定向羽状水平井在晋南沁水盆地煤层气开发应用中存在的问题

定向羽状水平井是指通过定向井、多分支水平井技术,由地面垂直向下钻至造斜点后以中、小曲率半径侧斜钻进目的煤层主水平井,再从主井两侧不同位置水平侧钻分支井,进而形成像羽毛状的多分支水平井。这一技术是一项复杂的系统工程,目前在中国煤层气领域还处在研究和试验阶段,尚未形成一系列成熟的工艺与技术。只有通过对国内现有的定向井、分支井、水平井钻井技术,井眼轨迹精确控制技术和煤储层保护技术进行整合,吸收国外的先进技术和管理经验,并进行实际工程研究和试验,将各种技术进行优化组合,逐步积累经验,不断地完善,最终才能形成一整套适合于中国煤层气地质特征的多分支羽状水平井技术。     

多分支水平井在煤层气开发中的应用机理分析

应用多分支水平井开发煤层气资源,受到煤层地质条件和分支井眼几何形态等主控因素的制约,只有将二者有机结合并进行井身结构优化,才能发挥多分支水平井的效率。多分支水平井增产机理在于能够有效沟通煤层割理和裂缝系统,增加各分支井眼的波及面积和泄气面积,降低裂隙内气液两相流的流动阻力,加速流体的排出,提高单井产量和采出程度。通过对沁水煤层气田的数值模拟与经济评价可知,用多分支水平井开发煤层气具有明显的经济效益优势。     

煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计模型

煤储层具有低压低渗特征,致使煤层气开发困难,单井产量低;而多分支水平井能显著增﹑加井筒与煤层的接触面积,提高单井产量,缩短经济回收期。为此,提出了煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计准则和主水平井方位的选择方法,建立了煤层侧钻水平井井眼轨道优化设计模型,并将该模型用于鄂尔多斯盆地2号和10号煤层的煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计。结果表明,该模型实现了以较短的井眼轨道进入目标靶点,保证了分支井眼的平滑度,对煤层气钻井设计具有重要的指导意义。     

定向羽状水平井在晋南沁水盆地煤层气开发应用中存在的问题

定向羽状水平井是指通过定向井、多分支水平井技术,由地面垂直向下钻至造斜点后以中、小曲率半径侧斜钻进目的煤层主水平井,再从主井两侧不同位置水平侧钻分支井,进而形成像羽毛状的多分支水平井。这一技术是一项复杂的系统工程,目前在中国煤层气领域还处在研究和试验阶段,尚未形成一系列成熟的工艺与技术。只有通过对国内现有的定向井、分支井、水平井钻井技术,井眼轨迹精确控制技术和煤储层保护技术进行整合,吸收国外的先进技术和管理经验,并进行实际工程研究和试验,将各种技术进行优化组合,逐步积累经验,不断地完善,最终才能形成一整套适…     

定向羽状水平井在晋南沁水盆地煤层气开发应用中存在的问题

定向羽状水平井是指通过定向井、多分支水平井技术,由地面垂直向下钻至造斜点后以中、小曲率半径侧斜钻进目的煤层主水平井,再从主井两侧不同位置水平侧钻分支井,进而形成像羽毛状的多分支水平井.这一技术是一项复杂的系统工程,目前在中国煤层气领域还处在研究和试验阶段,尚未形成一系列成熟的工艺与技术.……     

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。     

煤层气水平井充气欠平衡钻井的井底环空压力设计与控制方法

井底环空压力的设计与控制是充气欠平衡钻井技术在煤层气水平井中成功应用的关键。在井底环空压力的主要影响因素分析的基础上,提出了一种欠平衡钻进中井底环空压力的设计方法,并探讨了环空压力波动的控制方法。利用该研究成果在彬长矿区2口煤层气多分支水平井进行了现场试验,试验结果表明:该井底环空压力的设计与控制方法是可行的,可在煤层气水平井充气欠平衡钻井中进行推广应用。     

