煤层气U型井水平井套管完井技术探讨

U型井是煤层气资源开采的一种新型模式,以往经验,U型井水平段多在煤层钻进,采用裸眼或割缝衬管方法完井,但这种方法在煤层顶、底板水平钻进段效果不佳,本文依据工程实例,介绍了套管完井技术在煤层气U型井水平井中的成功应用,不仅保证了井身质量合格,而且为后期压裂排采提供了保障,在类似煤层气U型井水平井完井作业时具有良好的应用前景,可逐步推广。     

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。     

延川南煤层气V型水平井组钻井关键技术研究

煤层气V型水平井组是一种新型的水平连通井组。该井组是由两口水平井与一口直井组成,并实现远端连通,完井后由两口水平井提供泄流通道,直井进行排采生产。其钻井工艺主要包括井身结构优化技术、井眼轨迹优化设计与控制技术、水平井与洞穴井对接技术、煤层造洞穴技术、固完井技术等。本文系统地论述了煤层气V型水平井钻井工艺的关键技术要点,并在华东分公司实施的延5-V1型井组中得到成功的应用,为未来延川南煤层气的高效勘探开发提供了技术参考。     

沁南煤层气田单支水平井钻完井工艺优化

煤层气单分支水平井是一种新的开发井型,目前主要采用三开井型,水平段煤层裸露面积相对较小,有待进一步优化。通过开展井型改进、钻完井工艺优化,提出了新的二开井型设计及完井管串结构,优化了三开钻完井工艺及配套筛管设计等,并成功进行了9口井现场试验。优化改进后的钻完井工艺为单支水平井在沁南煤层气开发中推广应用提供了技术支撑和借鉴作用。     

阜康西区急倾斜煤储层排采过程中物性及井型优化

为了探究急倾斜煤储层排采过程中储层物性动态变化特征,采用Eclipse数值模拟软件对准噶尔盆地南缘阜康西区块煤层气井进行历史拟合和井型优化,分析了急倾斜储层排采过程中上倾和下倾方向储层压力和含气量的动态变化特征,对比了不同井网和不同水平井布井方式的产能差异。结果表明:上倾方向储层压力下降速率大于下倾方向储层,导致上倾方向储层含气量较下倾方向降幅大,且产能贡献主要来自上倾方向;排采范围确定后,将煤层气井布置在储层上倾方向,有利于煤层气的开发;顺煤层水平井在相同的水平井眼长度条件下产能要大于穿煤层水平井。     

华北油田煤层气水平井钻完井方式优化与应用

为了从根本上解决早期裸眼多分支水平井裸眼段井眼易垮塌、易堵塞、无法疏通作业、无法增产改造等问题,提出了可控水平井设计理念,通过全通径二开井身结构、免钻塞半程固井、稳定井壁低伤害钻井液体系、钻井方式以及完井工艺的优化完善,实现了“井眼可控、利于改造、快速高效、广泛适应”的设计目标,同时,该类井水平段无论上倾还是下倾均可下入无杆泵实现工程井直接排采,无须打排采洞穴井,大幅度节省了钻井投资,同时有利于实现水平井井组工厂化高效开发。华北油田煤层气矿区推广试验70余口,钻井成功率100%,其中套管分段压裂改造钻井和压裂总成本较裸眼多分支井降低45%,产量是裸眼多分支井的1.89倍,整体实现了煤层气低成本高效开发的目标。     

煤层气水平对接井钻井技术研究

水平对接井 ( SIS) 由水平井与垂直井对接组成,并可根据地质条件和需要,设计成多口水平井与 1 口直井对接的多 "U"型组合; 其井身结构简单,尤其是完井后可下入一根高强度PVC 筛管,克服因煤体坍塌、煤粉沉淀等原因可能造成的水平井段堵塞,还可对水平段井眼进行双向冲洗,保证采气阶段井眼的畅通。煤层气开发实践证明水平井可有效地导通煤储层的裂隙系统,增加气、水导流能力,大幅度提高单井产量和采收率,是开发低压、低渗地区煤层气资源的有效手段,而水平对接井以其合理的井身结构和独特的完井方式,更适宜于中国大多数煤储层条件的煤层气开发。     

