深部煤层气水平井测-定-录一体化地质导向技术

我国深部煤层气资源丰富,目前已逐步进入勘探开发阶段,但经济高效的煤层气井数量偏少。钻井工程导向技术是制约煤层气水平井产能的首要因素:一方面,要求着陆井段轨迹平滑,使着陆层位和角度与地层参数相互匹配,以免造成后期排采设备故障率高、排采不连续的现象;另一方面,水平段煤层钻遇率尽可能高,以保障供气充足。基于此,在总结前期深部煤层气水平井地质导向经验基础上,提出集测井、定向、录井技术于一体的地质导向技术,最大限度优化井眼轨迹,提高靶点着陆准确度和水平段煤层钻遇率。该技术主要流程为:根据前期有限的钻探、地震等资料建立目的层地质模型,钻井工程实施过程中通过垂直井段获取钻遇地层的测井参数响应值,水平段钻进时实时对比定向和录井参数,及时校正随钻伽玛,利用GeoWorks软件进行层位对比和划分,并建立动态地质模型,进而调整和预测后续井眼轨迹。通过沁水盆地横岭区块HL-U-04井实例应用,该技术取得了良好的应用效果,施工周期缩短了30%,煤层钻遇率提高了24.47%。该井完钻后连续油管压裂套管压力在5.7 m~3/min的排量下稳定维持在35 MPa,达到了储层改造效果,投产后该井排采初期日产气量稳定在1 000 m~3左右。因此,测-定-录一体化地质导向技术提高了水平井钻井技术的精确性和高效性。     

沁水盆地深部煤层气水平井定向钻进地质导向技术

沁水盆地内深部煤层地质构造较为复杂,对水平井定向着陆点控制及水平段钻进轨迹控制构成新的挑战,传统基于导眼钻进探查所得的目标层及紧邻相关层位地质特征数据及岩性判别等方法,难以满足实际定向钻进过程中精准轨迹控制,无法实现顺层钻进的要求。为了解决深井水平定向钻进控制问题,提出了一套适用于适用于深部煤层气水平定向钻进地质导向技术,通过前期谐振解析分析判断目的煤层地质构造情况,设计施工导眼获取目标地层参数,采用精准着陆技术和水平段地质导向技术完成钻井工作。该技术在沁水盆地武乡南区块WXN-T27-L1井试验应用,钻进水平段长708.00 m,煤层钻遇率达85.51%,显著提高煤层钻遇率、缩短钻井周期。     

山西沁水盆地3号煤层水平井施工技术探究

近年来,建设单位在山西沁水盆地郑庄区块部署较多的煤层气水平井,目的层为3号、15号煤层气储层,施工中受技术及地层因素的影响,多次出现煤层顶板坍塌、卡钻甚至埋钻事故,严重地影响了钻井效率,造成极大的经济损失。针对施工中存在的技术问题,采用无线随钻仪器双伽马技术来控制施工轨迹沿煤层夹矸钻进的方法来指导施工,通过对仪器电信号数据的充分辨识和利用,基本摸清了煤层赋存形态及结构,控制了施工轨迹;采用多种方法进行通井、遇阻划眼,确保井眼圆滑通畅。取得了快速、安全、高效的施工效果,达到了顺利完井的目的,解决了该区块水平井施工的技术难题,对该区水平井的施工具有指导意义。     

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。     

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。     

贵州织金煤层气非储层水平井开发技术研究

直井开发煤层气钻井和压裂成本高,控制面积小,单井产气量低;煤层内水平井钻进难度大,风险高,薄煤层中井眼轨迹控制难度大,钻井液有害固相对储层伤害严重,采收率低。基于此,分析贵州织金区块煤系地质构造,提出在煤系地层内稳定的非储层内布水平井,通过压裂造缝沟通水平井上下煤层同时开发多层煤层的新思路。与常规开发方式相比,非储层内水平井具有钻井风险小、储层伤害小、单井产量高的优点,同时还可以开发煤系致密气和页岩气,提高非常规天然气利用率。研究非储层内水平井开发贵州织金煤层气技术,为解决贵州煤系地层煤层多而薄、层间距小等特性煤层气开发难题以及综合利用煤系气提供新的方式。     

