煤层气井总体设计
(冶金行业)煤层气井钻井地质设计
（冶金行业）煤层气井钻井地质设计引言为了发展我国煤层气产业，扩大煤层气勘探成果，实现煤层气勘探开发的产气突破，同时顺应国家西部大开发的战略部署，加快云南省煤层气勘探开发的步伐。
按照《云南省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》，我X公司和云南省143勘探队共同组织人员于2002年3月初进行了现场实地踏勘，搜集有关资料，特编制此《地质设计书》。
1基本数据（1）井名：EH—01（2）井别：煤层气参数井兼生产试验井（3）设计井位：云南曲靖市东山镇咱得村北、清水沟井田北部第15勘探线上1501号钻孔以东125米处。
（4）构造位置：恩洪矿区清水沟井田咱得向斜西翼（5）设计井深：660米（6）设计座标：纵座标（X）：2802050横座标（Y）：18412825标高（H）：+2005米（7）目的煤层：二叠系龙潭组C9、C16和C21b煤层（8）完井层位：二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）（9）完井方式：根据采样、试井、测井等综合勘探手段获得的成果研究、分析，若结论显示本井不具有开发潜力，则分段对含水层及井口封固完井；若分析结论显示本井具有开发潜力，则对参数井进行扩孔改造，变成生产试验井，完井方式为套管完井。
（10）完钻原则：C21b号煤层底板以下50米完钻。
2部署方案及钻探的目的任务2.1部置方案（见图1）恩洪煤层气勘探项目分为煤层气资源评价，钻井和地震勘探、生产试验三个阶段，为了查清勘探区内煤层赋存状况，根据综合分析和研究以往地质勘探成果资料，结合野外实地踏勘情况，首先在恩洪勘探区南部煤炭勘探区和未勘探区的结合部附近，布置壹口参数井，即EH—01；在勘探区北部煤炭普查勘探区内，布置另壹口参数井，即EH—02井。
以获取不同区域，不同构造部位，不同应力均条件下有关煤层气地质储层参数。
同时针对该区构造比较复杂的特点，在煤田普查区及预测区，进行二维地震勘探，提高勘探程度和煤层气储量的控制程度，为下壹步的勘探开发提供科学依据。
煤层气水平井方案
煤层气水平井方案1.方案设计1.1选址：选取地质条件良好、煤层埋藏深度适中、含气量较高的地区作为水平井的选址点，避免地质构造复杂、含水层丰富等问题的存在。
1.2井型设计：根据煤层气田的特点，选择合适的水平井井型。
常用的井型有水平主井和支撑井两种。
水平主井负责收集煤层气，支撑井则用于增加井眼的稳定性和增加压裂作业的缓冲地带。
1.3井距设计：井距的设计应根据地质条件、煤层厚度、煤层气含量等因素进行合理安排，以保证煤层气的充分开采。
1.4钻探方法：根据地质条件和煤层厚度，选择合适的钻井方法。
常用的钻探方法有常规钻井、立体钻井、环状钻井等，可根据实际需要选择合适的方法。
2.技术要点2.1钻井方法：常用的钻井方法有钻井绳、钻井管和旋喷法等。
钻井绳法钻井速度快，但要求井眼稳定性高；钻井管法钻井成本低，但作业效率较低；旋喷法结合了两者的优点，常用于煤层气水平井的钻井作业。
2.2完井技术：水平井完井技术是确保煤层气产量和采收率的关键。
常用的完井技术有压裂技术和射孔技术。
压裂技术通过将压裂液注入煤层，使其裂缝扩展，增加煤层的渗透性；射孔技术通过在煤层中钻孔，打通煤层与井筒之间的通道，使煤层气能充分流入井筒中。
2.3井眼稳定性控制：由于水平井位于地下较深处，地应力较大，井眼稳定性较差，需要采取一定的措施进行控制。
例如，在钻探过程中使用加筋套管和套管级间充填物，增加井眼的稳定性。