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。     

煤层气储层伤害机理与水平井双层管柱筛管完井技术

煤储层具有高吸附性、低渗透性、易压缩与易破碎的特征,煤层气水平井钻完井过程中常常造成煤储层伤害,导致煤层渗透率和单井煤层气产量大幅度降低。通过实验分析,揭示水平井钻完井液中的固相颗粒、流体流动诱导产生的固相成分对煤储层微裂隙堵塞成因,阐明煤层气水平井钻完井中储层伤害的机理。在此基础上,提出水平井双层管柱筛管完井技术,分析其减轻煤储层伤害的机理,即通过冲管水力冲击作用消除水平井壁钻井液泥饼,清除井壁附近堵塞微裂隙煤粉,并在近井地带产生应力增渗作用。相对于煤层气常规的多分支水平井及分段压裂水平井,水平井双层管柱筛管完井的稳定日产气量、稳产周期均大幅提升。该技术在沁水盆地南部部分区域推广应用显示,3号煤层气井平均日产气量提升到20 000 m3,同时实现15号煤层气的开发突破,平均日产气量提升到10 000 m3以上。研究成果对于降低煤层气水平井钻完井过程中的储层伤害,提高煤层气井产量具有重要的理论和实践意义。      

河南省煤层气钻井技术发展历程及展望

河南省地勘队伍自2003年开展煤层气钻井施工以来,积极开展技术创新研究,先后研发了大直径绳索取心机具、射流式扩孔掏穴器等专用器具,率先开展了煤层气参数井、水平井、采动井、穿采空井等施工技术研究和实践,形成了涵盖各类煤层气井型的钻井施工技术体系,积累了丰富的实战经验,促进了我国煤层气产业的发展。本文在总结了河南地勘单位在煤层气钻井技术方面取得的成果的基础上,结合国内煤层气开发深度逐渐增加、采空区覆盖面积逐渐增大、构造煤煤层气未实现突破等行业发展需求,提出了开展高效煤层气水平井钻井技术、气动定向钻井技术及构造煤开发钻井关键技术等方面研究的建议。     

沁水盆地煤层气钻井工艺方法

针对沁水盆地煤层气概况,地层情况及开采条件,介绍了参数井、生产井、多分支地面煤层气水平开发井、丛式井等钻井工艺、钻具组合、井身结构及井身质量要求.     

沁水盆地郑庄区块北部煤层气直井低产原因及高效开发技术

为了实现沁水盆地郑庄区块北部深部煤层气高效开发,通过深入分析煤储层地质条件和开发资料,并对比浅部煤层气开发数据,以含气量评价资源为基础,综合储层渗透性、地解压差,煤体结构和地应力状态等评价煤层气采出难易程度,明确郑庄区块北部煤层气井低产原因,并提出高效开发的适应技术。结果表明,郑庄北部煤层含气量整体较高,在20 m³/t以上;郑庄北部绝大部分地区裂隙发育指数均小于140,渗透率极低;绝大部分地区地解压差大于6 MPa,导致煤层气井有效解吸范围小,宏观解吸效率低;绝大部分地区煤层中碎煤比例在0.7以上,导致水力压裂裂缝较短;垂向应力大于水平应力,为大地静力场形地应力,水力压裂易形成垂直裂缝,裂缝延伸较短。极低的渗透率、相对较高的地解压差、高碎煤占比和大地静力场形地应力状态耦合导致郑庄北部煤层气开发效果较差。仿树形水平井采用人工井眼实现煤层密切割,缩短了煤层气、水渗流距离,利于实现协同降压增产,有力克服了高地解压差的不利影响;同时采用人工井眼代替压裂裂缝,解决研究区水力压裂造缝短的难题,取得了产量突破,但存在不利于排水降压和井眼易垮塌的风险,且其成本高、收效低。L形水平井密切割分段压裂技术克服了仿树形水平井不利因素。与直井相比,L形水平井成本增加2倍,但煤层气产量增加近100倍;且L形水平井与仿树形水平井产量相当,但其成本仅是后者的 40%。由此可知,L形水平井可以实现郑庄北部深部煤层气的高效开发。     