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。     

煤层气水平井钻井工程因素对煤粉产出影响的数值模拟——以柳林区块为例

煤粉产出是制约煤层气开发的关键因素。影响煤粉产出的因素包括静态和动态因素,钻井工程是动态因素中影响煤粉产出的重要因素之一。以柳林煤层气区块为例,从井壁稳定性角度出发,运用ANSYS软件建立了二维、三维模型,分别模拟了不同钻井方位、钻井液密度、井眼半径、井斜情况下井壁的受力和变形,分析了煤层气水平井钻井工程因素对煤粉产出的影响。研究表明,井眼大小和井斜对煤粉产出的影响较大,而井眼方位和钻井液密度对煤粉产出的影响较小;井眼方位沿最大水平地应力方向时,井周等效应力差值最大,应力集中最明显;钻井液密度过大会导致井壁拉伸破坏;水平井钻进过程中,井眼半径越大、井斜越大,越易产生煤粉。为了减少钻井因素导致的煤粉产生,建议研究区水平井钻进时,井眼方位选择沿最小水平地应力方向,水平段选用清水钻进,水平段井眼倾角尽量与煤层倾角保持一致。研究成果为煤粉管控措施提供参考。     

煤层气L型水平井录井综合导向技术应用研究

通过分析山西煤层气L型井施工的技术特点,总结L型水平井导向技术流程,建立着陆导向和水平段导向两个阶段的井眼轨迹调控模型,形成了现场导向时极具可操作性的煤层气L型水平井导向技术方法。2015年在现场实施应用5口井,取得了煤层钻遇率提高5.72%、钻井周期缩短1.35天的良好应用效果。     

构造煤U型对接井水平段钻井技术

煤层气是一种非常规天然气资源,传统的煤层气开采方式为地面直井排水降压开采,但这种方式开采煤层气单井产量低、经济效益比较差。U型对接井是一种煤层气开采钻井技术,是由一口直井和一口水平井对接组成,水平井可以在煤层或煤层顶底板与直井连通,目前大多数水平井沿着煤层钻进。煤层气水平井是一种成本不是很高但增产效果非常好的技术,已经越来越多地应用于煤层气的开采。文中主要介绍U型对接井构造煤水平段钻井技术,此地煤层结构形成了局部的碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤等构造分层,煤层稳定性较差。在该地质条件下U型对接井钻完井取得成功,对进一步丰富煤层气开发技术和推动高、中、低煤阶煤层气的全面开发,具有非常重要的意义。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

高陡倾斜煤层沿煤层钻井研究——以准南昌吉地区为例

针对准噶尔盆地南缘煤层倾角大、地应力复杂的煤层气井钻探难题,基于弱面理论研究了煤层倾角、地应力、造(降)斜对井壁安全的影响,建立起多目标约束的沿煤层钻井轨迹优化模型。研究表明:(1)昌吉地区煤层倾角为10°~25°,局部达到25°~40°,属于高陡倾斜煤层,具有渗透率各向异性强、地应力各向异性强、岩体力学性质各向异性强的特点。(2)钻水平井时,根据倾角对井壁稳定影响分为作用区、过渡区和反转区,倾角在5°~25°时为作用区,沿倾向钻井最安全,沿走向钻井最危险;倾角大于65°后进入反转区,沿倾向、走向都成为安全钻井方位。地应力各向异性越大,坍塌压力越高、安全钻井方位的范围越小。(3)沿煤层倾向钻井时,倾角小于35°时建议沿煤层上倾方向钻井;倾角大于65°时建议沿煤层下倾方向钻井;倾角在35°~65°范围内井壁安全性最低,建议沿煤层走向钻井;井斜角在45°~65°时是最危险造(降)斜段,应尽量避免在此井斜范围对煤层造(降)斜。(4)为降低煤层着陆点到首靶点的坍塌压力,提出S型、J型两种沿煤层钻井轨迹类型,从对比结果看出本文方法比常规方法设计的井眼进尺更短、摩阻扭矩更小。     

