煤层气开发技术综述

目前国内外煤层气开发技术主要包括钻井技术(定向羽状分支水平井钻井技术和空气欠平衡钻井技术)、完井技术(裸眼洞穴完井和套管射孔压裂完井)以及排采技术(有杆抽油泵技术、螺杆泵技术和潜油电泵技术)。在国内煤层气研究开发中仍存在如基础研究薄弱,没有形成从钻井、完井、生产到集输一体化的煤层气生产规模,中央企业和地方企业之间的资料和技术不共享,设备利用率低等诸多问题。定向羽状水平井、空气钻井技术、洞穴完井技术和压裂技术是当前煤层气开发技术的发展趋势,但必须加以改进使之成为适宜中国煤层气储层条件的技术。     

适用于煤层的新型完井技术——裸眼洞穴完井技术

对煤层气开发中所应用的裸眼洞穴完井技术的作用机理进行了分析,给出了洞穴周围地层的应力分布状态,引出了几个相关的公式,对洞穴完井的应用提出了几个有益的建议。      

水平井分段压裂技术在煤层气开发中的应用实践

为了满足煤层气地面快速、高效抽采的技术需求,水平井分段压裂技术逐步应用于煤层气开发工程实践中。通过对煤层气水平井分段压裂技术的适应性分析,并结合煤层气压裂大规模大排量的技术要求,针对不同地质条件和不同完井方式,提出了裸眼完井封隔器滑套分段压裂技术、非固井套管完井油管拖动油套同注水力喷射分段压裂技术和碎软低渗煤层顶板水平井可钻桥塞分段压裂技术,并进行了现场工程应用实践,取得了良好的产气效果,为同类条件下的煤层气水平井压裂增产改造提供了理论和实践依据。     

煤层气洞穴完井技术

煤层气洞穴完井技术既是一种裸眼完井技术,又是一种增产技术,在适宜的地层该技术能够大大提高近井地带的渗透率,从而提高煤层气的采收率。该技术在美国圣胡安盆地的高渗煤层取得了巨大的成功,但是在其它区域并没有像圣胡安盆地那样效果明显,究其原因对该技术的增产机理及煤层适应性的认识还有一定的差距。分析了洞穴完井技术的增产机理及洞穴完井的煤层适用条件,对洞穴完井技术的储层选择、井身结构、工艺流程及设备配套进行了详细论述,并介绍了国内的现场试验情况及取得的一些有益经验,为该技术以后的推广应用奠定基础。     

煤层气裸眼洞穴完井造成的应力集中带与煤粉产出的关系

通过对煤层气洞穴完井周围应力分布特征分析,基于弹性理论基础,建立了极限平衡方程,进而推出因造穴而产生的应力集中带峰值点至洞穴壁的距离R。从材料力学理论和施工作业统计观测实据出发,解释了煤层气洞穴井中应力集中带R值与煤粉产出量之间的关系:即同等地质环境下,煤层气开采地质参数若无大的差异时,则煤层气裸眼洞穴完井煤粉产出量的多少与应力集中峰值点距井壁值R的绝对值大小呈正相关关系。由此证实了"应力状态改变导致煤基质破裂是煤粉产生的可能原因",该认识对于煤层气工业生产具有一定的实际意义。      

洞穴完井工艺在寿阳地区煤层气钻井中的应用

洞穴完井工艺包括钻井、完井、排水采气等工序,为提高煤层渗透率,最大限度的保证煤层气解析与运移,洞穴完井一般要求有效井径3-4m,及一定范围的破碎带。远东能源公司为开采寿阳地区15#煤层中的煤层气,部署了4口生产井．其井身设计为三开结构。钻井主要设备为T685WS顶驱车载钻机及多台不同型号的空压机,采用潜孔锤冲击钻进．以空气、空气泡沫为冲洗介质,钻进至15#目标煤层底板以下46m处完钻,然后利用可伸缩式扩孔器进行扩孔。在扩孔至距三开井底8～10m时．开始采用空气和清水憋压,通过瞬间释放压力,使煤层坍塌,如此反复,至造穴直径达到要求。由于严格按照技术标准及操作流程作业,采取的技术措施合理,4口井均已顺利投入生产,增产效果显著。可见该种洞穴完井技术的应用,不仅可以保护煤层原生结构及环境,并且还能减少煤层气射孔、压裂等环节的费用．对于煤层气井施工具有重要的经济意义。     

