煤层气排采中的“灰堵”问题应对技术——以沁水盆地多分支水平井为例

煤层的性质决定了煤层气在排水采气过程中"出灰"(产出煤粉)是一种必然现象,在煤层气低能量开采及关井后再次开井条件下,煤粉的产出对产能的负面影响是不可逆转的。为此,通过分析山西沁水盆地煤层气排采特征以及该区多分支水平井实钻井眼轨迹特征,找出了多分支水平井产气量达不到预期目标,以及关井实施维护性作业后难以恢复到关井前产量的2个原因:煤粉沉积堵塞了储层的运移通道,水平井段的波谷处形成的地层水和煤粉沉积加大了气体流向井底的阻力。进而提出了应对"灰堵"问题的关键技术:①煤层气水平井的井眼轨迹应在保证一定煤层钻遇率的前提下,以井眼光滑、总体上倾为原则,避免出现"波浪状"井眼;②排采井洞穴具有"沉沙"功能,便于气、液、固三相分离,是煤层气多分支水平井不可或缺的重要组成部分;③主支在稳定的煤层顶板或底板的仿树形水平井为疏灰提供了稳定的洗井通道。该研究成果为解决煤层气排水采气过程中的排灰问题提供了有益的尝试。     

沁水盆地樊庄—郑庄区块高煤阶煤层气水平井开采中的问题及对策

沁水盆地煤储层热演化程度高且具有渗透率低、储层压力低、含气饱和度较低、非均质性强的特点,煤层气开发难度大。为此,基于该盆地樊庄—郑庄区块高煤阶煤层气水平井开发实践,从地质和工程两个方面进行了分析,厘清了影响多分支水平井产能的因素、适应地质条件及挖潜对策。研究结果表明,导致多分支水平井低效的原因有3类:(1)地质因素,钻遇低含气量区或断层;(2)工程因素,钻井液污染、钻井垮塌、排采垮塌及煤粉堵塞等;(3)地质因素与工程因素的共同影响。结论认为,钻遇低含气量区与断层、垮塌与堵塞是造成樊庄、郑庄区块多分支水平井低产的主要原因,其中含气量大于20 m~3/t、临储比大于0.7、R_o大于3.8,并且处于拉张应力区是该区煤层气裸眼水平井获得高产的必要条件。进而提出了针对部分低效井的挖潜技术对策:(1)对煤粉堵塞或后期垮塌的低效井进行分类改造;(2)探索新型水平井,采用顶板仿树形水平井、套管或筛管完井的单支水平井及鱼骨状水平井来解决井眼坍塌及后期无法作业的问题。     

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。     

樊庄区块煤层气羽状水平井钻井实践

山西沁水盆地樊庄区块的煤层具有埋深适中、厚度大、分布稳定、保存条件好、煤储层物性较好和含气量高等特点，如果利用常规直井开发，从提高裂缝导流能力、减少对煤层的伤害和降低单井钻井成本、扩大单井控制面积、提高单井产量等方面都达不到理想的效果。因此，采用羽状水平井开发是有必要的。通过对山西沁水樊庄区块地质特征的研究，得出了该区块满足羽状水平井钻井技术开发的结论，结合樊庄区块煤层气羽状水平井晋平井组钻井的现场实践研究，提出了煤层气羽状水平井的关键技术（井眼轨道控制技术、洞穴井交汇技术和沿煤层钻井井眼稳定性技术），并对其进行了相应的分析研究，研究成果对利用羽状水平井钻井技术开发煤层气具有一定的实际应用价值。     