煤层气水平井微地震成像裂缝监测应用研究

为有效地指导煤层气水平井压裂工程,评价压裂施工效果,提出将微地震成像裂缝监测技术应用于煤层气水平井压裂施工中。利用微地震成像监测煤层气水平井裂缝延伸的方位、缝长及缝高,分析裂缝双翼不对称发育原因。以沁水盆地寺河区块为例,将水平井和同规模、同层位垂直井的裂缝监测结果进行对比分析,结果显示,因布井方位及施工工艺影响,水平井压裂液滤失量大、易产生多裂缝,且裂缝延伸距离相对较短。指出后续水平井布井应考虑水平段轴线与最小主应力方向平行,增大压裂设计规模和压裂级数,以保证煤层气水平井高效开发。     

中国深层煤层气勘探开发进展、关键评价参数与前景展望

经过30 a的不懈探索,我国煤层气开发井型逐渐由直井向水平井开发过渡,水平井开发煤层气的基础理论是制约当前煤层气开发的主要问题。和页岩相比,煤层页理和脆性矿物不发育,非均质性更强,不利于体积缝网的形成。但煤层顶底板封盖强,机械强度高,具备较好的水力压裂条件。部分煤层裂隙被方解石等填充,酸化有利于储层渗透率改善和复杂裂缝形成。因此,建立一套适合煤层气储层特征的水平井开发工艺尤为重要。针对煤层地质特征,从水平井长度优化、簇间距优化、压裂液选择、支撑剂选择、返排率、最终可采储量(EUR)特征6个方面,系统分析煤层气水平井开发技术经济政策,认为煤层气水平段长度一般不超过1 000 m,簇间距15~30 m储层改造效果较好;深部煤层气压裂液中加入滑溜水破胶剂及少量低温辅助破胶剂可提高破胶效率;相比中浅部煤层气储层,深部煤层压裂支撑剂应提高大粒径(0.425/0.850 mm)比例;深部煤层(如大吉区块8号煤)达到最高产气时的压裂液返排率与威远−长宁页岩气相近;煤层气EUR偏低,但用液强度、加砂强度大,应提高煤层气开发效率及经济效益等。煤层气开发效果受地质特征和开发工程技术协同控制,从地质工程一体化角度,提出下步煤层气水平井开发的对策,指出应进一步优化煤层气水平井开发工艺;完善水平井钻完井与配套技术,降低单井钻完井成本;依据煤粉迁移规律,实现煤层气水平井控粉有序返排,提高排采效果;依据游离与吸附气赋存比例,优化生产控制技术提升单井EUR。

     

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。     

地质导向技术在煤层气水平井施工中的应用

施工煤层气水平井时,运用地质录井资料、气测资料及伽马测量曲线等地质导向技术控制井眼轨迹在目标煤层中的延伸,能够保证煤层钻遇率符合设计要求。分析了地质导向技术在煤层气水平井水平段施工的导向措施,总结了地质录井、气测和伽马测量等方法的导向特点及作用。通过HCMS-2水平井应用实例,提出了综合运用地质导向技术施工煤层气水平井的具体方法和做好地质导向工作的认识。     

黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术

煤层气顶板水平井是解决松软煤层煤层气开发的主要途径之一。针对贵州黔北矿区复杂的地质和储层条件,为解决煤层顶板水平井漏失、井眼轨迹控制和固完井困难等问题,开展并形成了以轨迹精细控制为核心,以防漏堵漏、偏心连通和固完井等技术配合的成套黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术。结合现场钻井实践,成功解决了水平井钻井施工中诸多问题,钻井周期明显缩短,经济效益明显提高。研究成果为贵州煤层气钻井和开发提供了新途径,也为高瓦斯矿井地面治理开辟了新的方向,具有显著的应用和推广价值。     

芦岭煤矿碎软低渗煤层高效抽采技术

针对碎软煤层地面煤层气难以抽采,水平井钻进容易塌孔的问题,在借鉴页岩气和致密气开发先进技术的基础上,研究碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术。通过优化煤层顶板水平井钻进、定向射孔和分段压裂等工艺流程,从地面抽采碎软煤层中的瓦斯气体。运用该技术在安徽淮北芦岭井田开展了LG01水平井组试验。试验结果表明：LG01水平试验井组日产气量超过1.0×10⁴ m³,与同一井田的压裂直井相比,相当于4口以上直井的产量,实现了碎软煤层从地面高效抽采煤层气的目的。