ．对储层保护不利。
缩小可钻性较差的地层进尺 。例如尽量避开研磨性的地 层。④ 钻柱摩
（ ） 壁稳定性差 。容易发生井 下复杂故障 。煤层 强度低 ，胶 １井 结性差 ．均质性差 ，存在较高剪切应力作用。 （ ） 层易受污 染 。实施煤层保 护措施难度 大。煤层段孔隙压 ２煤 力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液 、完井液和固井水泥浆中固相 颗粒 及滤液 的污染 ； 但在钻 井完井过程 中，为安全钻穿 煤层 ，防止井 壁坍塌 ，又要适 当提 高钻 井液完井液的密度 ， 持一 定的压 力平衡 ， 保 这 就必然会增加其固相含量和滤失量 ，加重螨层的污染。 ｝ （ ）煤层破碎含 游离气 多，取 心困难。煤层机械 强度低 ，胶结 ３ 性差， 空隙 大 ， 一般 煤层 取心收获率低。而且煤 层气 井都是选择在 含 气量较 高的煤 区，割心提升 时 ，随着取心筒与井 口距 离的缩 短 ， 心 煤 中游离气不断逸 出 ，当达 到一定值时会将煤 心冲出取Ｊ ， 成取心 筒 造
低密度水泥浆种类多， 有空心徽珠低密度、 泡沫低密度、 山 火． 灰
低密度和其他类型低密度水泥浆等 。 空心微珠是煤燃烧后 经水和 电除尘处理的产品 ，与煤的亲合力较 好 ，密度低 、 破能力 可达 １０ ａ 抗 ４Ｍｐ ，能满 足煤层气 固井和生产 作业 的需要 。中原固井研制的高强度 、低密度水泥浆 ，其密度可降至 １ Ｏ ． ２ ｅ ｍ＇ ｇ ，水泥石抗压强度可达 １Ｍｐ以上 ，在油层固井 中应用较多 ，在 ｃ ５ ａ 煤层气固井 中也进行了成功应用 ，效果好 。 泡沫低 密度水泥浆 由于其 强度低 ，不能满足射孔和酸化压力的需 要 ，—般只能作为填充水泥浆使 用。火 山灰和其他类型低密度水泥浆 的密度相对较高 ．对储层保护不利。
第六章 煤层气钻井完井工艺技术
5.1 煤层的钻井完井特点
钻井液中不同粒径的固体颗粒，特别是其中的微粒和胶体颗粒
会沿着煤层的割理和孔隙进入煤层，对煤层气的运移通道产生填充
和堵塞。
（4）强亲水伤害
煤层气储层的低孔隙度、低渗透率、强亲水性、大比表面积，
造成了高束缚水饱和度。 在储层原始状态下，原始含水饱和度一般低于束缚水饱和度。 当使用水基钻井液将煤储层打开时，很强的毛细管作用力使地层强 烈吸水，而正压差作用下的渗流则加剧了水侵深度，直到储层吸水 达到束缚水饱和度为止。
◆在巷道打的水平轴放瓦斯井；
◆从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井）。
5.2 煤层气钻井完井分类及程序
垂直井是从地面打直井穿过煤层进行采气，是主要的钻井 方式。对直井的分类见表5-1。
钻井类别 埋深
种类 单煤层和多煤层井 资料井、试验井（组）和监测井 浅煤层井和深煤层井
由于煤杨氏模量小，泊松比高，天然割理及节理发育，使煤的抗拉、 抗压强度比较低。
（2）正压差伤害
在正压差作用下，钻井液中的胶体颗粒和其它细微颗粒被吸附在煤 层气的孔隙喉道上，钻井液滤液的侵入又可能发生各种敏感性反应。
（3）固相伤害
钻井液中所含固相颗粒分为粗粒（大于2000 μm ）、中粗粒（2502000 μm ）、细粒（44-250 μm ）、微粒（2-44 μm ）和胶体颗粒（小 于2 μm ）。
5.1 煤层的钻井完井特点
2、煤层气钻井完井中常出现的问题
（1）井壁稳定性差，容易发生井下复杂事故
由于煤层气机械强度低，裂缝和割理发育，存在较高剪切应力作用， 因而煤层段井壁极不稳定，易发生井壁坍塌、井漏、起下钻遇卡甚至埋 掉井眼等复杂事故。
（2）煤层易受污染，保护措施难度大
煤层气开发技术综述
第２ ２卷增 刊 ２１ ００年 ８月
ｄｉ１．９ ９ ．ｓ ． ７ — ８ ３ ０ ０Ｓ ．２ ｏ：０３ ６／ｉ ｎ１ ４ １０ ． １ ．１１ ｊｓ ６ ２
文章 编号 ：６ ４ １ ０ （ ０ ０ Ｓ — ０ ３ ０ １７ —８ ３ ２ １） １０４ — ４
ห้องสมุดไป่ตู้
中 国 煤 炭 地 质
Ｃ０ＡＬ ＧＥＯＬＯＧＹ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
ｈ ｓ ｎ ｔｙ ｔ ｂ ｅ ｏｍｅ ，ｉｆｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｔｃ ｎ ｌｇ ｃ ｎ ｎ ｔｂ ｈ ｒｄ ｅｗｅ ｎ ｃ ｎｒｌ ｎ ｏ ａ ｎｅｐ ｓｓ ｏ ｅ ｕｐ ｎ ａ ｏ ｅ ｅ ｎ ｆｒ ｄ ｎｏｍａｉ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｏ ｙ ａ ｏ ｅ ｓ ａｅ ｂ ｔ ｅ ｅ ｔ ａ ｄ ｌｃｌ ｅ ｔｒｒ ｅ ，ｌｗ ｑ ｉｍｅ ｔ ａ ｉ
