一井眼多分支水平井沿煤层钻进采集气体工艺方法申报书

1、中国专利奖申报书（发明/实用新型）专 利 号： ZL200610069767.5 专利名称： 一井眼多分支水平井沿煤层钻进采集气体工艺方法申报单位： 山东省煤田地质局第二勘探队 推荐单位： 自然资源部 二一九年四月二十九日国家知识产权局制一、申报项目基本信息专利号ZL200610069767.5专利名称一井眼多分支水平井沿煤层钻进采集气体工艺方法专利权人山东省煤田地质局第二勘探队发明人商敬秋；刘春生；张正修；孙建平；吴建光；武成亮；黄尊灵；钟明；卢忠良IPC主分类号 IPC主分类号可通过国家知识产权局网站查询。E21B43/00(2006.01)I通讯地址/邮编山东省济宁市任城区任城大道煤田地质大厦272007联系人1潘发旺手机13563778723办公电话0537-6810868电子邮箱联系人2牟海萍手机13754771046办公电话0537-2565088电子邮箱推荐单位自然资源部二、专利质量评价材料（一）新颖性和创造性接近技术1（美国，1996）：钻井及完成多分支井的装置及方法，一种从一个延伸到地面的第一地下井眼中进行钻井及完井地下井的系统和方法,从第一井眼(54)中可以钻入一个

2、第二井眼(55),并且在第一井眼中可以定位一个多分支井钻井模板(100)的第一管子(120),而在第一和第二两个井眼(54、55)中可以定位模板(100)的第一管子(130)。而且,从第一井眼(54)可以钻入第三井眼,且第一管子可进一步定位于其中。第一和第二井眼(54、55)可以穿透地下岩层,或者附加的井眼可以从第一、第二和或第三井眼(54、55)中钻入,以穿透地下岩层。流体通过所述第一、第二、第三(54、55)附加的井眼(60、70)或通过生产套管从地下岩层中开采到地面。接近技术2（中石油，2005）：一种新型的多分支井钻完井方法，一种涉及石油、地质勘探的新型的多分支井钻完井方法,在主井眼下入并且座封一个永久性定位装置1；使主井眼窗口处上部井眼与下部井眼分隔 开；完成定位后,将在地面调整好工具面角的斜向器6下入到主井眼内,并座挂在定位装置1上,下入常规工具进行定向开窗、定向钻井、下套管固井 及完井等常规施工作业；完井后用套铣工具10将主井眼内尾管重叠段及钻完 井斜向器6套铣回收,重复以上步骤,在同一主井眼内钻出多个水平分支井 眼或定向分支井眼,实现了对斜向器的可靠定位；可承受很大的钻

3、压和扭矩, 完全满足开窗、侧钻、平磨、套铣等施工要求；并且使主井筒的内径最大, 保证以后的采油、修井和油层改造等作业能够正常进行；并可在同一主井筒中打出多个支井,支井数目不受限制。本发明涉及一种一井眼多分支水平井沿煤层钻进采集气体工艺方法,特别是涉及一种在煤层水平井或者多分支水平井沿煤层钻进成井的采气体工艺方法。它是采用井底螺旋杆动力马达和金刚石复合片钻头钻进与无线随钻测斜定 向仪结合地质导向控制井眼轨迹钻进的工艺方法,水平井造斜段采用双增剖面, 控制轨迹的着陆点和入窗点；由滑动钻进与复合钻进相结合的方式来控制井眼轨迹沿煤层钻进,通过无线随钻结合钻时录井和气测录井与岩屑录井及伽马曲线作地质导向,确保井眼轨迹在煤层中的穿透率。效果是在煤层水平井采气工 艺方法简单,采气产出率高,成本低,操作方法灵活,设备投资低,一井眼下设有分支井气通道,广泛用于煤层水平井的采气体开发利用上。（二）实用性本发明在煤层水平井采气井生产中，工艺方法简单，采气产出率高，成本低，操作方法灵活，设备投资低，一井眼下设有分支井气通道，广泛用于煤层水平井的采气开发利用上。（三）文本质量本发明涉及一种水平井和多分支水平井沿