煤层气多分支水平井产能影响因素及增产稳产对策——以鄂尔多斯盆地三交区块为例

鄂尔多斯盆地三交区块的煤层气开发以多分支水平井为主,由于对煤层气井产能的影响因素认识不清,部分煤层气井未获得高产、稳产。为此,在分析区块地质特征和生产特征的基础上,通过对比不同水平井的产气效果,找到了影响多分支水平井产能的主控因素,并针对性地提出了提高多分支水平井产能的对策。研究结果表明：①影响区块多分支水平井产能的主要因素是工程因素和排采因素,其中前者主要是由于钻井工艺的不成熟和完井工艺的不完善引起水平井主支井眼的垮塌,进而导致产气通道的突然堵塞,而后者则主要是排采控制的不合理引起煤储层产生压敏效应、速敏效应和贾敏效应,进而导致煤层渗透率缓慢降低;②通过优化并采用“前进式”单主支筛管钻完井技术、“四平行主支”筛管钻完井技术以及“鱼骨状”多分支水平井筛管完井技术等有针对性的措施,水平井的井眼稳定性、单井控制面积以及煤层气的产出效率显著提高;③将该区煤层气排采划分为无效解吸、低效解吸和高效解吸3个排采阶段,并制定了各阶段井底压力下降速率和产气增长速率的定量化控制指标,多分支水平井稳产期进一步延长,产气效果显著提升。     

煤层气仿树形水平井的探索与实践

多分支水平井是目前煤层气开发的主要井型之一,传统的煤层气多分支水平井主支、分支追求最大限度穿越煤层,其结果可能是煤层垮塌,进尺达不到设计要求,主支不可监测、不可重入、不可冲洗。为此,提出了"主支疏通、分支控面、脉支增产"的仿树形水平井设计理念,将多分支水平井的主支建在稳定的煤层顶板或底板上,分支由主支侧钻进入煤层,再从分支侧钻若干脉支。一个主支与若干分支以及每个分支上的若干脉支,构成了主支长期稳定并可监测和重入维护的仿树形多分支水平井。已在山西沁水盆地成功钻成了该类井型,试验井ZS1平-5H井主支全部在煤层顶板泥岩内,该井顺利完成1个主支、13个分支、26个脉支的钻进工作,总进尺12 288m,见煤后总进尺9 512m,纯煤进尺9 408m,实现了单井万米进尺无事故,并成功实现了主支洗井,为我国煤层气高效开发提供了一种新的井型。     

山西煤层气仿树形科学试验井顺利完井

正2016年8月8日,备受关注的山西煤层气仿树形科学试验井——沁试12平1-H井顺利完井。该井由中国石油渤海钻探工程公司30603钻井队承钻,完成多项国家级科学试验项目,创出单井进尺13 270 m、15个分支33个脉支、水平位移1 403.42 m等多项国内行业新纪录。沁试12平1-H井是在郑试1平-5H井的基础上进一步开展仿树形水平井现场试验的科学试验井,钻井工艺是在煤层顶板底部泥岩段钻探主支,同时主支与近端洞穴及远端洞穴井连通,在主支上钻进分支,在分支上钻进脉支,形成仿树形水平井,利用仿树形水平井     

岚M1-1煤层气多分支水平井充气钻井技术

为开采煤层气提高煤气产量,设计钻探了岚M1-1煤层气多分支水平井,该井煤层气储量大,埋深在900 m处左右。钻进时,先钻一口直井并在煤层段造洞穴,在距200 m处钻一口水平井,水平段连通洞穴,再在水平段上对称侧钻出10个分支井眼。钻进中,采用欠平衡钻井技术,直井眼充气,钻井液与气体在洞穴处混合,形成负压钻井。直井和水平井的上直段采用钟摆钻具组合。水平井的主井眼和分支井眼均采用导向钻具组合、无线测量技术,井壁稳定技术采用高黏度钻井液。造洞穴采用液压伸臂式扩眼器,水平井上直井段500 m处打悬塞,直井洞穴上部悬挂?127 mm割孔尾管进行完井。结果为,总进尺7993 m,生产时效100%,全井组平均机械转速8.69 m/h,锻铣造洞穴成功率100%,水平井与洞穴直井一次连通,悬空侧钻分支一次成功率100%,电测一次成功率100%,完井一次成功率100%。结果表明,岚M1-1多分支水平井工艺技术先进,10个分支数量在国内最多,控制面积在国内最大,为今后国内煤层气井钻进技术提供了宝贵的经验。     

