DB34T4381-2023两淮煤矿地面定向多分支水平井钻井技术规程-(高清正版).pdf
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1、 ICS 73.100.30 CCS D 10/19 34 安徽省地方标准 DB34/T 43812023 两淮煤矿地面定向多分支水平井钻井 技术规程 Regulation for drilling technology of ground directional multi-lateral horizontal wells in the Huainan and Huaibei coal mines 2023-03-01 发布 2023-04-01 实施 安徽省市场监督管理局 发 布 目次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.2 4 工程设计.4 设计步骤.4
2、设计书格式.4 井身结构设计.5 井眼轨迹设计.6 下部钻具组合设计.6 钻井液设计.7 井口及井控装置设计.8 固井工程设计.8 5 钻前准备.9 钻前准备内容.9 钻井工程准备.10 钻井液准备.10 钻前验收.10 6 钻进施工.10 定向钻进.10 钻井液性能监控.11 简易水文观测.11 井内复杂情况预防与处理.11 钻井井史.11 7 水平井轨迹控制.11 准备.11 轨迹控制.12 安全措施.13 8 固井施工.13 准备.13 套管准备.14 施工.14 套管柱试压.14 9 侧钻.14 水泥塞螺杆钻具侧钻.14 悬空侧钻.15 10 煤层气井井控.15 11 钻井完井交接验收
3、.16 交接验收程序.16 井身质量验收.16 固井质量验收.16 完井质量验收.17 井场环保验收.17 12 钻井工程资料汇交要求.17 一般要求.17 设计资料.17 原始资料.17 技术总结报告.18 附录 A(资料性)水害地面区域探查治理等钻井工程设计书格式.19 附录 B(资料性)水害治理井开工验收报告.25 附录 C(资料性)水害治理井竣工验收报告.26 附录 D(资料性)钻井工程资料汇交清单.27 附录 E(资料性)井内复杂情况预防与处理.28 E.1 井内复杂情况和事故的预防措施.28 E.2 井内事故处理.29 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部
4、分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由安徽省煤田地质局提出。本文件由安徽省自然资源厅归口。本文件起草单位:安徽省煤田地质局、安徽省煤田地质局第一勘探队、中国地质大学(武汉)、安徽省煤田地质局第二勘探队、安徽省煤田地质局第三勘探队、安徽省煤田地质局水文勘探队、安徽省煤田地质局勘查研究院。本文件主要起草人:章云根、孙家应、程万、方潮杰、余大有、尹德战、李华、张强、周化忠、刘琰、查显东、石耀军、蒋国盛、吴翔、蔡记华、陆洪智、杨现禹。两淮煤矿地面定向多分支水平井钻井技术规程 1 范围 本文件规定了两淮煤矿地面定向多分
5、支水平井钻井的工程设计、钻前准备、钻进施工、水平井轨迹控制、固井施工、侧钻、煤层气井井控、钻井完井交接验收、钻井工程资料汇交要求等内容。本文件适用于两淮煤矿地面定向多分支水平井钻井的设计、施工、交接验收和资料汇交。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。DZ/T 0250-2010 煤层气钻井作业规范 SY/T 5088 钻井井身质量控制规范 SY/T 5089.1 钻井井史格式第1部分:陆地部分 SY/T 5333 钻井工程设计格
6、式 SY/T 5358 储层敏感性流动实验评价方法 SY/T 5374.1 固井作业规程第1部分:常规固井 SY/T 5396 石油套管现场检验、运输与贮存 SY/T 5412 下套管作业规程 SY/T 5416.1 定向井测量仪器测量及检验第1部分:随钻类 SY/T 5416.2 定向井测量仪器测量及检验第2部分:电子单多点类 SY/T 5416.3 定向井测量仪器测量及检验第3部分:陀螺类 SY/T 5435 定向井轨道设计与轨迹计算 SY/T 5466 钻前工程及井场布置技术要求 SY/T 5480 固井设计规范 SY/T 5547 螺杆钻具使用、维修和管理 SY/T 5587.14 常
7、规修井作业规程第14部分:注塞、钻塞 SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋 SY/T 5619-2018 定向井下部钻具组合设计方法 SY/T 5678 钻井完井交接验收规则 SY/T 5724 套管柱结构与强度设计 SY/T 5954 开钻前验收项目及要求 SY/T 5964 钻井井控装置组合配套、安装调试与使用规范 SY/T 5974 钻井井场设备作业安全技术规程 SY/T 6276 石油天然气工业健康、安全与环境管理体系 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。井眼轨迹 well trajectory 井眼轴线的空间位置。来源:GB/T 289112012,9.4.1 落鱼 fish