2.4井壁清洁与防塞措施：在钻井过程中，由于煤层中存在大量的湿气和浮游物质，会导致井壁被污染和堵塞。
因此，需要采取适当的措施进行井壁清洁和防塞，以确保水平井的正常运行。
综上所述，煤层气水平井的方案设计关键在于选址、井型、井距和钻探方法等的合理选择，而技术要点则涵盖了钻井方法、完井技术、井眼稳定性控制以及井壁清洁与防塞措施等方面。
只有在正确的方案设计和技术要点的指导下，水平井才能有效地提高煤层气的采收率和产量。
煤层气01钻井工程设计
恩洪煤田煤层气勘探EH-01 井钻井工程设计1 设计依据主要依据：1）中联煤层气有限责任公司《云南省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》；2）《恩洪煤田清水沟井田地勘报告》；3）本勘探区与相邻勘探区以往钻探施工经验；4）现有煤层气钻探施工设备、人员、技术状况实际。
2 基本数据•钻井名称：EH-01•钻井性质：煤层气参数井兼生产试验井•设计井位：曲靖市东山镇咱得村北，清水沟井田北部15 勘探线上1501号钻孔以东125m处。
•设计坐标：X 2802050YZ 2005•设计井深：660m•目的煤层：P2l 组C9、C16、C21b号煤层。
•完钻层位：C2i b号煤层以下50米，下二叠系、峨眉山玄武岩组。
•完井方式：套管完井。
3 钻井目的1 ）获取系统可靠的目标煤层的储层参数，主要包括煤层厚度、埋深、煤岩及煤质特征、割理和裂隙发育程度、含气量、含气饱和度、等温吸附曲线、渗透率、储层压力、原地应力、煤层顶底板岩石的力学性质2）评价该区煤层气地质条件、储层特征、资源分布与开发条件。
3）根据分析、测试资料决定是否对参数井进行扩孔改造，变成生产试验井，对目标煤层进行压裂排采试验，以获取煤层气井生产数据；4）根据排采试验成果，评价该区煤层气勘探开发潜力和开发试验的可行性。
4 技术要求钻井液性能使用要求储层压力一般随埋藏深度的增加而增大。
根据区域地质、煤田地质资料，预测该区煤储层压力梯度在10—12kPa/m 之间。
据此可对钻井液及各项工程参数进行调整，维持近平衡钻进。
根据该区构造复杂、断层多，煤层层数多、厚度大、倾角大的特点，如何有效的保持井壁的稳定性又能尽量减少钻井液对煤储层的伤害，从而确保EH—01 井能真正达到钻井目的。
对该井钻井液性能使用要求如下：1）开孔至第一目标层以上10 米，采用泥浆钻井，以便起到良好的护壁作用；2）从第一目标层开始，要求采用清水钻进，以达到：•最大限度地减少钻井液对煤层的污染；•保证试井工作的顺利进行，以获取准确的储层参数。
煤层气参数井设计方案
3 煤层气参数井方案3.1 目的与任务1 主要目的（1）取全取准各项地质资料，评价东升煤田煤层的煤厚、煤质、盖层及含气性。
（2）了解工业产能，进一步评价煤层气勘探前景，为试采和开发试验提供地质数据。
本区煤层气勘探基础资料较少，因此在开展煤层气钻探的同时，必须进行钻探动态跟踪分析和综合研究，深化认识。
2 主要任务获取东升煤田煤层气可靠的评价参数，主要项目包括：煤层厚度、埋深、煤岩、煤质、割理和裂隙发育程度、煤体结构、等温吸附/解吸特征、含气量、含气饱和度、储层压力、煤层顶底板岩性、岩石节理/裂隙、结构/构造、成分、岩石力学性质、单井产气量等参数。
3.2 井位部署1 井位部署原则（1）煤田勘探程度高，地层、构造、煤层厚度、地层倾角比较清楚。
（2）煤层发育，单层厚度大，可采总厚度较大。
（3）煤层气含量较高且稳定性较好，其附近构造相对简单或拉张应力场（如向斜翼部和正断层附近等）部位。