某区块煤层气多分支水平井氮气措施探索

为提高某区块煤层气多分支水平井单井产能,深入分析多分支水平井井眼堵塞原因,初步搞清堵塞机理并提出增产对策。在某区块多分支水平井的开发实践中,部分多分支水平井在排采过程中出现排采管控不当、停电、设备故障等情况造成压力波动,导致煤层坍塌、井眼堵塞,致使气量大幅下降,产能无法有效释放。氮气泡沫解堵具有成本低、煤层污染小、不易导致裸眼井段大范围垮塌等特点,通过探索和开展多分支水平井氮气泡沫解堵工艺和技术研究,并进行现场实际应用,有效地解决了井眼堵塞、产能下降等问题,避免了其他解堵方式对煤层造成伤害。多分支水平井实施氮气泡沫解堵是一种有效的解堵提产方法。     

织金区块浅层煤层气J形大位移水平井钻井技术

织金煤层气区块存在煤层钻遇率低、储层保护难度大、水平连通井钻井成本高、经济收益低等问题,为此,在分析该区块J形水平井工程技术难点的基础上,从井眼轨道优化设计、井身结构优化设计、井眼轨迹控制技术等方面进行了浅层煤层气J形大位移水平井钻井技术研究,并在织平1井进行了试验。织平1井顺利完钻,水平段长500.00 m,水平位移818.98 m,最大井斜角97.6°,钻遇煤层293.00 m,煤层钻遇率58.6%,远高于水平连通井的煤层钻遇率(43.6%),且钻井成本为U形水平连通井的58%。这表明,采用J形水平井钻井技术可以解决织金煤层气区块存在的问题,可以在织金区块推广应用。      

煤层气多分支水平井钻井关键技术研究

在分析中国煤层气藏具有低压、低渗、低饱和、构造煤发育以及非均质性强烈等地质特征的基础上，认为在我国用常规垂直井开发煤层气具有很大的地质局限性，进而提出用多分支水平井来提高煤层气单井产量和采出程度。结合沁水盆地6口成功井的实践，剖析了多分支水平井钻井的地质工作重点以及两井连通、井眼轨迹控制、井壁稳定控制技术等关键环节，指出采用多分支水平井开发煤层气是适合中国煤层气藏地质特点的最佳技术选择。     

煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术

为了解决煤层气多分支水平井分支井眼因重入困难、不能下入筛管、无法实现筛管完井的问题,研制了空心结构的筛管完井重入引导工具,优选了煤层气多分支水平井完井方式,给出了分支井眼重入筛管完井施工步骤,形成了煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术。该技术在沁试12平1井的现场试验结果表明,对比重入引导工具与钻进时MWD测得的井眼轨迹数据可判断是否重入成功,筛管能顺利通过筛管完井重入引导工具下至分支井眼,实现分支井眼筛管完井。研究结果表明,煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术,解决了煤层气水平井分支井眼无法重入、不能实现筛管完井的问题。      

沁水盆地煤层气田试采动态特征与开发技术对策

沁水盆地煤层气资源丰富,中国石油天然气集团公司于1994年起在该盆地内开展了大规模的勘探、试采和正式开发准备工作。从气田动态分析入手,系统研究了该煤层气田的开采特征。结果认为：压裂增产、多分支井是开发该煤层气田的有效手段;3#煤产气量高低与其地质因素关系密切;在煤层气排采过程中应保持动液面稳定下降。结合煤层气开采动态特征,提出了沁水盆地煤层气田合理的开发技术对策：①采用地面垂直井和多分支水平井相结合的方式开发该地区的煤层气资源,在此基础上优化合理的井网部署方式和增产方式;②3#、15#煤层的地质条件差异较大,建议优先考虑开采3＃煤层,15＃煤层在3＃煤层产量下降时可视储层发育情况择时投产;③在排水采气初期,应建立合理的排采工作制度,避免储层渗透率的急剧下降。     

沁水盆地南部高阶煤层多分支水平井钻井工艺

沁水盆地南部高阶煤层多分支水平井钻井施工中遇到了以下难题:①井壁稳定性差,容易发生井下复杂事故;②煤层易受污染,储层保护难度大;③岩屑携带不畅,井壁严重失稳;④缺乏先进适用的钻井工具及仪器.为解决上述问题,分析了多分支水平井井眼轨迹及分支结构优化设计、复合造穴、水平井与洞穴井连通、井眼轨迹控制、充气欠平衡钻井等关键技术...     

