沁水盆地煤层气单支水平井钻完井技术探讨与实践

文章提出了一种旨在降低单井钻井成本、提高单井产量和排采寿命的煤层气单支水平井,省去洞穴直井,简化井身结构,采用上倾轨迹设计,采用大孔径筛管完井,设计了一种新型筛管结构和配套的筛管悬挂丢手系统。该工艺在山西沁水盆地得到成功应用,为我国煤层气高效开发提供了一种新的井型。     

煤层气水平井筛管完井工艺实践

水平井已逐渐成为煤层气开发的一种技术手段,但是普通的裸眼多分支水平井存在钻井成本高、施工风险大、排采时煤层易垮塌、后期无法进行改造等难题。通过优化井身结构和施工工艺,采用筛管完井,在水平段下入筛管支撑井壁,可以减少煤层垮塌和进行改造作业,提高煤层气井的单井产量和生产寿命。该技术的应用,实现了煤层气水平井井身结构简约化的转变,大大降低了钻井成本,对促进煤层气的高效开发具有一定的实际意义。     

煤层气水平井气体作业技术研究与应用

随着煤层气开发技术的发展,水平井逐渐成为煤层气开发的主流井型。但水平井排采过程中的出砂、出煤粉问题导致井筒堵塞,严重制约了水平井的稳定排采。因此,如何实现水平井高效清理,日益受到煤层气行业的重视。本文以沁水盆地华北油田煤层气开发区块水平井开发实践为基础,分析了水平井低产原因：一是煤粉、石英砂等固体颗粒堵塞井筒、筛管,煤层气不能顺利产出;二是煤粉堵塞近井筒地带渗流裂缝,人工裂缝导流能力下降。针对低产原因,创新应用水平井气体作业技术,取得了较好的应用效果,为今后煤层气的开发提供了新思路,具有较高的推广应用价值。     

煤层气水平井玻璃钢筛管完井工艺技术

针对钢筛管完井工艺具有维护井壁稳定、高效防砂、防锈耐腐、安全经济、可实现管柱重入完成通洗井等优点,将玻璃钢筛管完井工艺作为一项新的完井工艺,在煤层气水平井裸眼完井、PE筛管完井技术上进行创新设计。试验结果表明:玻璃钢筛管较低的摩擦因数更利于管柱下入作业,较高的强度有利于保证水平段通道的完整,实现后期水平井段的通洗井作业,非金属的材质有利于煤矿后期的开采作业安全。玻璃钢筛管以冲管为内管可在整个作业过程中建立泥浆循环,可以有效处理下筛管过程中的遇阻现象,并能实现高压水力喷射洗井,更大限度地降低前期作业过程中对储层的损害。该工艺首次在山西煤层气现场施工32口井,累计筛管下入长度40 862 m,成功率100%玻璃钢筛管完井工艺可以促进煤层气开发。     

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。     

煤层气超短半径水平井筛管完井技术研究

为解决煤层气超短半径水平井煤层坍塌、煤粉产出造成的频繁修井等问题,维持超短半径水平井连续稳产生产,探讨超短半径水平井筛管完井工艺可行性,重点研究不同材料管柱的屈服弯曲半径,采用Wellplan软件进行超短曲率半径条件下管柱可通过性分析,优化设计管柱组合。基于煤粉颗粒分布、运移速度、过流面积等因素进行高密度聚乙烯(HDPE)筛管参数设计,采用有限元分析法进行筛管屈服强度分析。设计高密度聚乙烯(HDPE)筛管专用送入工具及下入工艺研究,进行案例设计分析,探讨工艺可行性。结果表明:直径116 mm尺寸井眼在曲率半径不小于12 m的情况下可下入直径40 mm高密度聚乙烯(HDPE)筛管完井,筛管本体不发生塑性变形,筛孔附近出现部分塑性变形,塑性变形的体积占筛管实体体积的14.58%,为井筒流体通过提供稳定通道。筛孔可阻挡较大的煤粉颗粒进入井筒造成卡泵,T型割缝具备一定清洁功能,减少煤粉颗粒卡塞割缝。研究结果推进煤层气超短半径水平井工艺技术发展。     

煤层气水平井注氮增产改造技术

针对七元煤矿低孔、低压、低含水饱和度、高变质程度的煤储层特点和筛管完井煤层气解吸困难情况,为了实现瓦斯治理与煤层气共同开发的需要,探索出一套煤层气水平井筛管完井下的注氮增产改造技术。利用顶替排液、氮气驱替、憋井放喷3种氮气改造模式的不同特点,实施多次"注氮-憋压-放喷"作业,通过注氮改造可以清除近井污染,沟通煤层割理裂隙,改善井筒远处煤层渗透率,建立单相气体渗流通道,实现煤层气高效开发的目的。结果表明:七元煤矿5组水平井实施注氮增产改造技术后,单井日产气量提高3~20倍,实现了单井产量的突破。     

液压剪销式完井管柱送入工具研制

为实现空气钻井后期筛管完井的施工要求,同时解决球挂式液压丢手工具存在的技术问题,研制了液压剪销式完井管柱送入工具.该工具利用剪销悬挂上下接头,并通过憋压的方式进行脱开分离,该结构简单易加工、成本低廉、功能可靠、便于打捞,现场应用4口井,丢手成功率100％,各项功能均可满足施工要求.     

