一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法

1.本发明涉及一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法，属于资源开采技术领域。


背景技术：

2.在我国的鄂尔多斯盆地，新疆的塔里木盆地以及准噶尔盆地等地区，不仅赋存丰富的煤炭资源，同时深部地层中也蕴含大量的石油、天然气等碳氢化合物能源，如乌鲁木齐就被称为“油田上的煤城”。随着在上述地区上部煤层与下部油气资源协调开采的工程实例的日渐增多，由此引发的环境以及安全问题也亟待解决。此外，工程实践中已经出现上部煤层采动影响下穿过采区的垂直油气井发生破断、堵塞、不出气、服务寿命短等问题，因此，采动区油气井的抗变形强度需要增强，稳定性亟需提高。
3.普通的油气井由于不受煤层采动影响，其井身结构的稳定性较好，在井筒服务期间，导管、中间套管及生产套管仅产生小幅度变形，整个井壁完整性得到了保证，因而不存在烷烃类油气或压裂液通过采动裂隙网络进入含水层的情况。对于穿煤层开采垂直油气井而言，受煤层开采活动的影响，在井筒筒壁及周围岩体中会形成大量裂隙，在钻井及油气生产过程中，容易出现含有多种化学物质的钻井液、压裂液以及采出的石油或天然气沿裂隙进入地下含水层引起水污染；当烷烃类气体或原油通过裂隙进入煤层工作面、巷道等地下空间时，还有可能导致煤矿井下发生瓦斯爆炸、矿井火灾等事故，严重影响煤层以及油气的顺利开采。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法，能有效控制含水层水污染及工作面瓦斯爆炸、矿井火灾问题，实现煤层与深部油气资源的安全、高效协调开采。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法，所述的井身结构包括导管；含水层套管；煤层保护套管；中间套管；生产套管；所述的导管内侧设置有含水层保护套；所述的含水层套管内侧设置有煤层保护套管；所述的煤层保护套管内侧设置有中间套管；所述的中间套管内侧设置有生产套管；所述的导管、含水层套管、煤层保护套管、中间套管和生产套管之间浇筑有水泥环。
6.进一步地，所述的含水层保护套管要下放至含水层底板以下30~50m；所述的煤层保护套管要下放至煤层底板以下30~50m；所述的含水层保护套管以及煤层保护套管规格选用n80或者j55型石油套管的一种。
7.一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法，其特征在于，所述的方法为：第一步：对布井区域地质资料及煤层开采技术条件进行调查，通过地面钻孔，对钻井区域的表土层、含水层、煤层和油气藏储层的分布特征进行勘察。
8.第二步：以直径为φ1的潜孔锤钻头开孔，钻进至表土层与含水层交界面，下放导管，然后用水泥浆封固导管；第三步：以直径为φ2的潜孔锤钻头开孔，通过含水层钻至含水层下方岩层30～50m处，下放含水层导管，并在表土层范围内的导管和含水层导管之间冲入水泥浆进行封固用水泥浆固井；第四步：用直径为φ3的潜孔锤钻头开孔，从含水层下部钻至煤层底板下部约30～50m处，下放煤层保护套管，并在煤层保护套管与围岩和含水层套管之间的缝隙中冲入水泥浆封固；第五步：用直径为φ4的潜孔锤钻头开孔，从煤层底板向下钻进距离h，下放中间套管，并利用水泥浆实现其与煤层保护套管和围岩的固结；第六步：用直径为φ5的潜孔锤钻头开孔，从中间套管底部钻至油气藏储层，下放生产套筒，利用水泥浆使其与中间套筒和围岩固结成整体。
9.本发明的有益效果是：现场实施简单，可行性高，通过增设特定的防泄漏套管，可以有针对性地控制有毒、有害气液体进入含水层、浅部地层和煤层，进而引发水污染及矿井安全问题，保证了煤炭资源与深部的油气藏的安全、协调开采。
附图说明
10.图1为本发明的结构图。