8、 落入井内的管具和仪器等。来源:GB/T 289112012,13.6.1 鱼顶 fish top 落鱼的顶部。来源:GB/T 289112012,13.6.1.2 随钻测井 logging while drilling 随钻测量地质参数。来源:GB/T 289112012,9.6.13 方位角 closure azimuth 以井眼轴线上某点的正北方位线为始边顺时针旋转到该点井斜方位线所转过的角度。来源:GB/T 289112012,9.2.3 三段式轨迹 build and hold trajectory 自井口开始,依次为直井段、增斜段、稳斜段的井眼轨迹。来源:GB/T 28911201
9、2,9.4.1.5 五段式轨迹 build-hold-and-drop and hold trajectory 自井口开始,依次为直井段、增斜段、稳斜段、降斜段、稳斜段的井眼轨迹。来源:GB/T 289112012,9.4.1.6 双增式轨迹 double-hold-build trajectory 自井口开始,依次为直井段、增斜段、稳斜段、增斜段、稳斜段的井眼轨迹。来源:GB/T 289112012,9.4.1.7 稳斜段 hold section 井眼轨道上井斜角保持不变的井段。来源:GB/T 289112012,9.4.1.3 增斜段 build section 井眼轨道上井斜角逐渐增大
10、的井段。来源:GB/T 289112012,9.4.1.2 地质导向钻井 geo-steering drilling 利用随钻测井和随钻地层评价技术,引导钻头准确钻达预定的目标地层的钻井方式。来源:GB/T 289112012,9.5.6.4 定向井 directional well 设计的目标点与井口不在同一铅垂线上的井。来源:GB/T 289112012,2.2.2.2 水平井 horizontal well 井眼进入目的层时井斜角接近、等于或大于90并在目的层中延伸一定长度的定向井。来源:GB/T 289112012,9.1.7 分支井 multilateral wells;multi-
11、branch wells 同一井口设计有两个或两个以上井底的井。来源:GB/T 289112012,9.1.3 闭合距 closure distance 井眼中心线上某点至井口所在铅垂线的距离。来源:GB/T 289112012,9.2.5 工具面 tool face 造斜工具本体轴线与造斜力作用方向线构成的平面。来源:GB/T 289112012,9.5.13 滑动钻进 slide drilling 钻柱不旋转,依靠井底动力钻具带动钻头旋转的钻进方式。来源:GB/T 289112012,7.1.1 复合钻进 compound drilling 钻柱和井下动力钻具同时驱动钻头工作的钻进方式。来
12、源:GB/T 289112012,7.1.2 钻井液 drilling mud 钻井过程中用以满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。来源:GB/T 289112012,11.1.1 下部钻具组合 bottom hole assembly 钻头之上主要用于控制钻头前进方向的包括各种特殊钻具在内的那段紧靠钻头的一段钻柱。来源:GB/T 289112012,6.2.8 悬空侧钻 sidetracking off bottom 造斜工具提离井底的情况下侧向钻进到地层中的工艺过程。来源:GB/T 289112012,9.5.10.3 侧钻 sidetracking 在已钻的井眼内,从井壁一侧钻出新井眼的
13、工艺过程。来源:GB/T 289112012,9.5.10 井眼曲率 borehole curvature 表示井眼轴线弯曲程度的参数。表述方法有两种:全角变化率和狗腿严重度。来源:GB/T 289112012,9.2.16 煤层气井 coalbed methane well 以煤层气排采为目的的井眼。水害治理井 water disaster control well 以治理矿井水害为目的的井眼。API 标准 American Petroleum Institute(API)standard 美国石油协会标准。PDC 钻头 polycrystalline diamond compact bit
14、 采用聚晶金刚石复合片作为基本切削单元的固定齿钻头。钻柱 drilling string 自水龙头以下钻头以上钻具管串的总称。4 工程设计 设计步骤 钻井工程设计一般步骤如下:a)井身结构设计;b)井眼轨迹设计;c)钻井设备优化组合设计;d)钻柱及下部钻具组合设计;e)钻井液设计;f)优化钻井工艺技术;g)井控设计;h)固井工程设计;i)随钻测量方案设计;j)工序安排。注:第(3)、(6)、(9)步在施工组织设计中根据工程实施的具体情况执行,第(7)、(10)步根据地质设计和工程目的要求确定是否执行。设计书格式 4.2.1 煤层气钻井工程设计书格式参照 SY/T 5333 的规定执行。4.2.
