高煤阶煤层气水平井和直井耦合降压开发技术研究

高煤阶煤层气低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一,为此,以山西沁水盆地郑庄区块开发为例,通过综合运用动态分析和数值模拟技术,对合理的开发技术进行了研究。针对该区块井距偏大,单井实际动用储量低,不能实现井间协同降压导致低产的问题,利用水平井开发煤层气的技术优势,创新地提出了水平井耦合降压盘活直井技术,通过分支井眼与直井压裂裂缝的相互交错串接,使煤储层裂隙间畅通,大幅提高了裂隙的导流能力,实现水平井和直井井间耦合降压,盘活低效区。研究结果表明:该技术在郑庄区块试验取得了显著的开发效果,4口加密水平井平均单井日产气4 849 m3/d,产气量稳定,盘活邻井平均单井日增气量580 m3/d,提高了区域的储量动用程度和采出程度,因此建议在高煤阶煤层气低效区块广泛推广,可以有效提高地质储量的采出程度,整体盘活低效老井。     

煤层气新型“L”型水平井精确连通技术研究

为实现低成本、高效的开发煤层气,利用原有多分支水平井排采直井或者压裂排采直井,将"L"型水平井与其连通,达到低成本、高效的控面增产的效果。由于利用老井开发,连通技术是其关键技术,连通施工工况多在玻璃钢套管连通或者煤层洞穴已垮的井眼连通,磁信号干扰严重,如何精确有效的做到两井连通,还不妨碍后期措施是技术实现的关键。本文介绍利用煤层气连通技术,实现新井眼与老井眼的沟通,达到盘活老井,增加采气面积,实现增产的目的。     

沁水盆地樊庄区块煤层气井开发特点及管理方法

排采管理是煤层气开发过程中的一个重要环节,如何切实保障煤储层不受伤害,最大限度发挥产能是需要开发者持续关注的问题。本文以樊庄区块为例,通过跟踪研究直井、水平井生产动态数据,总结出高阶煤煤层气具有解吸时间长,气水产量差异大,井口压力低,煤粉产出量多,产量构成以老井为主等开发特点。并初步探索出一套定性-半定量的排采控制方法和"ABC"动态分类管理办法。现场运用效果较好,实现了区块产量的平稳上升。     

晋城矿区郑庄深部煤层L型水平井增产改造技术

晋城矿区郑庄区块常规直井煤层气产量低,开发效果差。为有效改善该区块煤层气的开发现状,提高煤层气井产量,采用理论分析与现场试验相结合的方法,在充分利用老井压裂影响范围的基础上,提出了L型水平井串联压裂增透改造技术,并形成了集井位布设、射孔压裂段优选、连续油管分段压裂改造于一体的L型水平井高效开发方法与技术。经现场试验,L型水平井串联压裂增透改造技术取得了良好的增产改造效果,L型水平井产气量是本区块常规直井平均产量的近30倍。研究结果为晋城矿区深部区块的煤层气高效开发与老井改造提供了依据和指导。     

沁水盆地南部煤层气水平井工艺技术优化

沁水盆地南部高阶煤煤储层为特低渗储层,具有低压、低渗、低孔、非均质性强的特点,水平井开发技术是提高煤层气采气速度及效益开发的有效途径。通过以樊庄-郑庄区块历年来投产的各类水平井为研究对象,展开了适应性分析及开发效果评价。研究结果标明:对于高阶煤煤层气开发而言,裸眼多分支水平井、U型水平井由于投资高、产能到位率低、后期治理难度大已被淘汰,L型筛管水平井在高渗区适合规模开发,L型套管压裂水平井能够有效解决低渗区储量动用难和构造煤发育区直井造缝难的问题。     

织金区块煤层气精细化排采制度及管控方法

煤层气的产出是一个排水降压采气的过程,排采是煤层气开发中十分重要的环节。织金区块煤层具有层数多、单层薄、敏感性强、含水性弱的特征,为提高纵向资源动用规模,通常采用多煤层合采的开发策略,但在实际生产过程中,多煤层合采易发生层间干扰,影响合采效果。因此,合理的排采制度及智能精细化管控对实现该区块煤层气资源规模效益开发至关重要。基于煤层气“连续、稳定、缓慢、长期”的排采原则,立足煤储层特点及煤层气井生产规律,精细划分排采阶段,优化防砂控粉工艺,创新智能控制系统,实现了煤层气井精细排采管控。     