（4）煤的渗透性较好，煤层以原生结构、碎裂煤为主，裂隙（煤层割理）较发育，避开构造复杂区和构造煤（碎粒煤、糜粒煤）发育地段。
（5）目标煤层为矿区主要可采煤层，且埋深300~1000m，并避开采空区。
（6）煤层气含量面积大，资源量较大、资源丰度较高。
（7）地形相对平缓、交通方便、施工条件相对较好等。
按上述条件，可优先考虑在东升井田东部施工1口煤层气参数井，目的层为七2、六2、、四2、二1煤。
东升井田参数井井位部署见图3.1和表3.1图3.1 东升井田地面井位置示意图设计井型为垂直井井型。
采用二开的井身结构方案：一开采用311.1mm钻头，钻穿基岩风化带20米后，下入244.5mm表层套管，封固地表疏松层，砾石层，建立井口，注水泥全封固；二开采用215.9mm钻头，钻至二1煤层底板以下60米完钻，下入139.7mm生产套管，注水泥封固至地面，加固井身，延长地面井瓦斯抽采时间。
图3.2 DS参-001井井身结构示意图3.4 取芯设计（1）尽可能在钻遇煤层顶以上5 m开始密闭取心，取至底板岩心。
煤层气钻井工程设计47页PPT
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
煤层气采气井排采系统优化设计
煤层气采气井排采系统优化设计煤层气（CBM）是一种天然气的形式，储存在煤层之中。
采气井排采系统是将煤层气从井口输送到地面的关键设备，对提高CBM产量和经济效益至关重要。
因此，优化设计排采系统是煤层气开发的重要环节之一。
本文旨在通过综合分析现有煤层气采气井排采系统的问题与挑战，提出一种优化设计方案。
首先，我们需要深入了解煤层气采气井排采系统的组成部分。
它包括煤层气井筒、泵浦设备、管道系统、集油池和处理设备等。
这些组件之间的协调和优化设计，对于实现高效的煤层气采集至关重要。
接下来，我们分析煤层气采气井排采系统面临的挑战。
首先是井底压力的问题。
在传统的煤层气开采方法中，煤层气是由煤层压力驱动到井口的。
然而，由于煤层渗透性的限制和胀缩表现，煤层气的井底压力会逐渐降低，影响采气效率。
因此，我们需要设计一个能够维持较高井底压力的系统。
其次，是水的处理问题。
在CBM采气过程中，常常会伴随大量的水排出。
这些水不仅降低煤层气采集的效率，还会带来砂砾的冲蚀问题。
因此，我们需要设计一个有效的水处理系统，包括沉沙池、过滤器和水泵等，使水的排放达到环保标准。
另外，是压力损失的问题。
在管道输送过程中，由于管道摩擦和管道尺寸不合理等原因，压力会逐渐损失。
为了减少压力损失，我们需要合理选择管道材料、优化管道布局，并使用合适的泵浦设备，以确保煤层气能够高效地输送到地面。
针对以上问题，我们提出以下优化设计方案。
首先，我们可以应用增压技术提高井底压力。
通过在井筒上部安装增压泵浦，在提高井底压力的同时，也可以增加煤层气的排出速度。
其次，我们可以设计一个高效的水处理系统。
通过使用沉沙池和过滤器，可以将煤层气中的砂砾分离出来，并净化水质，以确保排放的水达到环境要求。
此外，可以采用再生水回用技术，将处理后的水重新注入井筒中，以减少水的损失。
最后，优化管道布局和使用合适的泵浦设备，可以减少压力损失。
合理选择管道材料，并优化管道的直径和长度，可以减小管道的摩擦损失。
煤层气采气井排采系统优化设计
煤层气采气井排采系统优化设计煤层气是一种重要的清洁能源资源，其开发利用对于缓解能源紧缺、减少污染排放具有重要意义。
煤层气采气井排采系统是煤层气勘探开采的关键设备，其性能优劣直接影响到煤层气的采收效果和经济效益。