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。     

纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的实验研究

针对我国煤层气储层低孔低压的特点,笔者提出采用纳米材料暂堵技术与可循环微泡沫钻井液相结合的技术思路。通过泡沫钻井液稳定性评价、钻井液性能参数测试与微观形态观测、煤岩膨胀性测试、煤岩滚动回收率评价、原状煤岩气体渗透率测试等方法,对纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的能力进行了评价。结果表明：纳米材料可以提高泡沫钻井液的稳定性;纳米材料稳定的微泡沫钻井液密度（0.7~1.0 g/cm 3）与黏度指标可控,并且能有效抑制煤岩基质吸水膨胀,可满足低孔低压煤层的钻进要求;纳米材料稳定的微泡沫钻井液可有效封堵低孔低渗煤层,而通过表层切片处理后,煤岩气体渗透率恢复率达72%~96%。综合来看,纳米材料稳定的微泡沫钻井液不仅可以保证煤层稳定,还能降低对煤储层的伤害,适合低孔低压煤层气储层钻进。     

应用U型井开采倾斜构造煤层气的钻采技术研究

倾斜高陡构造煤层气钻井的共性是井斜难以控制,而且这类储层分布较广,潜力巨大。根据霍林河煤层气构造地质条件,地层倾角较大,主力煤层厚度大,渗透率较高,又属于典型的低煤阶煤层气,易于实施U型斜井钻采工艺。U型斜井钻采工艺特殊,利用定向斜井与其远端的直井在井下连通,建立煤层流体循环系统。为了保护煤层,煤层钻进过程中要采用环空充气欠平衡钻井工艺。采气时要选用排量范围广、成本低、耐砂能力强的螺杆泵,提高排采效率;U型斜井能够充分发挥倾斜地层流体势能和各井的优势,能够提高排水和采气效率。结合霍林河煤层气钻采,探讨了U型煤层气井钻完井工艺及采气工艺。     

高丰度煤层气富集区地球物理识别

为预测煤层气富集区,通过地震反演和地震属性分析,获得了煤层含气量、地质构造、煤层厚度、煤层结构、煤层顶、底板岩性和裂隙等地震地质参数,基于地球物理信息融合方法对煤层气富集区进行了预测。研究结果表明:随着埋藏深度增加,煤层厚度增加,煤层含气量呈增加趋势;向斜轴部隆起带煤层含气量大,背斜轴部凹陷区煤层含气量相对较多;构造煤分布区一般煤层气较富集;煤层直接顶底板为泥岩,则煤层含气量一般较高;裂隙的存在会对煤层气含量有一定影响。研究认为,煤层埋深、煤层厚度、结构、构造和顶底板岩性等参数是控制研究区煤层气富集的主要地震地质因素,基于地球物理信息融合对煤层气富集区进行预测,可以避免单一地震地质因素预测的局限性,有助于提高预测精度。     

叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验方法研究

为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气开采过程中储层参数和产量的时空动态演化特征,在多层叠置含气系统的特殊煤层气成藏模式和已有试验设备的基础上,对煤层气开采系统进行了改造和升级,煤层气开采系统由开采管、开采管路和气水分离器以及其他附件组成。建立一套集合材料选取、试件制备和煤层气开采的煤层气开采物理模拟试验方法,最后对试验系统和方法的优势、今后改进方向和适用条件进行了汇总。为了对开采物理模拟试验方法进行效果验证,以直井为例开展了叠置含气系统煤层气开采试验,研究了4个煤层在煤层气开采过程中的瓦斯压力、煤层温度、煤层变形、产量等参数动态演化规律。结果表明:瓦斯压力以井筒为中心近似呈现椭圆状,越靠近井筒区域瓦斯压力越小,反之越大,气体运移速度由近井段向远井段逐渐降低;煤层温度下降量在煤层内以井筒中轴线为起点呈圆弧状向边界递减,越靠近井筒区域温度下降量越大,反之越小;1—4号煤层在第360分钟的最终体积应变分别为0.000 67、0.001 09、0.001 17、0.001 54,初始瓦斯压力越大的煤层,其最终的变形量也越大,且初始瓦斯压力越小的煤层,体积应变增长速率变缓的时刻越早;瞬时产量曲线呈现在开采初期迅速达到峰值并急剧下降的单峰曲线类型。研究结果验证了叠置含气煤层气开采物理模拟试验方法的可靠性,能够为现场煤层气开采提供参考。