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文章 编号 ：６ ４ １ ０ （ ０ ０ Ｓ — ０ ３ ０ １７ —８ ３ ２ １） １０４ — ４
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中 国 煤 炭 地 质
Ｃ０ＡＬ ＧＥＯＬＯＧＹ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
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煤层气分支水平井与定向井连通钻井技术
长、 井位分散 、 零星排采 管理 困难的现 象。为此通过研 究将 煤层气排采 井由直井改为定 向井 ， 在很 大程度上解决 了井位布置 受
限 问题 ， 降低 了道路 井场修 建成本 ， 实现 了丛式井的 集 中排采管理 。以 Ｚ － ．Ｓ井组为例 ， 述 了将分 支井和 定向井一体化 ＹＨ４Ｌ 论
Ａｂｓｒ ｃ ： ｕ ｔｌｔｒ ｌ ｎ ｅ ｓ ｃ ｉｎ ｗｅｌ Ｓ ｈ ｏ ｅａ ｖ ｎ ｅ ｙ ｕ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｅａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ Ｄｒ ｌ ｇ ｍｕ ｔ ａ ｅａ ｔ ａ ｔ Ｍ ｌ ａｅ ａ ｔｒ ｅ ｔ ｌ ｉ ｔ ｅ ｉ ｉ ｏ ｍ ｒ ｄ ａ ｃ ｄｌ ｏ ｔ ｏ ａ — ｄ ｍｅｈ ｎ ｔ ｍｅａ ｄａ ｒ ａ ． ｉ ｉ ｌ ｌｔｒ ｌ ａ ｆ ｃ ｂ ｈ ｌｎ ｉ ｗｅ ｌ ｆ ｒｔ ｅ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｔｒ ｅ ｔ ｎ ｏ ｏ ｚ ｎ ａ ｌ ａ ｄ ｖ ｇｉａ ｌ ｉ ｔ ｅｃ ｍｍｏ ｘ ｌ ｉ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ Ｗ ｉ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｌ ａ ｔ ｕ ｃ ｓ ｆ ｌ ｎ ｅ ｓ ｃ ｉ ｆ ｒ ｏ ｔ ｌ ｅ ｈ ｉ ｏ ｈ ｉ ｗｅｌ ｎ ｅ ｃ ｌ ｗｅ ｌ ｓ ｈ ｏ ｎ ｅ ｐ ｏ ｔ ｉ ｔ ｏ ． ｔ ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ａｏ ｈ ｈ ｃ ａ — ｅ ｔ ａ ｅ ｍａ ｙ ｄ ｆ ｃ ｌ ｅ ｐ ｅ ｒ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ｃｉ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｅａ ｅ ｃ ｓｈ ｌ ｎ ｕ ｔ ｉ ｏ ｓ ｒ ａ ． ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｃｕ ｅ ｏ ｌｂ ｄ ｍｅｈ ｎ ， ｎ ｉ ｕ ｔ ｓ ｐ ａ ａ ｏ ｖ ｎ ｅ ｃ ｒ ａｓ ｈａ ｉ ｙａ ｄｍｏ ｎ ａｎ ｕ ｅ ｓ Ｔ ｅｄ ｆ ｕ ｔ ｓ ｎ ｌ ｄ ｉ ｉ ａ ｉ ｈ ｔ ｉ ｎ ｕ ｌ ａ ｉ ｉ ｉ ｌ ｉ ｄｗｅ ｌ ｉ ｒａ ｇ ｍｅ ｔ ｍｕ ｔ ｌ ｄ ｃ ｓ ｆ ｌ ｓｔ ｏ ｄｃ ｎ ｔ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｆ ｃ ｌ ｍａ ａ ｅ ｎ ｅ ｅ ｔ ｌ ｅ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｅｃ ｉ ｔ ｌ ｓｔ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ， ｌ ｐ ｉ ｏ ｔ ｌ ｉｅｒ ａ ｏ ｓｒ ｔ ， ｎ ｉ ｕｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｎ ｄ ｃ ｎ ｒ ｉ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔ ， ｔ ． ｍ ｅ — ｅ ｉ ｅ ｏ ｗｅ ｕ ｏ ｉ ｉ ａｚ ｏ Ｃｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｅｅ ｐ ｏ ｔｔ ｎ ｃ ａ ｇ ｒ ｍ ｅ ｔｃ ｌ ｌ ｔ ｉｅ ｔ ｎ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｄ ａ ｄ ｉ ｃ ｎｌ ｒ ｅ ｙ ｓ ｌｅ ｔ ｅｌ ｔｄ ｗｅ ｌ ｉ ｒ ａ － ｄ ｍｅｈ ｂ ｎ ｘ ｌ ｉ ｉ ｈ ｎ ｅ ｆｏ ｖ ｒｉａ ｌ ｏ ｄ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｅ ， ｎ ａ ｇ ｌ ｏ ｖ ｉ ｅ ｌ ｓｔ ａ — ａｏ ｗｅ ｏ ｗｅ ｕｄ ｔ ａ ｈ ｍｉ — ｅ
限 问题 ， 降低 了道路 井场修 建成本 ， 实现 了丛式井的 集 中排采管理 。以 Ｚ － ．Ｓ井组为例 ， 述 了将分 支井和 定向井一体化 ＹＨ４Ｌ 论
Ａｂｓｒ ｃ ： ｕ ｔｌｔｒ ｌ ｎ ｅ ｓ ｃ ｉｎ ｗｅｌ Ｓ ｈ ｏ ｅａ ｖ ｎ ｅ ｙ ｕ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｅａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ Ｄｒ ｌ ｇ ｍｕ ｔ ａ ｅａ ｔ ａ ｔ Ｍ ｌ ａｅ ａ ｔｒ ｅ ｔ ｌ ｉ ｔ ｅ ｉ ｉ ｏ ｍ ｒ ｄ ａ ｃ ｄｌ ｏ ｔ ｏ ａ — ｄ ｍｅｈ ｎ ｔ ｍｅａ ｄａ ｒ ａ ． ｉ ｉ ｌ ｌｔｒ ｌ ａ ｆ ｃ ｂ ｈ ｌｎ ｉ ｗｅ ｌ ｆ ｒｔ ｅ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｔｒ ｅ ｔ ｎ ｏ ｏ ｚ ｎ ａ ｌ ａ ｄ ｖ ｇｉａ ｌ ｉ ｔ ｅｃ ｍｍｏ ｘ ｌ ｉ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ Ｗ ｉ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｌ ａ ｔ ｕ ｃ ｓ ｆ ｌ ｎ ｅ ｓ ｃ ｉ ｆ ｒ ｏ ｔ ｌ ｅ ｈ ｉ ｏ ｈ ｉ ｗｅｌ ｎ ｅ ｃ ｌ ｗｅ ｌ ｓ ｈ ｏ ｎ ｅ ｐ ｏ ｔ ｉ ｔ ｏ ． ｔ ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ａｏ ｈ ｈ ｃ ａ — ｅ ｔ ａ ｅ ｍａ ｙ ｄ ｆ ｃ ｌ ｅ ｐ ｅ ｒ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ｃｉ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｅａ ｅ ｃ ｓｈ ｌ ｎ ｕ ｔ ｉ ｏ ｓ ｒ ａ ． ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｃｕ ｅ ｏ ｌｂ ｄ ｍｅｈ ｎ ， ｎ ｉ ｕ ｔ ｓ ｐ ａ ａ ｏ ｖ ｎ ｅ ｃ ｒ ａｓ ｈａ ｉ ｙａ ｄｍｏ ｎ ａｎ ｕ ｅ ｓ Ｔ ｅｄ ｆ ｕ ｔ ｓ ｎ ｌ ｄ ｉ ｉ ａ ｉ ｈ ｔ ｉ ｎ ｕ ｌ ａ ｉ ｉ ｉ ｌ ｉ ｄｗｅ ｌ ｉ ｒａ ｇ ｍｅ ｔ ｍｕ ｔ ｌ ｄ ｃ ｓ ｆ ｌ ｓｔ ｏ ｄｃ ｎ ｔ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｆ ｃ ｌ ｍａ ａ ｅ ｎ ｅ ｅ ｔ ｌ ｅ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｅｃ ｉ ｔ ｌ ｓｔ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ， ｌ ｐ ｉ ｏ ｔ ｌ ｉｅｒ ａ ｏ ｓｒ ｔ ， ｎ ｉ ｕｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｎ ｄ ｃ ｎ ｒ ｉ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔ ， ｔ ． ｍ ｅ — ｅ ｉ ｅ ｏ ｗｅ ｕ ｏ ｉ ｉ ａｚ ｏ Ｃｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｅｅ ｐ ｏ ｔｔ ｎ ｃ ａ ｇ ｒ ｍ ｅ ｔｃ ｌ ｌ ｔ ｉｅ ｔ ｎ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｄ ａ ｄ ｉ ｃ ｎｌ ｒ ｅ ｙ ｓ ｌｅ ｔ ｅｌ ｔｄ ｗｅ ｌ ｉ ｒ ａ － ｄ ｍｅｈ ｂ ｎ ｘ ｌ ｉ ｉ ｈ ｎ ｅ ｆｏ ｖ ｒｉａ ｌ ｏ ｄ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｅ ， ｎ ａ ｇ ｌ ｏ ｖ ｉ ｅ ｌ ｓｔ ａ — ａｏ ｗｅ ｏ ｗｅ ｕｄ ｔ ａ ｈ ｍｉ — ｅ