因此，对煤层气采气井排采系统进行优化设计具有重要意义。
近年来，随着煤层气勘探开发的深入，煤层气采气井排采系统的设计优化也越来越受到重视。
煤层气采气井排采系统的设计优化旨在提高采气效率、降低生产成本、延长井寿命，从而实现可持续发展。
在进行时，需考虑多方面的因素，包括井筒结构、井眼装备、井底测试、压裂技术等。
首先，在井筒结构方面，需要考虑井筒直径、井深、井眼位置等因素。
井筒结构的合理设计能够提高井的稳定性和完整性，减少井漏和井壁垮塌的风险，保障井的安全运行。
同时，通过优化井筒结构还可以提高井眼通透性，增加煤层气的采收效率。
其次，在井眼装备方面，需要考虑井口装备、井下泵设备、井下测井等装备的选择和配置。
井口装备的选择应考虑到井口封堵、防喷溢、排砂排砂和排矿的功能，以保证井口的安全运行。
同时，选择适当的井下泵设备能够有效提高煤层气的采收效率，降低生产成本。
另外，在井底测试方面，需要充分考虑井底测试的频率、测试方法、测试参数等因素。
井底测试是煤层气采气井排采系统运行过程中的重要环节，通过井底测试可以实时监测煤层气产量、地层压力、水平动压力等参数，发现问题及时调整，保障井的正常运行。
此外，在压裂技术方面，需要注意压裂液配方、注入压力、注入速度等因素。
压裂技术是提高煤层气采收效率的重要手段，通过合理设计压裂液配方和控制压裂参数，可以有效改善煤层气的渗透性，提高采收率。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，煤层气采气井排采系统的优化设计是一个复杂的系统工程，需要综合考虑多种因素，从而实现煤层气的高效开采和利用。
通过不断研究和实践，提高煤层气采气井排采系统的设计水平，促进煤层气资源的可持续开发利用。
希望未来能够有更多的研究者投入到煤层气采气井排采系统优化设计领域，为我国煤层气资源的保障和可持续发展做出更大的贡献。
煤层气钻井工程设计
第25页，本讲稿共44页
3. 工程设计
3.1 工程设计步骤
井施工进度曲线
科学系统地进行钻井工程设计是确保钻成高质量煤层气井的前提，任何煤层气井钻井
B . 煤层气钻井工程施工设计 （通常由施工者编制）
a. 煤层气钻井工程施工设计 （参见《煤层气钻井工程施工设计格式》）
b. 煤层气地质录井施工设计 （参见《煤层气地质录井施工设计格式》） c. 煤层气测井施工设计 （参见《煤层气测井作业规程》） d. 煤层气固井施工设计
e. 煤层气试井施工设计 f. 煤层气分析测试设计
煤层气钻井工程设计
第1页，本讲稿共44页
钻井工程设计原则
既要坚持科学态度，积极采用新工艺、新技术、新 设备和新材料
又要制定合理、简单可靠的技术工艺流程，减少投 资，降低成本
同时便于生产管理，正确处理技术先进与经济合理的关系
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钻井工程设计类型
A. 煤层气钻井工程技术方案 （通常由作业者起草）
故障提示 防塌、防漏、防斜 防斜、防漏、防涌
防漏、防涌
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2. 地质设计
2.3 地质录井设计
地质录井执行《煤层气地质录井作业规程》。煤层气井钻井过程中的地质录井应包括以下 几个方面：
1）岩煤屑录井 非煤系地层每2～4m捞取1包；煤系地层每1～2m 1包；目的层段（煤层）每0.5m 1包。 2）钻时录井 非煤系地层每1～2m记录1个点；煤系地层每0.5～1m记录1个点；目的层井段每0.1m记录 1个点。 3）钻井循环介质录井 准确记录测点井深的钻井循环介质性能资料，如钻井循环介质的类型、密度、粘 度、失水量、泥饼、切力、pH值、含砂量、氯离子含量等。