山西晋城地区煤层气钻井完井技术

通过对晋城地区所钻煤层气井的钻井完井技术总结, 提出了适合该地区煤层气开发的钻井技术、完井技术、煤层保护技术、绳索取心技术、固井技术等。      

浅论地面钻孔开采煤层甲烷的完井方法

本文综述了开采甲烷的关键技术－完井方法。目前为止、完井工艺主要有三种方法：①裸眼完井；②套管下到井底采用射孔和水力压裂完井；③割管或花管完井。对不同完井方法的适用范围和有关质量指标作了一些比较。     

应用新技术促进煤层气的开发

中国地面煤层气勘探开发技术经历了多年的探索和创新,从最早尝试垂直井套管射孔完井、清水加砂压裂、活性水加砂压裂、洞穴完井等煤层气开发技术,到目前应用空气钻井,N2泡沫压裂,清洁压裂液、胶(线性胶、交联胶等)加砂压裂,注入CO2提高煤层气单井产量和多分支水平井钻井技术提高煤层气井产量和采收率。实践证明,煤层气开发技术不能一概而论,在不同地质条件下采用适当的煤层气开发技术,对于提高煤层气的产量具有重要意义。     

煤层气开发U型井施工技术及增产措施试验研究——以寺河煤矿15号煤2014ZX-U-05V/H井组为例

煤矿区煤层气地面高效开发具有资源、安全、环保等多重效应。针对沁水盆地15号煤储层煤层气开发地质条件特点,提出并试验了地面U型井开发方案,钻成了第一口带分支的U型井,研究实践了新的增产措施,取得了良好产气效果,日产气量超过了2.0× 104 m3,为区域内15号煤层的煤层气地面高效开发提供了新的技术途径。介绍了试验井组的工程概况、井身结构设计、施工技术及完井工艺等,对同类型井组的实施具有重要借鉴作用。      

欠平衡钻井技术在煤层气勘探开发中的应用

分析了当前国内外开发利用煤层气的现状；指出中国煤层气气藏具有低压低渗、难脱附、驱动力不足和构造煤发育等重要特殊性，这种特殊性使常规煤层气开发技术有很大的局限性；提出了适合低压低煤层气藏特点的开发技术系列，包括欠平衡钻井与洞穴完井技术和欠平衡钻多分支水平井与洞穴技术。     

沁南高煤阶煤层气井排采机理与生产特征

煤层气排采技术和排采工作制度的正确与否对煤层气井的产气量和服务年限有很大影响。通过对“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程——潘河先导性试验项目”36口井排采过程的分析和跟踪研究,认为煤层气井的排采过程分为几个不同阶段,且不同阶段间的转化主要受控于含水饱和度和气-水相对渗透率的变化;煤层气井通常会有3个产气高峰,并探索了一套适合示范区煤层气井3号煤排采的工作制度。这些成果对今后示范区煤层气井以及其他同类型盆地中煤层气井的排采生产,都具有重要的示范意义。      

柳林地区煤层气开采动态及单井产量主控因素分析

柳林地区是我国煤层气勘探开发的热点地区之一,初步实现了煤层气商业化开发。根据柳林地区煤层气井生产数据,对气井产气动态进行了分析,按产量大小进行了气井统计,中产气井比例较高,为42.9%,高产气井占28.6%,低和极低产气井比例为28.5%。分析煤层气井排采曲线特征,总结归纳气井的产气模式有单峰式、高峰-稳定式和低峰-高峰-稳定式三类。从影响煤层气产能的构造、气含量、渗透率、煤层厚度、煤层埋深、水文地质条件等地质因素入手,分析了各地质因素对气井产能的影响,并建立各类因素与煤层气井产能的关系。研究认为:柳林地区煤层气井的高产条件并非受单一因素的控制,而是主要取决于多种有利地质主控因素的有机匹配、共同作用的结果。      

裸眼多分支水平井开发特征及主控因素

沁水盆地南部樊庄–郑庄区块裸眼多分支水平井总体开发效果不理想,低产井比例高、单井产量差异大,亟需查明主因,提高开发成效。基于研究区内十余年的开发实践,利用统计分析、回归分析等手段将产气特征归纳为持续高产、先高后低、持续低产3种类型。研究表明,含气量、渗透率、微幅构造、煤体结构是裸眼多分支水平井能否高产且持续稳产的关键地质因素,在同等富集条件下,渗透率大小是裸眼多分支水平井能否高产的关键;微幅构造与煤体结构决定了高产后能否持续稳产。低含气量、低渗透率、钻进过程分支垮塌、钻井液污染储层是持续低产井低产的主因。研究结果指导了裸眼多分支水平井工艺技术优化,大幅提高了单井产气量。      