鱼骨型分支水平井钻井技术开发煤层气技术难点分析及技术对策

我国煤层气勘探开发由于普遍采用直井钻井技术，煤层井眼裸露面积小，导致单井产量低，至今未形成工业规模。鱼骨型分支水平井能够充分增大煤层井眼裸露面积，大大提高单井产量，但在井眼稳定和井眼轨迹控制方面存在一系列技术难题，作者通过近年的研究，对煤层气鱼骨型分支水平井钻井井眼稳定和井眼轨迹控制技术难点进行了研究分析，并借鉴国内外石油工业钻井中成熟的技术，结合国内钻井技术水平，提出了井眼稳定和井眼轨迹控制技术方案，同时对煤层气鱼骨型分支水平井技术下步攻关方向进行了阐述。     

郑平01-1煤层气多分支水平井优化设计与实践

煤层气多分支水平井技术集成了钻井技术优化设计、远距离穿针、精确地质导向、煤层保护与井壁稳定控制等技术,是一项技术性强、施工难度高的系统工程。为探索该项技术在沁水煤层气田郑庄区块的适用性,利用国内现有技术和装备,进行了郑平01-1煤层气多分支水平井现场施工。结合现场实施情况,从多分支水平井优化设计、两井连通、保护储层钻井液、多分支水平井井眼轨道控制、钻井施工工艺等方面论述了相关技术要点,探讨了煤层气多分支水平井的设计方法和理论,为煤层气的高效勘探开发提供了技术参考。     

柳林地区多煤层多分支水平井斜井连通工艺

柳林位于鄂尔多斯盆地东缘,区内中煤阶煤层含有丰富的瓦斯气资源,但由于黄土垣地貌沟壑纵横,限制了常规多分支水平井的应用。为了提高煤层气钻井开发效率,创新采用了斜井连通工艺,实现了工程井和排采斜井井口间距10 m的小井场部署,并针对3+4号煤储层与5号煤储层压力相同、适合合采的地质特点,采用多煤层多分支水平井的钻完井技术同时开发3+4和5号煤层,完井下入塑料筛管。目前已经完成4口斜井连通的多煤层多分支水平井,4口井的日产气达到5万m3/d。多煤层多分支水平井钻完井技术成为鄂尔多斯东缘中煤阶煤层气高效开发的示范技术,经济和社会效益显著。     

地层动态倾角分析法在沁水盆地煤层气水平井地质导向中的应用

为了解决沁水盆地煤层气水平井钻进过程中,很难判断钻头在煤层中的位置,容易造成出层的问题,结合该地区煤层气水平井的实钻特点,运用随钻伽马、钻时、全烃等参数对沁水盆地煤层气井的标志层及煤层内剖面进行精细划分,并建立与之相对应的电性、综合录井曲线响应特征模型;在水平井施工过程中,通过标志层实钻数据与模型数据的分析对比,采用"地层动态倾角分析法"计算地层倾角,及时调整井眼轨迹,最终达到了快速钻进、提高煤层钻遇率的目的。     

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.     

中国煤层气钻井技术现状及发展趋势

对我国煤层气钻井完井技术现状进行了归纳和总结,结果认为:煤储层地质基础薄弱、井壁易失稳、煤层损害严重以及完井效果差等难题严重制约了我国煤层气高效勘探开发;已开展的多分支水平井技术、U型井技术及其配套的连通和裸眼造洞穴等技术取得了长足进展,一定程度上缓解了以上技术难题的制约。生产实践表明,由清水钻井引起的钻井安全与煤层保护的矛盾仍然突出,国内煤层气产量依然偏低。进而建议,加强对煤层专用钻井液、煤层损害解除方法的研究,尽快制定煤层气钻井相关室内实验评价方法和矿场评价方法的行业及国家标准,探索矿权制度改革,开展煤层气与常规气、致密气合采关键技术研究,积极开展煤层气多层钻完井、复杂结构井增产措施配套技术研究。