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目录
地质部分 (1)
一、基本数据 (1)
二、枣圆煤层气开发试验区布井方案
及该井在井网中的位置钻探目的 (1)
三、设计依据 (2)
四、设计地层剖面及目的煤层深度、厚度预测 (3)
五、地质录井项目及要求 (3)
六、地球物理测井 (3)
七、地层测试 (4)
八、样品采集与分析测试 (4)
工程部分 (6)
一、井身结构及套管程序 (6)
二、井身质量、固井质量......等项要求.. (6)
三、各阶段施工要求 (6)
四、施工进度预测 (8)
资料要求 (9)
一、需要提交的资料 (9)
二、资料提交时间 (10)
地质部分
一、基本数据
井名：
井别：参数井+试验井
地理位置：
构造位置：
井位坐标：
X：Y：H：米
设计井深：米
目的煤层：二叠系山西组3#煤层和石炭系太原组15#煤层。
完钻层位：奥陶系峰峰组。
完钻原则：钻穿石炭系太原组15#煤层以下60米完钻。
完井方法：套管完井。
二、开发试验区布井方案及该井在井网中的位置和目的任务
该井的主要钻探目的和任务是：
（1）获取可靠的目标煤层（3#、15#）煤层气评价参数，主要包括煤层厚度、埋深、煤岩煤质、割理和裂隙发育程度、等温吸附特征、含气量、含气饱和度、地层压力、原地应力、煤及顶底板岩石力学性质等。
（2）根据获得的较可靠的煤储层实测参数，与TL-003井进行初步对比研究，指导井网其它各井下步施工方案。
（3）井网其它各井钻井工程全部结束后，统一对主力煤层—3#煤层进行射孔压裂和排水采气试验。
三、设计依据
(1)“沁水盆地南部枣圆煤层气开发试验部署方案”（1999）
(2) “枣圆煤层气开发试验井网各井总体设计原则”（讨论纪要）
(3)“沁水盆地XXX井完井地质总结报告”（1998.2）
(4) 沁水盆地XXX、XXX等井总体设计
四、设计地层剖面及预测目的煤层厚度和深度
根据井网上已完井的XXX井（相距该井约800m）完井地质总结报告，结合其他煤田勘探钻孔资料，并参考樊庄区块3#煤层、15#煤层厚度等值线和底板标高等值线图，预测出该井钻遇地层深度和厚度见表1。
预计该井3#煤层顶界深度为470m，厚度约6.0m; 15#煤层顶界深度为580m，厚度约1.4m。
该井设计地层分层数据表表1
五、地质录井项目及要求
按照煤层气勘探“参数井+试验井”所要获取的各项参数的要求，钻井过程中必须进行下列录井。
岩屑录井、钻时录井、岩芯录井、气测录井均执行中联公司颁发的《煤层气钻井地质录井作业规程》。
钻井液录井：
(1) 在非煤系层井段，每天做一次全性能测定；每两小时测定一次一般性能（密度、粘度）。
(2) 煤层井段或发现气测异常时，要连续测定钻井液密度、粘度，并做好记录。
(3) 取煤芯前，要对钻井液作一次全套性能测定。
简易水文观测：
(4) 全井钻探过程中，均要做好简易水文观测工作。
(5) 每次起钻后，下钻前要测量一次泥浆罐及井筒液面，记录钻井液消耗量。
(6) 注意记录井漏、井涌层位和当时井深以及井内液面变化情况。
如遇井漏，要测量其漏失量；如遇井涌，要测量井涌层压力和涌出量，并取水样做全分析。
六、地球物理测井
测井项目及技术要求，执行中联公司颁发的《煤层气井测井作业规程》。
七、地层测试
采用下行的方法，分别对3#煤层和15#煤层进行测试，测试项目有：注入/压降测试，原地应力测试。