煤层气开采技术
煤层气开采技术随着全球能源需求的不断增长，煤层气作为一种新型清洁能源的开发和利用备受关注。
煤层气是一种在煤层内形成并被吸附的天然气，其主要成分为甲烷。
煤层气的开采技术越来越成熟，其对环境的污染也得到了有效控制，因此其广泛应用已经成为一种趋势。
一、煤层气的开采原理煤层气是在横向和纵向上被煤层裂隙或孔隙中的水吸附，同时由于煤层下方的地质压力，煤层内的天然气在煤层顶部形成了一定的压力，使煤层内的天然气产生自然游离现象。
因此，引导煤层内的天然气排出来是煤层气开采的基本原理。
二、煤层气开采技术煤层气开采技术根据采气方式的不同可以分为两种方式：地面采气和井下采气。
地面采气需要通过钻井设备和管道将煤层内的气体排出，井下采气则是通过井下钻机和煤层凿岩来直接挖掘煤层内的气体。
1. 煤层抽采技术煤层抽采技术是以减少煤层中水的压力来形成煤层动压力，从而通过孔洞将天然气排出。
其主要包括开挖排水井和煤层瓦斯水平钻探井。
2. 爆破松动煤层法爆破松动煤层法需要通过在煤层内进行爆破，使煤层内的天然气得到释放。
其主要包括预削裂爆破法、高压喷射爆破法和空气喷射爆破法等。
3. 气力破碎技术气力破碎技术是通过高压气体喷射，将煤层进行轻微的破碎，从而使煤层内的天然气更容易释放。
其主要包括弹力冲击和气流冲击等。
4. 地层水热裂解技术地层水热裂解技术是通过在煤层中注入高温高压的水，使煤层裂隙和孔隙变得更加通透，从而使天然气能够更加顺利的排出。
其优点是可以提高煤层气提取率，但需要高温高压的流体。
三、煤层气开采的优点和不足1. 优点(1) 煤层气开采可以取代传统的石油、煤炭等能源，避免大量的矿山和工厂污染，具有很强的环保性。
(2) 煤层气可以提供稳定的能源，不受气候和季节限制，可以作为一个重要的能源储备。
(3) 煤层气钻探和开采成本低，可以大量释放能源，为国家经济发展提供有力支持。
2. 缺点(1) 煤层气开采过程中会产生大量的煤层瓦斯，如果处理不当，会对环境产生危害。
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PE筛管完井系统构成
注入装 置 PE筛管 滚筒
以类似连续管的形式，在
煤层水平段下入筛管，有 效支撑煤层井壁，保持排
采期间井眼的连通。
引导锚定 装置
钻杆
2寸PE筛管
-21-
井口连续注入装置
引导锚定装置
三、DRPE筛管完井技术与装备
1、煤层气水平井专用PE筛管
1600m/卷 材料：HDPE100 外径50.8mm，壁厚4.6mm 筛眼：8mm×23mm， 过流面积比3%
术服务，其中三次直接连通玻璃钢套管，一次连通作业成功率 达到100%；
该产品已在我国沁水盆地、鄂尔多斯盆地等主要煤层气区块
得到广泛应用，性能指标得到了用户的肯定和赞誉。
井号 郑试平6H SS01 DSF-05H井 沁平12-11 ZP3-10 ZP4-10 ZP4-14 FL-H13-L ZP3-7 DSFC-06井 HJH1-1井 -13区块 郑庄区块 河南煤层气区块 彬县区块 沁水盆地郑庄区块 沁水盆地郑庄区块 沁水盆地郑庄区块 沁水盆地郑庄区块 山西柳林区块 沁水盆地郑庄区块 彬县区块 彬县区块 甲方公司 华北油田 河南煤层气公司 龙门煤层气公司 华北油田 华北油田 华北油田 华北油田 华北油田 华北油田 龙门煤层气公司 陕西油气钻采 主要技术应用情况
维立体导向
设备销售价格
具体技术指标达到国际领先水平，满足工业应用要求
-11-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
产品发布与鉴定
2011年11月DRMTS-1穿针装备通过了集团
公司组织的鉴定评审。
2011年12月8日参加了集团公司十大利器发
布会，标志着中石油成为第二家掌握该技术 的公司。
媒体报道
煤层气钻井新技术与应用
中国石油集团钻井工程技术研究院
二○一三年三月
-1-
一、煤层气工程研究所基本情况
汇 报 内 容
-2-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术 三、DRPE筛管完井技术与装备
四、煤层气钻井工程实验评价技术