4、煤层钻进工艺及成井采气工艺方法，它是采用孔底马达和金刚石复合片钻头钻进、应用无线随钻测斜定向仪结合地质导向控制井眼轨迹钻进的一种工艺方法，水平井造斜段采用双增剖面，控制轨迹的着陆点和入窗点；由滑动钻进与复合钻进相结合的方式来控制井眼轨迹沿煤层钻进，通过无线随钻结合钻时录井和气测录井及伽玛曲线作地质导向，确保井眼轨迹在煤层中的穿透率。效果是煤层水平井采气工艺方法简单，采气产出率高，成本低，操作方法灵活，设备投资低，一井眼下设有分支井气通道，广泛用于煤层水平井的采气开发利用上。权利要求以附件专利书内容为准。保护范围以附件专利书内容为准。三、技术先进性评价材料（一）技术原创性及重要性本发明采取以下技术方案来实现的，它是一种应用孔底马达与复合片钻头采用无线随钻测斜定向仪进行轨迹控制钻进的工艺方法，水平井造斜段采用双增剖面，控制轨迹的着陆点和入窗点；由滑动钻进与复合钻进相结合的方式来控制井眼轨迹沿煤层钻进，并通过无线随钻结合钻时录井、气测录井与岩屑录井及伽玛曲线作地质导向，确保井眼轨迹在煤层中的穿透率。（二）技术优势1、水平井的工序方法：井眼的设计分别为垂直段（1）和第一增斜段（2）与第二增斜段

5、（3）及水平段（4），在水平井造斜井段设计成双增剖面，第一增斜段曲率半径较大，利于完井后的抽水设施下至套管底部抽水，第二增斜段曲率半径较小，轨迹出套管后快速进入煤层，减少裸眼孔段的非含煤段。整个钻孔的造斜强度每30米小于9度，确保钻具在任何孔段钻进都能进行安全复合钻进。2、无线随钻测斜定向仪跟踪钻孔轨迹：结合钻时、自然伽玛和气测录井及岩屑录井，确保井眼轨迹在煤层内钻进。采用无线随钻系统传输井斜、方位与工具面三个主要参数，计算和掌握井眼轨迹的空间坐标与位置；钻时是在煤层中钻进的一个主要参数，通常在煤层内钻进时，控制每米2分钟左右的钻速，在夹矸或者顶底板处钻进时，钻时明显增大，是区别煤层与顶底板的一个主要标志；气测在煤层中或者煤层顶底板附近钻进时，全烃值大，泥岩内钻进全烃值偏小；自然伽玛曲线在泥岩中钻进时，伽玛值一般大于150 API，在煤层中钻进自然伽玛曲线偏低，一般小于60 API，结合岩屑录井，对综合判断井眼轨迹是否在煤层中钻进准确率很高。3、井眼轨迹控制：着陆点的控制，着陆点即第一增斜段的终点，也是技术套管的下入井段终点，控制着着陆点处的井斜、方位与垂深，着陆点处于采气煤层顶板上方

6、35米处；入窗点的控制，入窗点即第二增斜段的终点，即轨迹进入煤层内与煤层顶底板在钻进设计方向保持平行的起始点，在第二增斜段螺杆钻具造斜范围内，控制轨迹进入煤层后沿煤层顶底板平行钻进，控制入窗点达到的井斜和垂深，并掌握沿煤层钻进方向的煤层倾角。采取滑动钻进与复合钻进相结合的方式控制井眼轨迹沿煤层长距离水平钻进，在煤层内钻进以复合稳斜钻进为主，井眼轨迹进入煤层顶底板或者夹矸，采用螺杆造斜滑动钻进调整井眼轨迹，快速钻过非煤段进入煤层。4、侧钻多分支水平井：多分支水平井为羽状井眼，大大提高水平井的产气量，分支点选在地层可钻性低的煤层内，其分支处的原井眼为增斜段或稳斜段。侧钻钻头为复合片平底钻头，保径厚度薄，利于吃入地层侧出新井眼。侧钻方式采取降斜、降斜扭方位或全力扭方位等方式侧钻，控制钻进参数，以每小时12米匀速保持恒定的工具面钻进36米即可达到侧钻出新井眼。5、保护煤层清洁无污染：采取清水钻井液，控制钻井液固相含量和比重，由于煤层钻速很快，煤屑多，钻进一段时间需要往井内泵入一定量的高粘无污染清洁液排出煤粉，完井后起钻前采用清水洗井，替换井内的钻井液，保持井眼内清洁干净，确保出气通道畅通，在煤