煤层气U型对接井施工关键技术

煤层气地面排采先后经历了常规直井、常规定向井、U型井以及羽状分支井等阶段,其中U型井具有同步排采,占地少、最大限度沟通煤层裂隙等优点而逐渐成为当今煤层气地面排采的新宠。以YQ-01井组为例,对U型对接井施工中难点问题进行梳理,提出了各主要施工阶段需要注意事项及技术措施,解决了井眼轨迹控制难、复杂情况高发、水平井与直井连通精度高等问题。节省了钻井成本,为后续煤层气U型对接井施工提供了技术借鉴。     

寺河井田穿煤柱下组煤煤层气水平井钻井技术研究

下组煤煤层气超前预抽已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要任务。以寺河井田为例，通过分析3号煤层采动卸压后下伏岩层应力分布、裂隙演化及渗透率变化规律，研究了通过地面抽采下煤组煤层气降低瓦斯含量的可行性，开展了下组煤地面煤层气抽采井位部署方法、钻井技术工艺及关键排采技术等研究。结果表明：下组煤15号煤层渗透率增加约2.20倍，有利于15号煤层进行地面煤层气预抽；根据煤层气开发工程要求，按照地面井下综合分析的方法，优化部署了穿煤柱下组煤水平井煤层气抽采井位，设计了三开钻井井身结构，优化了井眼轨迹设计及钻井轨迹控制技术，研究了不同钻井层段的钻井液体系、裂隙发育段堵漏及分级固井工艺等钻井技术；为有效减少L型水平井排采中管柱磨阻，采用“大井扶斜正+双保接箍防偏磨+导向器降扭矩”工艺。所实施的穿煤柱下组煤水平井，最高日产气量9522 m³,14个月内累计产气量220万m³,产气效果理想，证明了技术工艺的可行性。     

贵州新田矿区顶板L型水平井煤层气抽采技术

针对碎软煤层瓦斯灾害频发、瓦斯抽采困难、顺煤层水平井钻进困难的问题,在借鉴“虚拟储层”思路和页岩气开发技术的基础上,以新田矿区9号煤层为对象,研究分析了煤层顶板L型水平井分段压裂抽采技术。通过目标区及目标层位优选、井身结构优化、井眼轨迹精准控制技术、多簇定向射孔分段压裂精确优化工艺技术及排采作业精细控制技术,形成了煤层顶板L型水平井煤层气高效抽采技术体系。结合工程实践,顶板L型水平井在新田矿区取得了产能突破,最高日产气量达到了5 334 m³/d,并获得了长期稳产高产的试验结果。顶板L型水平井分段压裂高效抽采技术的成功应用,为具有类似地质条件的高突矿井煤层气抽采及煤矿区瓦斯治理提供了技术方向引领。     

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。     

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。     

煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于“间接减法”理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。     

我国煤矿区煤层气井上下联合抽采研究进展

煤矿区井上下联合抽采是煤层气开发的重要形式。首先,介绍了井上下联合抽采的技术内涵和实现方式,分析了井上下联合抽采发展现状及存在的问题,包括煤层气井上下开发方式和施工技术的联合,施工技术的联合又分为条带式井上下联合、地面井与井下长钻孔连通压裂联合、立体压裂联合、顶板压裂联合、井/孔对接联合。随后,针对煤层气井上下联合抽采需求及存在的问题,研究了地面直井与井下近水平钻孔联合抽采煤层气技术,实现了抽采通道和抽采工艺的联合。最后,对井上下联合抽采技术发展进行了展望。     

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。     

基于电导率的煤层气气泡形态井下实时探测装置

气液两相流的探测与流动规律是煤层气排采领域的关键科学难题,研究煤层气井气液两相流最直接有效的方法则是对煤层气开采井井筒油套环空内的气泡进行实时检测。但目前常用的气泡探测装置无论是在检测目标的针对性还是体积方面,均不能满足煤层气井环空内气泡实时检测的要求,基于此,提出了一种基于电导率的煤层气气泡形态井下实时探测装置,探测装置中所设计的气泡传感器能根据空气和溶液电导率的不同来对井下环空中气泡的体积和速度进行实时检测。整个探测装置设计完成后进行了模拟试验,试验结果显示探测装置的精度满足实际工程项目要求。     