煤层气水平井井型结构分析及钻完井技术优化

水平井是实现煤层气高效开发的关键技术,为了优化水平井井型及配套钻井技术,提高煤层气井产量,基于煤层气排水降压采气的基本开发原理,提出了煤层气水平井井型和钻井工艺设计的基本原则,研究了各类煤层气水平井井型的优点和缺点,并针对高效水平井井型提出了配套钻井工艺优化方法。研究结果表明:水平井井型和钻井工艺优化应遵循便于排水降压、增加产气面积、力求井眼稳定和走低成本道路的原则; V型井、L型井与其他井型比,共用或取消排采直井,大幅降低了成本;从多分支井到单支井实现了套管、筛管完井,实现了水平井井眼支撑和重入,增强了稳定性,实现了增产措施应用;从多分支到单支压裂,保持了较大的产气面积; L型水平井是未来煤层气水平井的主要井型,但由于排采工艺不过关,常规地面抽采L型水平井不能大规模推广,V型水平井是目前最为高效、适宜排采的水平井井型,但采动区L型水平井不需要排水降压则是煤矿瓦斯抽采的有效技术,可以大规模推广。钻井工艺由三开变为二开,一开采用444.5 mm大钻头,水平井眼直径由139.7 mm增加至339.7 mm,提高了水平井日产气量。通过直斜段固井技术,实现了水平煤层段不固井和筛管、套管完井,为保护和改善水平段储层渗透率奠定了基础,该工艺技术在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘试验获得了较好的效果。     

多层合采井排采管控方法探讨

为提高区块开发效果,近年来通过地质研究与技术攻关,优选甜点区进行了15号单采、3号煤和合采井试验,取得了良好的效果,明确了15号煤的开发潜力。但在规模开发中发现,虽整体效果较老井产量有明显突破,但合采井产气效果差异大,且存在部分合采井产量低于单采井的情况。通过对气、水产出机理分析发现,多层合采井在开发过程中易受层间干扰影响,易导致上部煤层产量波动,甚至造成储层伤害。针对此问题,从排采管控方面提出了保护煤储层排采管控方式,最大限度的稳定排采,提高开发效果。     

低压低渗煤层气多分支水平井开发关键技术研究——以沁水盆地郑庄区块15号煤层为例

沁水盆地太原组15号煤层总体低压低渗低饱和,煤储层相对较薄,地质条件复杂,煤层气井产量普遍偏低。以沁水盆地郑庄区块为研究对象,依据本区15号煤层LDP-22H多分支水平井的成功开发经验,全面论述低压低渗煤储层煤层气钻完井工艺、标志层判定、井眼轨迹控制等关键技术。结果表明：采用钻井-录井-测井一体化地质导向技术可以有效卡准目的煤层,同时实时修正钻头轨迹,煤层平均钻遇率在97%以上,极大地提升了煤层有效进尺。865 d的排采实践表明,LDP-22H多分支水平井日产气量突破15万m3,日产气量稳定在8万m3左右,全程累计产气量为2091.5469.3 万m3,实现了超高产和稳产,标志着多分支水平井在低压低渗煤储层煤层气高效开发上有较好的适用性。另一方面,多分支水平井要优化井位,加强水平井底部位排采能力,稳定压降速率,减小对煤储层渗透率敏感性伤害,提高排采的连续性,减少停泵和检修作业频次,保证产能的延续性。     

沁南郑庄区块煤层气直井产能控制因素精细解析

通过对郑庄区块相邻6口煤层气直井在地质因素和工程因素基本相同的条件下,产能却有巨大差异的现象展开研究,精细解析煤层气井的埋深、含气量、煤层厚度、地质构造、压裂工程和排采工程等影响因素,认为郑庄区块煤层气直井产量偏低的控制性因素是煤储层的低渗透性,其产生的机理是由于古地应力场控制的煤储层构造裂隙的发育产状和发育密度,与现今地应力场控制着煤储层裂隙的开合程度二者不相互匹配,决定了郑庄区块煤储层低渗透性的非均质性。     