7、层内下入井眼筛管，井眼筛管上钻有许多小圆孔，煤层气通过小圆孔进入筛管内，不会因钻孔坍塌堵塞出气通道。6、一井眼多分支水平井沿煤层钻进采集气体工艺方法应用简单方便，成本低，操作方法灵活，设备投资低，一井眼下设有分支井气通道，采气产出率高，已广泛用于煤层水平井的采气开发利用上。（三）技术通用性：1.应用领域和范围目前不仅仅已广泛应用于煤层水平井的采气开发利用上，而且在一般钻井的靶向钻进中应用成熟。2.应用的其他领域和范围该技术还可应用于页岩气井的采气开发利用上。四、运用及保护措施和成效评价材料（一）（一）专利运用专利权人为促进专利价值实现，不断地进行科技创新推动科学技术进步，研究使用了新的施工工艺、方法，引进、吸收国外同行业新技术，成功地加以推广应用，完善施工工艺和施工方法，创新性地嫁接技术成果到施工新领域。成果就是不断地制造本行业中国及世界第一：1、2006年使用T130XD车载钻机在山西端氏施工了中联煤层气有限责任公司的沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程水平井项目，先后施工了2口多分支水平井PHH-001、PHH-002。水平井难度大、技术要求高，PHH-001是我国第一口具有自主

8、知识产权的煤层气水平井。该井由一个主井眼、6个分支，主井进尺1313米，6个分支共386米，在15号煤中进尺1071米，煤层钻遇率达到91%，这是利用国内先进钻井技术进行商业化开采煤层气的生产井，为今后在薄煤层、构造复杂类煤层开采中积累了宝贵经验。两口水平井均采用了国产仪器和国内的定向技术，顺利完成了多分支水平井的施工，打破了国外公司在这项技术上的垄断，在国内同行业中占有领先地位，为我国的煤层气大规模的商业化开发奠定了基础，具有划时代的意义，其施工工艺获国家专利。2007年又对PHH-001水平井进行了改造，总进尺2515米，煤层进尺2283.00m，煤层钻遇率达到90.78%，达到设计要求；2、2009年在陕西韩城，成功完成了WL05-1H、WL04-1H、WL06-1H井与WL05-1V、WL04-1V、WL06-1V三组远端对接水平井。尤其在WL05-1H与WL05-1V井的施工中首次使用泡沫泥浆作为循环介质，电磁波无线随钻技术。在本次施工中取得的突破可以概括为四个第一：两对接井间距最长国内第一；在国内煤层气水平井第一次使用空气泡沫泥浆作为钻井液；第一次在煤层水平段使用生物酶降解

9、技术；煤层钻遇率100%，前所未有，开创了国内第一。WL06-1H井是国内首例成功穿越4米断层实现远端对接的井；3、2009年在陕西彬县，成功完成了DFS-01-H1、DFS-01-H2井与DFS-001-V两对对接水平井，水平井完钻井深分别为1041.70m和905m；2009年-2010年，DFS02-H1、DF02-H2与DFS-02-VR1成功对接，总进尺4204.62m。该井组是国内第一组煤层气V型对接井组；4、美国远东能源寿阳FCCHZ 46V井是国内第一口绕障煤层气水平井；5、中石油煤层气三交平1远端对接井水平段最长的井水平段970.00米；彬长集团大佛寺煤矿DFS01-H1、V1井，两井连通距离1100.86米是当时国内连通距离最长的井；6、2011年在山西临汾地区为中石油煤层气有限公司施工的吉U2试验井组，该井施工采用新的施工工艺：一开444.5mm孔径，下339.7mm套管，二开311.15mm孔径，下244.5mm套管，三开215.9mm孔径，下139.7mm套管并固井。两井连通井深1961.50m，垂深1083.59m，位移1013.26m，吉U2井组是我国国内首例成功对接的长距离、大口径的水平井组，也是国内第一口煤层水平段下套管、固井并分段压裂的煤层气水平井；7、山西柳林华晋焦煤沙曲煤矿DS01井是世界上第一口井上对矿井下煤层气水平井。2011年-2012年，在山西柳林为华晋煤层气综合利用有限责任公司施工了DS01、DS02两对水平井组。2口水平井分别与井下巷道钻孔XC01井、XC02井连通。水平井DS01井，完井井深1617.00m，水平井DS02井，完井井深1582.00m，煤层钻遇率分别达

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