五、结束语
一、单位基本情况
煤层气工程研究所是国内唯一以煤层气钻井工程 技术作为研究对象的科研单位；拥有的煤层气钻井 完井技术是中石油钻井院十大特色技术之一。
装置规格参数
适用注入2~4吋的PE筛管
注入力：6kN 额定注入速度：8m/min 液压系统：耐压16MPa
额定排量25L/min
连接丝扣：311型
地面连续注入装置整机
-23-
三、DRPE筛管完井技术与装备
3、引导和锚定装置研制
设计原则：下的去、张的开、挂的牢 主要功能和特点：在泵冲过程中承压台肩憋压形成牵引力，带动筛管下入到预定 位置，然后张开刀翼自动张开，固定筛管于煤层中。该装置由单向阀、承压台肩、 张开刀翼三部分组成。 单向阀
在我院穿针作业服务团队和渤海钻探第四钻井公司的通力协作和配
合下，一次性圆满完成了该井玻璃钢连通任务。
DRMTS远距离穿针测量结果 井深(m) 951.38 960 967.5 970.7 976.3 981.9 988 989 距离(m) 53.57 45.78 37.1 32.89 26.55 20.72 14.9 13.86 方位偏差(°) 10.12 9.18 6.55 4.57 3.13 1.12 0.69 0.29 靶点井斜角(°) 80.86 82.01 82.28 82.71 82.37 82.94 81.5 81.09
的相对位置关系，然后为定向钻井提供精确靶点。
探管
磁发射装置
洞穴
R
-8-
钻进方向
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
2008年国家油气重大专项将穿针装备其列为“10大装备之一”进行攻关研究；
通过“十一五”后三年的技术攻关，研制出DRMTS远距离穿针装备 ；
该装备具有点对点精确定位导向能力，可完成煤层气水平井与排采直井玻璃钢套
2012年5月19日中央电视台宣传了该技术成果。 主流报刊《光明日报》、《科技日报》、《经济
日报》等9家媒体在主力版面发表文章，宣传这一 科技进步成果。
新华网、人民网等共有41家网站进行了转载报道。
-12-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
DRMTS穿针装备推广应用
2012年1月至12月，DRMTS型穿针装备共完成13井次的穿针技
一次性圆满完成了该井玻璃钢连通任务
DRMTS远距离穿针测量结果 井深(m) 701.8 707.5 714.5 722 728 734.5 740 745.5 距离(m)
64.52 59.67 52.32 44.53 38.91 32.54 26.09 20.70
方位偏差(°)
2.8 1.22 -0.48 -1.03 -0.18 -0.54 0.85 -0.29
筛眼相位分布为60°
支撑力24000N/m
加工完成的2吋PE筛管
-22-
三、DRPE筛管完井技术与装备
2、地面连续注入装置
主要功能和特点：以类似连续油管注入的形式，采用液压驱动的专用摩擦链条 带动PE筛管连续注入到钻杆内。 注入装置采用大量标准件及常用件，标准化系数 高达60%以上。该装置可直接与钻杆进行连接和固定；系统自带小型独立液压源。
米处，方位偏差0.6度；
三开采用4-3/4磁源发射装置进行磁导向，在距离洞穴1.5米处结束导向作业，方位偏差2.1
度，继续钻进1.4米后实现两井连通作业。
二开套管鞋
洞 穴 直 井
不稳定粉煤段 -18-
一、煤层气工程研究所基本情况
汇 报 内 容
-19-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术 三、DRPE筛管完井技术与装备
定位：致力于煤层气工程特色技术的研发与服务， 形成国内一流、国际领先的煤层气钻完井技术技 术系列。 职责：
—煤层气钻完井技术及专用工具研究 —中石油煤层气钻井业务支持与服务 —煤层气钻井技术发展规划
一、单位基本情况
1、发展历程
1993年起开始介入煤层气现场试验，进行煤层气钻井技术的前期研究; 1994年负责完成了湖南冷试1井、江西曲试1井两口煤层气试验井的钻井完 井设计及现场技术管理工作，为美国菲利普斯公司提供了煤层伤害评价服务; 1996-2006年负责完成了中石油煤层气项目经理部30多口试验井、2口水平 分支井的钻完井工程设计、现场监督和现场跟踪研究工作： 2006年，负责完成了樊庄地区3#煤层100口开发直井的区块技术服务与监 理工作; 2009年独立设计、组织实施了郑平1-1多分支水平井； 2008至现在，承担了煤层气相关的国家重大专项、股份公司专项、海外专 项等课题攻关，开发出了DRMTS-II穿针工具和DRPE筛管完井等技术。