煤层气井低产原因及二次改造技术应用分析

我国多数煤层气储层低孔低渗、构造煤发育,储层改造效果难以保障,单井产气量和采收率低。选择高效的储层改造和增产技术,提高低效井产量,是当前煤层气产业发展的关键任务。本文系统剖析“地质储层条件、工程施工改造和排采管理控制”影响的低产原因,分析煤层气井二次改造相关技术及应用效果,为不同类型低效井针对性改造提供建议。煤层气井可二次改造的低产原因主要包括压裂裂缝扩展不足、裂缝/管柱煤粉堵塞和压降面积受限等,改造中需考虑煤体结构分布、初次裂缝形态、储层渗透性、产气产水量变化、排采及控制设备适用性等因素。二次改造技术分为物理法、化学法、微生物法和其他方法,物理法中二次水力压裂、间接压裂和无水压裂技术以及化学法中酸化增透和泡沫酸洗技术运用较广泛。二次改造应根据地质条件、初次改造效果、工程排采情况选择针对性技术,避免储层再次伤害,以实现有效改造,提高煤层气单井和井网产气量。     

沁水盆地赵庄矿3号煤层地面煤层气抽采低产原因分析

在对沁水盆地赵庄矿煤层气开发地质、煤层气生产井资料深入研究的基础上，分析、总结了区内煤层气直井低产原因，并据此提出了区内地面抽采后续开发方向。研究认为:3号煤层气含量偏低、含气饱和度低、临储比低，致使排采阶段气含量可降幅度低，是其低产的宏观表征；3号煤储层不匹配孔级，较差连通性，即微、小孔为主，中孔次之，大孔不发育，微裂隙连通性差，致使扩散缓慢、影响储层改造和抽采效果，是其低产的微观表征；3号煤层远高于顶底板塑性及相近的水平应力，进一步造成改造缝长受限，泄流面积不足。因此，建议区内后续地面抽采方式应以增大泄流面积开发方式为主。     

软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用

针对软硬煤复合煤层的煤层气抽采效率低、煤层纵向剖面上抽采不均衡等问题,为了实现大面积快速、整体高效抽采煤层气,以沁水盆地赵庄井田3号煤层为例,对软硬煤分层特征进行精细评价,优化了软硬煤复合煤层中的局部硬煤段,研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气技术方法,在对水平井压裂裂缝扩展规律研究的基础上,研究了分段压裂水平井开发煤层气技术对策。研究结果表明:3号煤层软硬煤结构分层明显,软硬煤存在明显的自然伽马和电阻率测井响应特征;硬煤层中水平井压裂能形成一条复杂不规则的垂直裂缝,裂缝易于沿脆性较强的顶板岩层扩展延伸,裂缝能够扩展延伸进入软煤层,提高软硬煤的压裂增产效果;硬煤层中水平井位置和压裂施工排量是影响裂缝扩展效果的两个因素,压裂施工排量影响程度较大、水平井位置影响程度较小。针对这一特点,进一步研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气4个关键技术:①水平井射孔、压裂段优选工艺技术;②油管拖动大排量水力喷射防窜流工艺技术;③"大排量、大规模、中砂比"的段塞式清水携砂压裂工艺技术;④气/水分井同步生产精细化排水采气技术。工程试验证明,该技术能大幅度提高煤层气水平井单井产量,突破了软硬煤复合煤层低产技术瓶颈,为软硬煤复合煤层的煤矿区煤层气抽采和瓦斯灾害治理提供了技术途径。     

深部煤层气异常地质特征及开发技术探讨

针对沁水盆地深部煤层气地质与储层认识不足、开发措施还在探索阶段等现状，以寿阳区块15煤为研究对象，探讨了深部煤层气地质特殊性及开发对策。研究区15煤层发育稳定，煤层厚度基本在3m左右|煤层含气量大部分在10～12m3/t，纵向上受煤层埋深和变质程度的双重影响，含气量在埋深大约1200～1500m出现临界点后随深度增加逐渐降低。与其他深部地区“三高”特征不同，15煤深部储层表现为低压、高应力、中等地温的特征，属比较严重的低压力梯度和低地温梯度范畴。煤储层渗透性为高孔低渗分类，渗透率一般0.01～0.1mD，渗透性主要受煤层埋深、地应力、煤体结构和孔隙特征影响。根据15煤低水分含量、高孔隙度以及生产井产气特征，认为游离气含量可能具有较大的占比。最后提出，单独开发15煤层时可采用顶板岩层水平井分段压裂方式或围岩多分支水平井方式，该技术已在盆地南部15煤取得了产气突破|15煤层及9、3煤层多煤层开发时可采用围岩与煤层合压的垂直井方式，并对开发工程中的增产和排采工艺提出了相应的建议。     

