[发明专利]用于煤层气的欠平衡钻井方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别是涉及一种用于煤层气的欠平衡钻井方法及系统。

背景技术

目前，煤层气的开采领域中，采用的钻井方式通常为欠平衡钻井。欠平衡钻井是指在钻井过程中钻井液柱作用在井底的压力(包括钻井液柱的静液压力、循环压降和井口回压)低于井底地层空隙压力。

由于煤储层特殊的成分和成岩性质，机械稳定性差、渗透性低、吸附性储藏、含气饱和度低等特性，储层物性薄弱，若遭遇钻井过程中附加工程的伤害和破坏，将永久不能修复，所以煤层气欠平衡钻井技术需要同时考虑井底压力的稳定性、持续的井眼净化能力、不能产生物理化学污染破坏等因素。

寄生管注气欠平衡为煤层气钻井采用的欠平衡钻井技术中的一种，一般为针对水平井目的层实施该技术。

钻水平井时，先从地面沿竖直方向向下打井，到达一定深度后造斜，从而逐渐过渡沿水平方向延伸，可将水平井分别垂直段、造斜段和水平段三部分，显然，水平段位于目标煤层。

水平段的钻井，需要使用单根钻杆或钻井立柱，将单根钻杆或钻井立柱一根接一根地钻入目标煤层中形成水平井的水平段。

在水平段钻进之前下入技术套管，技术套管外下入寄生注气管，并固井、候凝；对技术套管钻塞，并钻穿技术套管与寄生注气管相连的位置，确保寄生注气管的畅通。

其中，单根钻杆或钻井立柱位于技术套管内，两者之间形成环空。钻井过程中，将钻井液注入单根钻杆或钻井立柱的空腔，钻井液流过空腔达到水平井当时的尽头，同时通过寄生注气管向技术套管内注入气体，注入的气体与钻井液混合形成气液两相流，该气液两相流可携带钻井过程中形成的岩屑、砂石等杂质流出井口。当注入的气体和钻井液达到一定值时，气液两相流达到动态平衡，维持该动态平衡完成水平井水平段的欠平衡钻井作业。

然而，上述寄生管注气欠平衡钻井存在下述问题：

在钻入一根单根钻杆或钻井立柱后，需要接入下一根单根钻杆或钻井立柱才能继续水平段的钻进。在接入下一根单根钻杆或钻井立柱时，需要一段准备工作，该准备工作期间，必须将注入钻井液的钻井泵停掉，由于此前钻井泵注液和寄生注气管注气达到动态平衡，为了维护该动态平衡状态，停泵注液后也无法持续注气，如此，停泵期间，水平井的垂直段和造斜段没有气液两相流流动，无法带动岩屑等杂质，导致岩屑等杂质下沉，若停泵期间，沉积岩屑过多而填埋钻具，再次开泵时无法将沉积的岩屑等杂质冲开，造成卡钻事故。

有鉴于此，如何在钻井过程中实现连续欠平衡钻进，保持井眼通道的持续清洁，有效防止沉砂卡钻事故的发生，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于煤层气的欠平衡钻井方法及系统，该方法及系统能够实现连续欠平衡钻进，并保持井眼通道的持续清洁，有效防止沉砂卡钻事故的发生。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于煤层气的欠平衡钻井方法，包括如下步骤：

下入技术套管，在所述技术套管外设置与其内连通的注气管、注液管；

进入目的层后通过所述注气管建立欠平衡后，钻井泵和气体泵组持续工作；

钻完一个单根钻杆或钻井立柱，进行钻入下一个单根钻杆或钻井立柱的准备工作时，使钻井泵将钻井液注入切换至所述注液管；

完成钻入下一个单根钻杆或钻井立柱的准备工作，使所述钻井泵将钻井液注入切换至钻柱。

优选地，下入技术套管，在所述技术套管外下入注气管、注液管，并固井、候凝；对所述技术套管钻塞，使其分别与所述注气管、所述注液管连通。

优选地，所述注气管至所述技术套管单向导通；所述注液管至所述技术套管单向导通。

优选地，所述钻井液为清水。

优选地，所述注气的气体为空气或氮气或二氧化碳。

本发明还提供一种用于煤层气的欠平衡钻井系统，包括钻井泵、气体泵组和技术套管，还包括设置于所述技术套管外的注气管和注液管；所述注气管和所述注液管分别连通所述技术套管；

所述钻井泵能够将钻井液注入钻柱，或注入所述注液管；

所述气体泵组能够注气至所述注气管。

优选地，所述技术套管上设置有自所述注气管向所述技术套管单向导通的第一连通器，以及自所述注液管向所述技术套管单向导通的第二连通器。

优选地，所述钻井泵的出口设置有换向阀，所述换向阀控制所述钻井泵与单根钻杆或钻井立柱的空腔连通，或与所述注液管连通。