煤层气产能评价模块
钻井参数优化设计模块
DR-CBM
煤层气工程数据库
煤层气欠平衡设计模块
煤层气井风险模拟预测模块
6
一、煤层气工程研究所基本情况
汇 报 内 容
-7-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术 三、DRPE筛管完井技术与装备
四、煤层气钻井工程实验评价技术
五、结束语
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
四、煤层气钻井工程实验评价技术
五、结束语
三、DRPE筛管完井技术与装备
针对我国煤层易垮塌及产出煤粉等特点，钻井研究院研制完成一套煤
层气筛管完井技术（包括PE筛管、注入装置、锚定装置等）。
解决了煤层气水平井完井井壁垮塌等问题，有望提高煤层气井筒寿命和
单井产量。
PE筛管
-20-
三、DRPE筛管完井技术与装备
管连通作业；与国外仪器相比，具备近距离测量和立体导向优势。
4、无线数据 传输系统
3、DRMTS地 面工控系统 磁信号通过 电缆上传
5、磁信号 解释处理 中心
洞穴井
钻头与探管相 对位置关系
形成旋转磁场
螺杆及LWD 1、DRMTS磁发射装置
水平井
1、DRMTS测 量探管
-9-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
一、单位基本情况
煤层气钻井完井设计、跟踪研究、区块监理工作 煤层气水平井钻井工程现场实施技术（具备工程总包能力） 水平井远距离穿针技术服务 煤层气筛管完井技术 煤层气欠平衡钻井技术 煤层气钻完井工程实验评价技术 煤层气绳索取心工艺技术服务
一、单位基本情况
拥有独立开发的煤层气多分支井优化设计、欠平衡设计、欠平衡钻井风险评估三 套软件，并取得集团公司煤层气钻井设计资质证书
距离30米 方位偏差 控制在1度 以内
距离10米， 方位偏差 控制在0.5 度以内
距离1米 方位偏差 控制在0.5 度以内
钻进方向
钢 套 管 井
-10-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
经济技术指标
最大探测范围及 精度
国外同类技术
井下最大探测范围达到 70米；距离测量误差小 于5% 系列较全，最小尺寸31/2″ 磁场饱和，不能进行测 量及定位作业 只测量距离和方位偏差 每套设备售价160万元， 专利费 5 万元 / 井次；技 术服务费用25万元/井次
国内同类技术
DRMTS-I穿针装备
DRMTS-II穿针装备达到 80米井下探测范围；距
离测量误差小于5%
产品规格系列 近距离测量（5米 以内） 空间导向
本项目研发前及 研制出4-3/4″等三种规格 研发过程中国内 系列装备， 尚无该类技术
可在1~5米近距离范围进 行测量及定位作业 可测量井斜偏差，能够三
靶点井斜角(°)
90.8 89.26 90.81 91.21 91.45 91.05 90.43 89.88
753
注入装 置 PE筛管 滚筒
以类似连续管的形式，在
煤层水平段下入筛管，有 效支撑煤层井壁，保持排
采期间井眼的连通。
引导锚定 装置
钻杆
2寸PE筛管
-21-
井口连续注入装置
引导锚定装置
三、DRPE筛管完井技术与装备
1、煤层气水平井专用PE筛管
1600m/卷 材料：HDPE100 外径50.8mm，壁厚4.6mm 筛眼：8mm×23mm， 过流面积比3%
术服务，其中三次直接连通玻璃钢套管，一次连通作业成功率 达到100%；
该产品已在我国沁水盆地、鄂尔多斯盆地等主要煤层气区块
得到广泛应用，性能指标得到了用户的肯定和赞誉。
井号 郑试平6H SS01 DSF-05H井 沁平12-11 ZP3-10 ZP4-10 ZP4-14 FL-H13-L ZP3-7 DSFC-06井 HJH1-1井 -13区块 郑庄区块 河南煤层气区块 彬县区块 沁水盆地郑庄区块 沁水盆地郑庄区块 沁水盆地郑庄区块 沁水盆地郑庄区块 山西柳林区块 沁水盆地郑庄区块 彬县区块 彬县区块 甲方公司 华北油田 河南煤层气公司 龙门煤层气公司 华北油田 华北油田 华北油田 华北油田 华北油田 华北油田 龙门煤层气公司 陕西油气钻采 主要技术应用情况
维立体导向
设备销售价格
具体技术指标达到国际领先水平，满足工业应用要求
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二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
产品发布与鉴定
