超短半径径向水平井新技术及其在煤层气开采中的应用

超短半径径向水平井钻井技术是近几十年来发展起来的一项新型油田增产技术。利用该技术在早期或老期油气井、压裂效果不好的探井以及近井地带污染／堵塞严重的已开发井中开展试验,取得了较好的增产效果,但由于转向系统、水力破岩钻头等几项关键技术问题,一直没有得到大面积的推广应用。本文在分析常规径向水平井转向系统、破岩钻头等关键技术优缺点的同时,介绍了这几项关键技术近几年来国内外取得的新进展及其在煤层气钻井中的优势。     

低煤阶应力敏感性机理及其对产气的影响——以二连盆地为例

为研究低煤阶应力敏感性机理,建立双重孔隙介质应力敏感性模型和产气预测模型,基于应力敏感性实验和数值模拟,讨论了应力敏感性对高、低煤阶的产气影响。研究表明:应力敏感性与煤岩微观结构、力学参数、压缩性质有关,弹性模量越小、裂缝压缩系数越大,应力敏感性越强;含裂缝煤岩应力敏感性强于无裂缝煤岩,多次升降压会造成渗透率的不可逆降低;非连续排水会产生地层压力波动,产气量比连续排水时要低,而且应力敏感性越强,非连续排水对产气影响越大;应力敏感性对霍林河地区产气影响大于樊庄地区,针对巨厚煤层、强应力敏感性的特点,可试验直井"分段间接"压裂、顶板"L"型水平井分段压裂以降低应力敏感性、改善渗透性,提高单井产量。     

低煤阶厚煤层水平井方位及选层——以吉尔嘎朗图地区为例

为解决低煤阶厚煤层水平井钻井方位及层位优选难题,基于低阶煤应力敏感性机理和多斜交裂缝水平井产气模型,定量研究了水平应力差、裂缝对水平井方位的影响。通过弱面理论、断裂力学建立起煤层气井井壁稳定计算模型,提出针对厚煤层的测(录)井-脆性指数综合选层方法。研究表明:① 沁南煤岩压缩系数为0.038~0.077,鄂东煤岩压缩系数为0.025~0.074;低阶煤比高阶煤的压缩系数大,含水湿样比干样的压缩系数大;升压时的煤岩压缩系数比降压时大,裂缝样压缩系数降幅大于自然样;② 水平应力差会导致渗透率各向异性,压缩系数和水平应力差是影响水平井方位的两个最重要因素,低煤阶水平应力差大于8 MPa或高煤阶水平应力差大于14 MPa后,最优方位近似平行于最小水平主应力方向。裂缝与井眼夹角大于60°后产气最优,缝宽大于3 mm后产气量对缝宽的敏感度明显降低;③ 面割理倾角小于25°时,沿面割理倾向的安全钻井液密度窗口最大,沿面割理走向的安全钻井液密度窗口最小;倾角大于25°后,沿面割理倾向的安全钻井液密度窗口仍最大,走向与倾向之间的安全钻井液密度窗口最小;④ 吉尔嘎朗图地区水平井优选方位为NE90°~114°,JM-X井生产实践表明该选层方法能有效指导厚煤层选层。     

煤层气U型井钻井采气技术研究

国内高陡构造煤层气资源丰富、分布较广,开发潜力巨大。针对高陡构造煤储层特点,提出了一种适合开发高陡构造煤层气的U型井钻完井技术,并结合霍林河盆地低煤阶煤层气地质特征,给出了配套的U型井钻完井技术、欠平衡钻井工艺及地面采气技术。结果表明:U型井钻采技术充分利用了直井和定向井的技术优势,可结合煤储层地质特性,利用流体势能原理实现煤层的排水降压采气;采用充气欠平衡钻井技术,通过合理优化注气排量、注气压力和钻井液排量等,可有效保护煤储层,减少储层污染;采用组合U型井钻采技术,可实现多口U型井共用一口直井进行排采,从而节约地面资源,发挥一井多用的作用。     

煤层气羽状分支井定向钻进煤层预测、轨迹控制与完井技术

沁水盆地煤岩具有特殊的双重孔隙结构,其孔隙系统复杂,呈现多裂缝特征,同时具有低压、低孔、低渗、低强度的特点。通过对泌水盆地煤层物理特征及其羽状分支井井身结构分析,介绍了煤层气羽状分支井轨迹类型以及煤层预测井眼轨迹控制方法,指出沁水盆地煤层气羽状分支井主要是双主水平井眼结构,通过实时跟踪不同钻进煤层状态下随钻录井的显示情况,可以帮助识别煤层、预测井眼轨迹的方向。该煤层气羽状分支井通常采用裸眼完井,应采取多种方法减少钻井、完井对煤层的伤害。     

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。     

煤层气多分支水平井钻井工艺研究

煤层气多分支水平井工艺主要包括充气欠平衡技术、井眼轨迹优化设计与控制技术、水平井与洞穴井对接技术、煤层造洞穴技术等.系统地论述了煤层气多分支水平井钻井工艺的技术要点以及井身结构和轨迹设计原则和方法,并且详细阐述了造洞穴、U型充气欠平衡和两井连通工艺的原理及程序.提出了煤层气多分支水平井的设计方法和理论,为未来煤层气的高效勘探开发提供了技术参考.     

煤层气羽状水平井井眼轨迹控制技术

为了提高煤层气的钻遇率、减少井下复杂事故,开展煤层气羽状水平井井眼轨迹控制技术研究至关重要。通过分析煤层气产出机理和羽状水平井技术特点,给出了羽状井井眼轨迹控制综合分析流程图及常用的控制方法,详细介绍了随钻电阻率、自然伽马测井等测井响应井眼轨迹综合控制技术及不同地层倾角煤储层井眼轨迹实施跟踪预测控制技术。研究结果表明:准确掌握煤储层物性参数、地层倾角及顶底板岩性等是实现井眼轨迹有效控制的基础和关键,在钻进过程中通过实时跟踪和分析钻井参数,并结合随钻电阻率、自然伽马测井及综合录井信息等对井眼轨迹进行实时监测和调整,可有效控制钻头在目标层中最佳层位延伸钻进,从而可确保煤储层钻遇率及减少井下复杂事故发生。     

煤层气低产井低产原因及增产改造技术

沁水煤层气田的煤层气开发已初具规模,但部分煤层气开发井由于地质、工程或排采因素的影响而产量低,亟需查明原因。为此,从地质因素(构造位置、陷落柱、断层等)、工程因素(钻完井及水力压裂过程中储层污染等)和排采因素(套压控制、排液速度、停电停抽等)3个方面对煤层气单井产气量的影响进行了详细的分析,阐述了嵌套钻井、短半径水力喷射钻井、小井眼侧钻、二次(重复)水力压裂等增产改造技术的特点及优势,并结合对煤层气低产井原因的分析,给出了不同增产改造技术的适用特性。对煤层气规模开发过程中老井、低产井的后期改造提供了技术支撑。     

煤层气低成本钻井技术

分析了我国煤层气勘探开发现状，基于煤层气生产特征分析了煤层气开发向产业化、商业化发展降低钻井成本的主要技术方法。根据潜孔锤钻井原理和特点，详细分析了钻压、转速、注气压力、注气量等实钻参数合理的确定方法，综合阐述了这些参数与提高钻井速度之间的变量关系，以及其中影响钻井速度、钻井周期的关键因素，介绍了潜孔锤在煤层气钻井使用中的效果及优点。实践证明，潜孔锤钻井技术是当前降低煤层气开发钻井成本的关键技术之一。还提出了国内轻型钻机现有装备技术条件下潜孔锤钻井的实施方案。