测试中必须获得的主要参数：煤层渗透率、储层压力及压力梯度、原地应力及应力梯度、破裂压力、闭合压力、表皮系数、调查半径、储层温度等。
八、样品采集与分析测试
对3#煤层和15#煤层的顶、底板岩芯分别采集1～2个样（具体块数根据实验要求定）作相应孔隙度、渗透率和岩石力学性质测试。
煤样的采集一般每0.5m采集1个解吸样，3#、15#煤层各采一个快速解吸样，每层煤采集1～3个吸附和其它测试分析样品。
根据该井的煤层厚度预测，其主要煤层的样品测试项目和采集数量见表2。
煤层样品采集与测试分析计划表表2
说明：
a.煤样做完快速解析后，立即进行工业分析、平衡水分和等温
吸附实验。
b.等温吸附实验中包括平衡水分测定。
工程部分
一、井身结构及套管程序
附：井身结构示意图。
二、井身质量、钻井液性能、煤层保护、井控、固井质量、取芯质量、环境保护等项要求，均执行中联公司颁发的《钻井工程质量标准》。
三、各阶段施工要求
一开阶段：
该井段地层主要以第四系河滩石为主，钻进中要注意：
(1) 防止井漏、井眼垮塌。
(2) 要严格控制钻压，防止井斜，以保证井眼垂直，下套管顺利。
(3) 准备足够的堵漏材料，以保证施工的正常进行。
(4) 确认进入基岩10米后方可停钻下套管。
二开阶段：
(5) 做好钻头及钻井参数的优选工作，以提高钻井速度。
(6) 严格控制钻井参数，坚持每100米左右或每趟钻测量一次井斜。
把井斜控制在要求的范围内，以保证后续施工的正常进行。
(7) 注意防止井内掉块，取芯前用大排量将井内冲洗干净。
做好一切取芯准备。
取芯阶段：
(8) 取芯前认真检查取芯工具，保证工具灵活好用。
(9) 进入煤系地层前，对所使用的取芯工具，要进行试取芯，以保证煤芯收获率。
(10) 取芯操作要由专人负责，分工要明确，各岗位要严格把关。
(11) 煤层取芯要严格控制参数，均匀送钻，认真操作。
(12) 入井钻具要仔细检查、丈量，保证水眼畅通、钻具准确无误。
测试阶段：
(13) 测试前认真检查测试工具、仪器、仪表，保证测试管串有足够的抗拉强度，安全可靠，而且灵活好用。
(14) 入井工具要在地面试好压。
管串到位后，要进行管柱试压。
(15) 要严防落物入井，保证测试顺利进行。
完井阶段：
(16) 做好井眼准备，以保证电测井、下生产套管、固井等作业顺利进行。
(17) 套管上扣扭矩必须满足规范要求，必须使用套管密封脂。
(18) 按设计要求装好井口，并试压。
(19) 完井井口（即5 1/2 套管接箍顶）高度要小于0.3m。
(20) 井口平面必须保证水平。
(21) 在交井前要用丝堵将井口封牢。
四、施工进度预测
一、需要提交的资料
执行中联公司印发的《钻井工程应提交资料清单》。
二、资料提交时间
1、气测、测井和测试数据软盘，在施工结束后立即提供。
2、现场回放的测井曲线，要在单项采集作业完毕后随即提供。
3、现场测井解释小结，于全部测井项目进行完毕2天内提供。
4、测井解释报告和所有正式测井曲线图，在完井后7天内提交。
5、地层测试现场初步解释小结在每层测试结束后1天内提供。
6、《地层测试解释报告》15#煤层测试作业结束后15天内提交。
7、《样品快速解吸及等温吸附实验报告》在15#煤层取芯结束后20天内提交。
8、《样品分析测试实验报告》实际解吸结束时间后6周内提交。
9、《钻井工程技术总结报告》、《完井地质总结报告》在完井后30天内提交。
10、其它各项需要提交的资料，要在完井验收前进行整理、装订，于完井验收时一并提交。
11、所有钻井、测试成果报告及图件均先提交二份送审稿。
10。