沁水盆地南部高煤阶煤层气水平井地质适应性探讨

沁水盆地南部煤层气水平井开发10 a实践表明,相同地质条件下不同类型水平井开发效果存在较大差异,亟需就水平井开发地质适应性进行深入研究。基于樊庄一郑庄区块水平井开发现状,通过生产数据统计分析,结合煤矿井下观察和室内实验,研究了水平井完井方式、储层改造方式的地质适应性。结果表明,地应力大小、方向和煤体结构决定水平井完井方式。水平井完井方式主要包括裸眼完井、套管或筛管完井等,在保证水平井井眼稳定的前提下采用裸眼完井经济效益最好。但埋深超过600 m时,煤岩承受的垂向应力大于抗压强度,裸眼水平井易垮塌,应使用筛管、套管完井;当埋深为600～700 m时,筛管水平井产量可达3 000 m~3/d以上,可用筛管完井;当埋深大于700 m,需要进行压裂,用套管完井。水平井井眼走向与煤层最大水平主应力方向之间夹角越小,井眼受到的有效应力越大,裸眼井眼越容易变形垮塌,应采用筛管、套管完井,当水平井井眼走向垂直于煤层最大水平主应力方向时,裸眼水平井产量最高,可以采用裸眼水平井完井。水平井井眼穿过碎粒、糜棱煤发育区,裸眼井眼易垮塌,裸眼水平井平均单井产气量仅1 000 m~3/d左右,而筛管水平井可以达到4 500 m~3/d左右,应采用筛管完井。煤层微观裂缝发育程度和垂向非均质性决定水平井是否需要压裂,微观裂缝发育程度可以用裂缝指数定量表征。当裂缝指数高于100时,筛管水平井产量一般高于3 000 m~3/d,开发效果较好;当裂缝指数低于100时,储层渗透性差,单井控制面积小,筛管水平井产量低于1 000 m~3/d,分段压裂后储层渗透率提高,产量达到7 000 m~3/d以上。煤层垂向上存在局部裂缝指数小于100的低渗层时,气体垂向渗流阻力大,筛管井产气效果差,需进行分段压裂,分段压裂水平井产量可达到8 000 m~3/d以上。     

沿煤层硬分层水平井钻井关键技术

针对沁水盆地东南部赵庄矿区煤层地质构造特征,为解决煤层气水平井沿3#煤层硬分层水平优快钻进、造斜段安全着陆、水平段井眼轨迹控制、煤层井壁防塌及固完井等问题,通过理论分析和实践经验,形成了以煤层气水平井二开井身结构设计、无导眼精准着陆、井眼轨迹精细控制、钻井液优化及分级箍固完井的成套技术体系。通过实钻验证,有效解决了煤层气水平井沿煤层硬分层水平钻进诸多问题,缩短了施工周期、降低了作业风险。研究成果对于开发3#煤层软-硬分层煤层气水平井钻井提供了技术指导,对该区域煤层气的高效开发具有参考意义。     

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。     

基于煤层气水平井的可降解聚合物钻井液研制与应用

为解决清水钻进带来的煤层井壁严重失稳问题,开发出可降解聚合物钻井液,其组成为：清水+0.1%纯碱+0.5%可降解聚合物DPA+1.0%润滑剂WLA。性能测试结果表明,可降解聚合物钻井液较清水具有强的防膨性,侵入煤层深度浅,对煤岩强度影响小,稳定井壁能力强;对煤层有污染,但通过氧化型破胶液可以有效解除可降解聚合物钻井液造成的煤层污染,达到保护煤层的目的。6口煤层气U型水平井应用结果表明,可降解聚合物钻井液稳定井壁能力强,配合后期破胶液技术,综合煤层保护效果好。