郑庄区块二次压裂煤层气井低产原因及改进措施

沁水盆地南部郑庄区块3号平均含气量较高,但煤层气井规模化投产以来,有一批低产井或不产气井,制约了该区块产能释放。针对这一现象,区块内多数低产井采取了二次压裂增产改造技术,但地质条件和施工参数不匹配导致增产效果不明显。文章通过大量数据分析,提出了井位筛选和施工优化的方法解决二次压裂煤层气井低产问题,并为郑庄区块提供了可控冲击波、煤层顶底板间接压裂等新的增产措施选择。     

深部煤层气勘探开发进展与研究

我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。     

余吾矿煤层气井产能主控因素分析

查明余吾矿煤层气井产能的主控因素，可为进一步勘探开发提供指导。根据该矿已有的煤层气勘探开发井资料，从资源开发条件、钻井的井径扩大率、压裂改造效果、排采工作制度等方面分析了关键参数与日产气量的关系，得出了该区煤层气井产能的主控因素。结果表明:煤储层原始渗透率、临储压力比、含气饱和度是该区煤层气井产能的储层地质控制因素；钻井的井径扩大率、压裂改造效果是影响该区煤层气产能的工程控制因素；排采工作制度与产能之间关系不密切。当煤层段煤体结构复杂或碎粒/糜棱煤所占比例较高时，优化钻井参数或改善钻井液性能、优化压裂工艺参数与煤层的匹配性，是实现该区煤层气井产能最大化的重要保障。研究结果为该区煤层气井开发工程指明了方向。     

沁南西—马必东区块煤层气高效建产区优选技术

沁水盆地南部是我国目前规模最大的煤层气生产基地,浅部开发工程布置的逐渐完成,必然要将眼光转向深部,开采难度增大。为此,准确圈定高效建产区尤为重要,沁南西—马必东区块正是如此。面对这一新的技术挑战,分析深部煤储层特点,结合沁水盆地南部前期煤层气井生产实践,首先划分出资源基础、产气条件、储层可改造性3个优选层次,进而从含气性、渗透性、疏导性、可采性四个方面提出了高效建产区优选标准和流程,形成了"三层四性"高效建产区优选技术。研究认为,建产区开发潜力体现为关键地质条件指标的组合,包括高于经济极限的煤储层含气量,单位长度微裂隙总宽度≥50μm,可疏导指数≥30 nm,地应力状态处于垂直应力≥最大水平主应力≥最小水平主应力或最大水平主应力≥垂直应力≥最小水平主应力状态,以原生—碎裂结构煤为主,局部构造相对简单,可动用面积≥30%等。基于这一标准,在沁南西—马必东区块优选出3个高效建产区,部署了5口试采井,获得单井日产气量2 000 m~3以上的实施效果,验证了优选技术方法的可靠性,为沁水盆地深部煤层气区块高效建产区优选提供了技术示范。     

沁水盆地高阶煤层气勘探开发实践与思考

经过30余年的探索,沁水盆地煤层气勘探开发已取得重要突破,突破了国外“高阶煤”产气缺陷理论认识,成为我国目前最重要的煤层气生产基地。然而,沁水盆地煤层气开发规模性发展也面临着深化理论认识、突破关键技术、实现效益开发三大关键科学技术问题。面对这些问题,需加强3方面的科技攻关：一是深化基础理论认识,突出高阶煤储层的针对性以及提升单井产量的指导性,突破“甜点区”优选、储层改造地质适应性和高效排采等技术瓶颈;二是强化关键技术攻关,坚持地质-工程一体化,创新和完善测井-地震联合储层和物性预测、高效钻井-完井-储层改造及配套技术以及精细化与智能化排采控制技术;三是提升开发效益,建立钻、采、输一体化管理技术模式。