15、2 水害地面区域探查治理等钻井工程设计书格式参见附录 A。井身结构设计 4.3.1 井身结构设计依据 井身结构设计的主要依据是地质条件、地质设计要求、完井方法、孔隙压力、水文地质条件、破裂压力、生产力技术水平、井下采掘时空关系、钻探规程等。4.3.2 井身结构设计程序 4.3.2.1 井身结构设计程序应按照自下而上的流程进行:a)确定最优生产套管规格和下套管的深度;b)确定套管结构和井身结构设计安全系数;c)确定各开次的井径和井深;d)确定各层套管、钻头的尺寸和水泥浆返高。4.3.2.2 实际设计中应根据具体地质条件综合考虑各方面的因素作相应补充和完善。4.3.3 井身结构设计原则 4.3.3
16、.1 井身结构应满足钻井、完井生产需要以及获取参数的需要。4.3.3.2 钻井工艺技术应有利于保护煤、水等自然资源储层。4.3.3.3 充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要。4.3.3.4 宜简化井身结构。4.3.3.5 水平井水平段井径应满足抽排气或注浆要求。4.3.3.6 套管下深应确保套管隔离含水层。4.3.3.7 水平井段选择应满足钻进目的层位钻遇率的要求。4.3.3.8 平滑快速钻进。4.3.3.9 常规钻井井身结构宜采用表 1 和表 2 所示结构。表1 煤层气井常规钻井井身结构表 单位:mm 开钻程序 钻头尺寸 套管类型 套管尺寸 一开 444.5 表层套管 339
17、.7 二开 311.1 技术套管 244.5 三开 215.9 生产套管 139.7 表2 水害治理井常规钻井井身结构表 单位:mm 开钻程序 钻头尺寸 套管类型 套管尺寸 一开 311.1 表层套管 244.5 二开 215.9 技术套管 177.8 三开 152.4 裸眼完井 井眼轨迹设计 4.4.1 井眼轨迹设计原则如下:满足工程目的的要求;满足下井管柱强度的要求;选择形状简单、轨迹顺畅等易于施工的轨迹;在不增加钻井难度前提下,减少钻井总进尺;设计参数的选取宜考虑到地质构造和工具特性等因素的影响。4.4.2 井眼轨迹设计条件有:地质设计给定的井口坐标和各靶点坐标,以及对轨迹设计的要求。4
18、.4.3 宜采用中半径或长半径井眼剖面。轨迹可采用三段式、五段式或双增式轨迹。4.4.4 设计分支井井眼轨迹时还宜考虑以下问题:根据分支井眼侧钻方式的不同,确定分支井眼侧钻点的间隔距离及初始井深;裸眼侧钻点应选在岩性比较稳定的可钻性较好的地层,避开极硬、岩石研磨性强的地层;避免在易坍塌地层套管开窗,同时要防止套管扶正器和接箍的影响;靶点位移及水平段长度的设计,宜考虑主井眼的条件、目标层压力、能量以及煤层气流间的相互作用等因素;井眼曲率设计宜考虑完井方式的要求,水害治理井的井眼曲率一般不超过 10/30m,煤层气井的井眼曲率一般不超过 6/30m;若用斜向器开窗时,斜向器宜下在直井段或稳斜段;主
19、井眼轨迹应简单,且主井眼和分支井眼连接处过流压差最小;应缩短分支井眼在井斜角 45 60 范围内的井段长度,同时避免在井斜角为 45 60 的主井眼内设计分支井眼,以防止产生岩屑床,造成井下复杂事故。4.4.5 主要设计数据包括造斜点深度、造斜率、井深、方位角、闭合距等。多分支水平井设计数据还应包括分支点间距、分支间距、分支井眼长度、分支井眼偏离主井眼角度、分支井井眼曲率等。4.4.6 井眼轨迹设计的具体方法可参照 SY/T 5435 的规定。下部钻具组合设计 4.5.1 一般要求 4.5.1.1 下部钻具组合设计包括钻头、钻铤(含无磁钻铤)、钻杆(柱)、扶正器、随钻震击器以及其他井下工具的选
20、择和设计,应结合工程特点,参照 SY/T 5619 的规定执行。4.5.1.2 在满足钻井作业要求的条件下,以简化钻具结构为原则,依据井眼直径、井斜控制要求、地层因素及钻压使用范围,选择钻铤直径和长度、扶正器位置和数量,并指出各套钻具的用途(如造斜、稳斜、降斜、通井、钻水泥塞等);根据井深、钻井难度、井径和井身剖面类型,提出适用的钻杆尺寸和钢级。4.5.2 钻头 4.5.2.1 要在综合考虑地层特征、钻进效率、钻井成本、水力参数的基础上,合理选择钻头。4.5.2.2 钻头尺寸选择按照 4.3.3.9 条款执行。4.5.3 钻铤 4.5.3.1 根据钻井设计的钻压来确定钻柱中钻铤的数量。一般情况