煤矿区煤层气开发部署方法

煤矿区煤层气的开发部署,受煤炭采掘规划和采掘布置的影响。基于我国目前的煤层气勘探开发现状,以晋城矿区为例,提出了煤层气开发部署原则,设计了井网优化部署方案,并进行了开发潜力及瓦斯治理效果分析。随着煤炭采掘的不断推进,煤矿区煤层气开发的地面垂直井形式会发生变化,即由起初单纯的地面垂直井转化为地面采动区井,而后可转化为地面采空区井。在地面垂直井阶段,气井连续排采10 a,累计产气量为576.44×104m3,目标煤层瓦斯含量降幅约为27.17%~51.99%。通过地面采动区井和地面采空区井阶段的瓦斯抽采,可使瓦斯抽采率进一步提高,达到有效治理瓦斯的目的。      

煤层气井排采动态主控地质因素分析

沁水盆地寿阳区块和柿庄区块煤层气(CBM)井的排采动态在整体上表现出明显差异,而单一区块内部煤层气井的排采动态也存在较大差异。本文就两个区块的煤系地层沉积相、煤层渗透率、断裂构造、地应力类型和构造应力强度以及顶底板岩性组合类型等因素对排采动态的影响开展对比分析。基于静态地质条件和排采动态资料的综合研究表明:煤系地层沉积相、煤层渗透率、地应力类型和构造应力强度的差异是两个区块煤层气井排采动态差异的主要原因;单一区块内煤层气井的排采动态差异受控于局部断裂构造、地应力类型以及煤层顶底板岩性组合类型等局部因素;在煤层气开发选区和开发井位部署时,应综合考虑资源量、渗透率和多种局部地质因素的共同影响。     

陕西黄陇煤田侏罗系煤层气开发关键技术

黄陵煤田侏罗纪煤层裂隙发育,渗透率高,煤层气开发的地质条件优越,即将成为我国煤层气开发一个重要的潜在接替领域,根据焦坪矿区和彬长矿区煤层气开发取得的成果,详细探讨了煤层气开发方式、井位部署、钻完井工艺、压裂工艺和排采工艺等关键技术,指出欠平衡钻进、基于储层保护的洞穴完井和分层控压联合排采将是该区煤层气开发技术发展的方向。     

高、低产煤层气井AVO正演特征及其识别

利用鄂尔多斯盆地东缘地区煤层气勘探阶段的钻井与测井资料,获得该地区煤层气井主力储层5煤层与围岩的岩性特征及弹性参数,并应用基于zoeppritz方程的线性近似公式进行射线追踪模拟,以研究该区高、低丰度煤层气储层5煤层AVO响应特征。该区XX-3井煤层气高产井与XX-11低产井的AVO分析表明：高产气井的振幅随偏移距的增大存在明显的减弱现象,且其顶板负相位反射振幅呈现较强的负截距异常和正梯度异常,底板正相位反射振幅呈现较强的正截距异常和负梯度异常;而低产气井的AVO现象不明显,代表煤层顶底板反射波振幅梯度曲线异常变化较小。在该区地质条件下建立的识别高、低产煤层气井的AVO响应特征识别方法,可为煤层气试井质量提供新的判识手段。     

潘庄地区煤层气U型水平井技术工艺研究

我国已在多个地区进行了20余口煤层气U型水平井施工,但总体尚处于勘探实验阶段。为了研究潘庄地区煤层气U型水平井施工技术工艺,以寺河井田西区煤层气U型水平井为例,分析了实验区地质条件的可行性,重点研究了钻井技术工艺并初步考察了产气效果。结果表明：潘庄地区3#煤层含气量大、构造及水文地质条件简单,煤层产状稳定且厚度较大,原生结构煤体发育,比较适合U型水平井的施工。煤层气U型水平井具有技术工艺复杂、增产效果明显的特点,先进的工具仪器和技术工艺为煤层气U型水平井施工成功提供了技术保障,其最高产气量达到22 000m^3/d,相当于5-6口普通高产垂直井的产气效果,可为煤矿区煤层气抽采利用提供关键技术支撑。