2011年11月DRMTS-1穿针装备通过了集团
公司组织的鉴定评审。
2011年12月8日参加了集团公司十大利器发
布会，标志着中石油成为第二家掌握该技术 的公司。
媒体报道
煤层气钻井新技术与应用
中国石油集团钻井工程技术研究院
二○一三年三月
-1-
一、煤层气工程研究所基本情况
汇 报 内 容
-2-
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术 三、DRPE筛管完井技术与装备
四、煤层气钻井工程实验评价技术
五、结束语
一、单位基本情况
煤层气工程研究所是国内唯一以煤层气钻井工程 技术作为研究对象的科研单位；拥有的煤层气钻井 完井技术是中石油钻井院十大特色技术之一。
装置规格参数
适用注入2~4吋的PE筛管
注入力：6kN 额定注入速度：8m/min 液压系统：耐压16MPa
额定排量25L/min
连接丝扣：311型
地面连续注入装置整机
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三、DRPE筛管完井技术与装备
3、引导和锚定装置研制
设计原则：下的去、张的开、挂的牢 主要功能和特点：在泵冲过程中承压台肩憋压形成牵引力，带动筛管下入到预定 位置，然后张开刀翼自动张开，固定筛管于煤层中。该装置由单向阀、承压台肩、 张开刀翼三部分组成。 单向阀
在我院穿针作业服务团队和渤海钻探第四钻井公司的通力协作和配
合下，一次性圆满完成了该井玻璃钢连通任务。
DRMTS远距离穿针测量结果 井深(m) 951.38 960 967.5 970.7 976.3 981.9 988 989 距离(m) 53.57 45.78 37.1 32.89 26.55 20.72 14.9 13.86 方位偏差(°) 10.12 9.18 6.55 4.57 3.13 1.12 0.69 0.29 靶点井斜角(°) 80.86 82.01 82.28 82.71 82.37 82.94 81.5 81.09
的相对位置关系，然后为定向钻井提供精确靶点。
探管
磁发射装置
洞穴
R
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钻进方向
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
2008年国家油气重大专项将穿针装备其列为“10大装备之一”进行攻关研究；
通过“十一五”后三年的技术攻关，研制出DRMTS远距离穿针装备 ；
该装备具有点对点精确定位导向能力，可完成煤层气水平井与排采直井玻璃钢套
2012年5月19日中央电视台宣传了该技术成果。 主流报刊《光明日报》、《科技日报》、《经济
日报》等9家媒体在主力版面发表文章，宣传这一 科技进步成果。
新华网、人民网等共有41家网站进行了转载报道。
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二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
DRMTS穿针装备推广应用
2012年1月至12月，DRMTS型穿针装备共完成13井次的穿针技
一次性圆满完成了该井玻璃钢连通任务
DRMTS远距离穿针测量结果 井深(m) 701.8 707.5 714.5 722 728 734.5 740 745.5 距离(m)
64.52 59.67 52.32 44.53 38.91 32.54 26.09 20.70
方位偏差(°)
2.8 1.22 -0.48 -1.03 -0.18 -0.54 0.85 -0.29
筛眼相位分布为60°
支撑力24000N/m
加工完成的2吋PE筛管
-22-
三、DRPE筛管完井技术与装备
2、地面连续注入装置
主要功能和特点：以类似连续油管注入的形式，采用液压驱动的专用摩擦链条 带动PE筛管连续注入到钻杆内。 注入装置采用大量标准件及常用件，标准化系数 高达60%以上。该装置可直接与钻杆进行连接和固定；系统自带小型独立液压源。
米处，方位偏差0.6度；
三开采用4-3/4磁源发射装置进行磁导向，在距离洞穴1.5米处结束导向作业，方位偏差2.1
度，继续钻进1.4米后实现两井连通作业。
二开套管鞋
洞 穴 直 井
不稳定粉煤段 -18-
一、煤层气工程研究所基本情况
汇 报 内 容
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二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术 三、DRPE筛管完井技术与装备