21、下,以钻压不超过钻铤重量的 2/3为原则。钻进时,轴向拉、压应力中和点应位于钻铤全长的 2/3 左右位置。应按照公式(1)计算所需钻铤长度:bccosLK WLfW=(1)式中:L 通过设计钻压计算的中和点以下的钻铤长度,m;Wb 设计的钻压,kN;Wc 空气中每米钻铤的重量,kN/m;井斜角,rad;f 浮力系数,无量纲;KL 钻铤长度修正系数,一般取值 1.081.12。4.5.3.2 浮力系数可用公式(2)计算:cmcf=(2)式中:c 钻铤钢材密度,g/cm3;m 钻井液的密度,g/cm3。4.5.3.3 钻铤重量满足钻压要求、钻具承受能力和中和点的要求。4.5.3.4 垂直段钻井选用
22、钻铤直径时,应根据井眼弯曲度的要求,可采用“满眼”钻具或“钟摆”钻具。4.5.3.5 无磁钻铤长度一般不小于 9 m。4.5.3.6 钻铤柱中最大钻铤外径应保证在打捞作业中能够套铣。4.5.3.7 钻铤的刚度应适用于设计的井眼曲率。4.5.4 扶正器 对于倾角大、软硬交错互层多的易斜地层,应采用扶正器,宜采用螺旋式扶正器。钻井液设计 4.6.1 钻井液设计依据 应根据已知的地层结构、岩性特征、地层压力等地质资料,掌握压力系数,在钻井设计时选定压差,并用当量循环密度进行验算,最后确定钻井液类型、参数及这些参数的允许使用范围。4.6.2 钻井液设计应考虑要因素 钻井液设计应考虑因素包括但不限于:稳
23、定和保护井壁,平衡地层压力;实现安全高效钻进;减少对目的层的伤害;绿色环保。4.6.3 钻井液优选原则 4.6.3.1 裸眼测试的造斜段、水平井段选用无固相或低固相优质钻井液。4.6.3.2 煤层气生产井目的层段宜选用无固相优质钻井液、充气钻井液及泡沫钻井液。4.6.3.3 非目的层段可采用低固相或常规钻井液。4.6.4 钻井液性能要求 4.6.4.1 钻井液与钻遇地层要有良好的配伍性。参照 SY/T 5358 的规定进行配伍性性能试验测定,选出与钻遇地层良好配伍的优质钻井液配方。4.6.4.2 低固相含量。非目的层段采用常规钻井液,造浆粘土含量一般应小于 6;目的层段根据井型和录井参数的需要
24、,可采用无固相或低固相优质钻井液。4.6.4.3 合适的密度。钻井液密度设计以各裸眼井段中最高地层孔隙压力与坍塌压力当量密度较大值为基准,另加一个安全附加值,其中:煤层气井为 0.07 g/cm30.15 g/cm3,或控制井底压差 3.0 MPa5 MPa;水害治理井为 0.05 g/cm30.10 g/cm3,或控制井底压差 1.5 MPa3.5 MPa。4.6.4.4 低失水量。非目的层中压失水量应控制在 30 min 内 10 mL 以下,造斜段或目的层段中压失水量应控制在 30 min 内 5 mL 以下,泥饼厚度应在 0.5 mm 以下。4.6.4.5 pH 值应控制在 911 之
25、间。4.6.4.6 可使用抑制性钻井液来防止泥页岩粘土颗粒水化膨胀、分散或剥落。4.6.4.7 切力(动切力、静切力)和动塑比应有利于携带和悬浮钻屑与加重材料,有效清洗井眼,减少井底托压,降低激动压力和对目的层伤害。4.6.4.8 含砂量一般应控制在 1%以下,当使用螺杆马达、液动锤等井下动力钻具时,应控制在 0.3%以下。井口及井控装置设计 4.7.1 煤层气井各次开钻井口和井控装置设计参照 SY/T 5964 的规定并结合煤层气井具体情况进行设计。4.7.2 水害治理井各次开钻井口和井控装置设计参照 SY/T 5964 的规定并结合水害治理井具体情况进行设计。固井工程设计 4.8.1 主要
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