11.图中:1、导管；2、含水层套管；3、煤层保护套管；4、中间套管；5、生产套管；6、水泥环；σh—最大水平主应力；σh—最小水平主应力。
具体实施方式
12.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
13.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
14.如图1所示，一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法，井身结构包括导管1；含水层套管2；煤层保护套管3；中间套管4；生产套管5；导管1内侧设置有含水层保护套2；含水层套管2内侧设置有煤层保护套管3；煤层保护套管3内侧设置有中间套管4；中间套管4内侧设置有生产套管5；导管1、含水层套管2、煤层保护套管3、中间套管4和生产套管5之间浇筑有水泥环6。
15.含水层保护套管2要下放至含水层底板以下30~50m；煤层保护套管3要下放至煤层底板以下30~50m；含水层保护套管2以及煤层保护套管3规格选用n80或者j55型石油套管的
一种。
16.一种穿可采煤层油气井井身结构及施工方法，其特征在于，方法为：第一步：对布井区域地质资料及煤层开采技术条件进行调查，通过地面钻孔，对钻井区域的表土层、含水层、煤层和油气藏储层的分布特征进行勘察。
17.第二步：以直径为φ1的潜孔锤钻头开孔，钻进至表土层与含水层交界面，下放导管1，然后用水泥浆封固导管；第三步：以直径为φ2的潜孔锤钻头开孔，通过含水层钻至含水层下方岩层30～50m处，下放含水层导管2，并在表土层范围内的导管1和含水层导管2之间冲入水泥浆进行封固用水泥浆固井；第四步：用直径为φ3的潜孔锤钻头开孔，从含水层下部钻至煤层底板下部约30～50m处，下放煤层保护套管3，并在煤层保护套管3与围岩和含水层套管2之间的缝隙中冲入水泥浆封固；第五步：用直径为φ4的潜孔锤钻头开孔，从煤层底板向下钻进距离h，下放中间套管4，并利用水泥浆实现其与煤层保护套管3和围岩的固结；第六步：用直径为φ5的潜孔锤钻头开孔，从中间套管4底部钻至油气藏储层，下放生产套筒5，利用水泥浆使其与中间套筒和围岩固结成整体。
18.本发明将井筒布置区域内的煤层采动影响考虑在内，以该地区的地质条件和煤层开采技术条件为基础，在普通油气井井身三层套管结构的基础上，新增加含水层套管和煤层保护套管，同时考虑各级套管及水泥环的强度要求，从而控制压裂液及烷烃类油气沿破裂井壁、采动裂隙网络进入含水层、浅部地层及采煤工作面，实现上部煤层与深部油气资源的安全、协调开采。
19.初步确定表土层、含水层和煤层埋深及厚度：对布井区域地质资料及煤层开采技术条件进行调查，通过地面钻孔，对钻井区域的表土层、含水层、煤层和油气藏储层的分布特征进行勘察，为后期钻井施工和井身结构设计参数确定提供基础。
20.含水层套管的结构设计与施工安装：根据前期地质勘探可知布井区含水层的埋深及厚度为h1+l1，则含水层套管长度应不小于h1+l1+30～50m，在钻井导管安装完毕后，用潜孔锤钻头向下开孔进入含水层下部岩层中30～50m，下放含水层套管，并通过水泥浆将其与导管和围岩固结。
21.煤层保护套管的结构设计与施工安装：布井区内煤层的埋深及厚度为h2+l2，则含水层套管长度应不小h2+l2+30～50 m，在含水层套管安装完毕后，利用潜孔锤钻头从含水层套管底部向下开孔进入煤层底板岩层中30～50 m，下放煤层保护套管，并在其与含水层套管和围岩的空隙中注入水泥浆固结成整体。
22.油气井穿过煤层布置，煤柱采用房柱式进行布置，煤柱的尺寸根据实际情况进行布合理地选择。
23.以上所述仅为本发明的正常实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换或改进等，特别是原理运用，均应包含在本发明的保护范围之内。