煤层气水平井钻进技术分析及现场应用优选

为了提高煤层气资源开发效率,以山西某煤层气区块为工程实例,对区块内布置的各类型水平井施工情况、应用特点及效果等进行阐述。结果表明,裸眼多水平分支井及U型水平井受单井投入大、钻孔塌孔及产量低等影响,在后续煤层气开采中应用并不广泛;L型筛管水平井对煤储层透气性相对较高区域的煤层气资源开发具有较强优势;对于低渗区域L型套管压裂水平井则表现出显著的优势,预计会成为该区块后期煤层气资源开采的主力井型。     

煤层气水平井割缝筛管优化设计

煤层气水平井割缝筛管的优化设计考虑了割缝参数对筛管抗挤强度和产能的影响。采用有限元数值模拟对比分析了布缝参数对筛管抗挤强度的影响。采用割缝筛管表皮因子模型,计算了不同布缝参数下割缝筛管引入表皮因子的大小。基于遗传算法的多目标优化方法,以筛管最大抗挤强度、最小表皮因子为优化目标,建立了割缝筛管优化设计模型,得出了高抗挤强度、低表皮因子的割缝参数的最优组合。结果表明:煤层气井中的割缝筛管更适宜采用交错布缝;其过流面积可达3%~10%;产气量高的井采用高缝密、短缝长、缝单元内缝数为3或4条的筛管;煤层埋深较深的井,采用低缝密、长缝长、缝单元内缝数为2或3条的筛管。     

煤层气水平井塑料割缝筛管有限元分析与参数优化

割缝筛管完井是煤层气水平井重要的完井方式之一。研究表明,筛管的割缝参数对割缝筛管的强度、应力分布及变形有重要影响。根据有限元的思想,应用Ansys软件建立不同割缝参数下的筛管模型,优化分析缝宽、缝长、缝密度及割缝相位角对割缝筛管抗挤压强度、割缝处应力分布及缝宽变形程度的影响,研究结果为优化割缝筛管设计参数提供了一定的理论依据。     

无洞穴远端精准对接技术在宁夏石嘴山矿区煤层气MS01井中的应用分析

MS01井是《宁夏石嘴山市惠农区煤层气资源评价及水平井开发技术应用研究》项目施工的煤层气水平连通井组,该井组位于宁夏回族自治区北端石嘴山市惠农区石嘴山矿区,由水平井精准对接远端直井。该井采用方位伽马随钻测量仪器在6号煤储层定向施工,采用高精度磁导向对接仪器在靶区直径215.9mm直井玻璃钢筛管中精准对接。     

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。     

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。     

地质导向技术在煤层气鱼骨状水平井关键技术环节的应用探讨

鱼骨状多分支水平井为煤层气开采中的常见井型,与其它井型相比,具有最大限度地增加泄油面积、充分利用上部主井眼、节约钻井费用等显著优点,提高产量与采收率,已经成为高效开发油气藏的理想井型。针对此类井型现场施工难点,渤钻二录地质导向人员,结合近年来在煤层气水平井施工经验,在鱼骨状水平井分支轨迹如何合理展布及主支优化、主支侧钻、筛管下入等关键控制技术上进行改进,总结出一套有利于鱼骨状水平井施工的控制措施。     

造穴技术在华北油田煤层气开发中的发展与应用

煤层气水平井洞穴完井是目前沁水盆地煤层气应用最为广泛的水平井完井方式,关键技术之一是造穴技术。华北油田经过近10年的煤层气开发实践,经历了探索、改进、创新和完善4个阶段,结合水力造穴和机械造穴工艺的优点,形成了煤层气水平井洞穴完井的复合造穴工艺并配套研制了具有自主知识产权的造穴工具,满足了沁水盆地南部煤层气开发的需求。     

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。     

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。     

煤层气多分支水平井录井综合导向技术研究与应用

地质导向技术作为煤层气多分支水平井核心技术之一,一直被国外专业技术公司垄断。2010年借助渤海钻探公司煤层气多分支水平井独立总包业务,第二录井分公司持续开展了综合录井与不同随钻测量工具相结合的地质导向技术研究。通过分析地质构造特征,根据钻井工艺特点,导向参数优选,建立水平段地质导向工作流程,研究实践近钻头围岩识别与轨迹控制技术,形成了系统的煤层气多分支水平井录井综合导向技术。截止到目前,应用该技术在山西沁水盆地郑庄区块完成了24个井组221个井眼的施工任务。创造了煤层气多分支水平井施工以来的十余项钻井技术指标。该项技术的建立打破了国外公司对该领域的垄断,为低成本高效开发煤层气提供了有力的技术支撑。     

煤层气水平井开发技术现状及发展趋势

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。目前针对这种问题煤层气常用的增产措施为水平井技术。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,已经越来越多的应用于煤层气的开采。文中主要介绍了煤层气羽状分支水平井技术现状和发展趋势,通过国内外技术煤层气水平井技术的介绍,得出煤层气水平井技术是一种适合中国煤层气开发的关键技术,必须在充分了解煤储层地质特性的基础上应用水平井。