定位：致力于煤层气工程特色技术的研发与服务， 形成国内一流、国际领先的煤层气钻完井技术技 术系列。 职责：
—煤层气钻完井技术及专用工具研究 —中石油煤层气钻井业务支持与服务 —煤层气钻井技术发展规划
一、单位基本情况
1、发展历程
1993年起开始介入煤层气现场试验，进行煤层气钻井技术的前期研究; 1994年负责完成了湖南冷试1井、江西曲试1井两口煤层气试验井的钻井完 井设计及现场技术管理工作，为美国菲利普斯公司提供了煤层伤害评价服务; 1996-2006年负责完成了中石油煤层气项目经理部30多口试验井、2口水平 分支井的钻完井工程设计、现场监督和现场跟踪研究工作： 2006年，负责完成了樊庄地区3#煤层100口开发直井的区块技术服务与监 理工作; 2009年独立设计、组织实施了郑平1-1多分支水平井； 2008至现在，承担了煤层气相关的国家重大专项、股份公司专项、海外专 项等课题攻关，开发出了DRMTS-II穿针工具和DRPE筛管完井等技术。
煤层气产能评价模块
钻井参数优化设计模块
DR-CBM
煤层气工程数据库
煤层气欠平衡设计模块
煤层气井风险模拟预测模块
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一、煤层气工程研究所基本情况
汇 报 内 容
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二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术 三、DRPE筛管完井技术与装备
四、煤层气钻井工程实验评价技术
五、结束语
二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
四、煤层气钻井工程实验评价技术
五、结束语
三、DRPE筛管完井技术与装备
针对我国煤层易垮塌及产出煤粉等特点，钻井研究院研制完成一套煤
层气筛管完井技术（包括PE筛管、注入装置、锚定装置等）。
解决了煤层气水平井完井井壁垮塌等问题，有望提高煤层气井筒寿命和
单井产量。
PE筛管
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三、DRPE筛管完井技术与装备
管连通作业；与国外仪器相比，具备近距离测量和立体导向优势。
4、无线数据 传输系统
3、DRMTS地 面工控系统 磁信号通过 电缆上传
5、磁信号 解释处理 中心
洞穴井
钻头与探管相 对位置关系
形成旋转磁场
螺杆及LWD 1、DRMTS磁发射装置
水平井
1、DRMTS测 量探管
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二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
一、单位基本情况
煤层气钻井完井设计、跟踪研究、区块监理工作 煤层气水平井钻井工程现场实施技术（具备工程总包能力） 水平井远距离穿针技术服务 煤层气筛管完井技术 煤层气欠平衡钻井技术 煤层气钻完井工程实验评价技术 煤层气绳索取心工艺技术服务
一、单位基本情况
拥有独立开发的煤层气多分支井优化设计、欠平衡设计、欠平衡钻井风险评估三 套软件，并取得集团公司煤层气钻井设计资质证书
距离30米 方位偏差 控制在1度 以内
距离10米， 方位偏差 控制在0.5 度以内
距离1米 方位偏差 控制在0.5 度以内
钻进方向
钢 套 管 井
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二、DRMTS-II远距离穿针钻井技术
经济技术指标
最大探测范围及 精度
国外同类技术
井下最大探测范围达到 70米；距离测量误差小 于5% 系列较全，最小尺寸31/2″ 磁场饱和，不能进行测 量及定位作业 只测量距离和方位偏差 每套设备售价160万元， 专利费 5 万元 / 井次；技 术服务费用25万元/井次
国内同类技术
DRMTS-I穿针装备
DRMTS-II穿针装备达到 80米井下探测范围；距
离测量误差小于5%
产品规格系列 近距离测量（5米 以内） 空间导向
本项目研发前及 研制出4-3/4″等三种规格 研发过程中国内 系列装备， 尚无该类技术
可在1~5米近距离范围进 行测量及定位作业 可测量井斜偏差，能够三
靶点井斜角(°)
90.8 89.26 90.81 91.21 91.45 91.05 90.43 89.88
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