煤层气洞穴井段铣技术实践

多分支水平井排采煤层气技术的出现,有效解决了煤层气开发过程中单井产量不高、产量稳定性差的问题。因此,针对多分支水平井进行的洞穴井段铣工作的施工质量就显得至关重要。介绍了TDX系列段铣工具的工作原理和技术特点,对近期在山西长治、晋城和河南焦作等多个区块完成的段铣实践进行了技术总结与分析。从前期套管的选择,到工具的改进提出了一些针对性的做法,为提高洞穴井段铣质量和效率提供了一定的借鉴。

裸眼洞穴井在山西保德煤层气区块的实验和应用

裸眼洞穴完井是煤层气井所特有的完井方式,在一些区块的产气量是套管压裂完井产气量的数倍。裸眼洞穴完井的机理是在作业过程中产生了数条各向延伸的自支撑裂缝,实现井筒与储层有效地连通。根据保德地区的实际完井经验,对裸眼洞穴完井工艺进行实践总结,探索洞穴井在该地区的适用性,为下一步煤层气开发井型选择提供了依据。

煤层气裸眼洞穴完井注气增压数值试验

煤层气裸眼洞穴完井在我国的应用效果尚不理想,分析认为,这与我国对该完井技术的增产机理研究不够深入有一定关系。考虑煤岩特有的垂直裂缝系统,基于UDEC软件建立了模拟煤层气裸眼洞穴完井注气增压过程的离散元数值试验模型,模拟了不同地应力条件下,气体注入增压过程中井筒周围煤岩有效应力、孔隙压力和节点位移矢量的分布情况。研究表明:各向异性储层比各向同性储层更容易产生破裂和坍塌,从而更利于洞穴的形成;在垂直裂缝系统中,流体运移速率不同引起的有效应力差异梯度有利于剪切破裂;节点位移矢量分布图能够反映注气增压过程中张性裂缝的形成和发展趋势。所建模型在山西寿阳区块煤层气空气造穴试验井———FCC-HZ04-V井进行了应用,初步预测得到该井在空气造穴后注气增压引起井筒周围张性裂缝延伸25m,井筒周围25m范围内煤层平均渗透率较初始渗透率增大7倍,验证了煤层气裸眼洞穴完井注气增压可产生自支撑张性裂缝、消除储层伤害、实现增产的机理。

适用于煤层的新型完井技术——裸眼洞穴完井技术

对煤层气开发中所应用的裸眼洞穴完井技术的作用机理进行了分析，给出了洞穴周围地层的应力分布状态，引出了几个相关的公式，对洞穴完井的应用提出了几个有益的建议。

煤层气裸眼洞穴完井造成的应力集中带与煤粉产出的关系

通过对煤层气洞穴完井周围应力分布特征分析,基于弹性理论基础,建立了极限平衡方程,进而推出因造穴而产生的应力集中带峰值点至洞穴壁的距离R。从材料力学理论和施工作业统计观测实据出发,解释了煤层气洞穴井中应力集中带R值与煤粉产出量之间的关系:即同等地质环境下,煤层气开采地质参数若无大的差异时,则煤层气裸眼洞穴完井煤粉产出量的多少与应力集中峰值点距井壁值R的绝对值大小呈正相关关系。由此证实了"应力状态改变导致煤基质破裂是煤粉产生的可能原因",该认识对于煤层气工业生产具有一定的实际意义。

造穴方式对煤层气洞穴完井影响评价

目前煤层气等非常规能源已经成为世界能源的重要补充。煤层气的开发利用也进入了大规模发展的时期。作为煤层气开发重要完井方式之一的洞穴完井,也因可以有效地提高煤层气井的产能,得到了推广及应用。但是,洞穴完井不同造穴方式对该技术的应用有着很大影响。鉴于此,需要对不同的造穴方式做对比分析。通过分析不同的造穴方式的优缺点及模拟其产能,认为机械造穴方式在造穴作业上简单易行,成本低,造穴快,而人工动力造穴方式对煤层气产能的增加效果较好。

基于3D-FEM的洞穴型地层双侧向测井数值模拟及响应特征研究

洞穴型碳酸盐岩储层非均质性强、电测井响应复杂、测井识别和表征难度大,利用数值模拟方法明确该类储层的电测井响应特征,可为洞穴识别与评价提供理论依据.本文基于三维有限元素法(3D-FEM),引入边界局部加密技术,实现对复杂球形洞穴的精细刻画与响应精确计算;对比分析井眼钻穿型洞穴和井旁洞穴的双侧向测井响应特征和敏感性,进而考察双侧向测井对两者敏感范围的差异.结果表明:洞穴的存在导致双侧向测井响应明显降低,受洞穴边界及仪器探测深度等影响,井眼钻穿型洞穴双侧向测井曲线复杂,而井旁洞穴曲线呈"抛物线"型;双侧向测井对井眼钻穿型洞穴的敏感性远大于对井旁洞穴的敏感性,深侧向和浅侧向测井最大可对洞穴边界距井壁0.5 m和0.3 m的井旁洞穴敏感.

洞穴完井煤层中渗流场的数值研究

提出了煤层气井洞穴完井的物理模型,将完井洞穴看成一个在煤层气井井底附近渗透率远大于外区煤层的高渗区域,并假定该区域中的流体流动仍然符合Darcy流动。在此基础上建立了煤层气井洞穴完井的渗流数学模型,通过有限元求解方法得到了洞穴完井煤层气井在圆形煤层和任意四边形煤层中的渗流场分布。为了与裸眼完井煤层气井的渗流场进行对比,模拟了圆形存在一口洞穴完井煤层气井和一口裸眼完井煤层气井及一口洞穴完井煤层气井和两口裸眼完井井的渗流场,明显看出了洞穴完井煤层气井渗流场与常规裸眼完井井的差异。该研究成果对更好地了解洞穴完井煤层气井的流体流动规律及压力分布状态有积极的意义。

煤层气井造洞穴技术特点分析

煤层气洞穴完井在国外应用广泛,其造洞穴技术主要包括人工动力造穴、机械造穴、水力造穴以及化学造穴等类型。实验分析表明:人工动力造穴方式的增产作用最为明显,但其成本和技术要求较高;机械造穴方式最简单,综合效果最佳,地质适应性强,成本较低;化学造穴增产效果超过水力造穴;水力造穴方式相对其他几种方式而言增产效果较差,其技术难点有待突破。

松软突出煤层穿层洞穴完井钻孔瓦斯抽采实践

基于地面煤层气井裸眼洞穴完井的抽采实践经验,探讨了煤矿井下穿层洞穴完井钻孔煤层瓦斯抽采增产机理,分析了松软突出煤层穿层钻孔的造穴工艺技术和注意事项,并在呼鲁斯太矿区进行了现场试验考察。试验结果表明,穿层洞穴完井钻孔在扩大抽采钻孔影响范围、提高瓦斯抽采量和延长钻孔有效抽采时间等方面具有优势。在200 d的抽采时间内,穿层洞穴完井钻孔的瓦斯抽采量为穿层钻孔的6.6倍;抽采200 d后,穿层洞穴完井钻孔的瓦斯抽采量为61.6 m3/d,而穿层钻孔的瓦斯抽采量为3.68 m3/d。

洞穴完井工艺在寿阳地区煤层气钻井中的应用

洞穴完井工艺包括钻井、完井、排水采气等工序,为提高煤层渗透率,最大限度的保证煤层气解析与运移,洞穴完井一般要求有效井径3～4m,及一定范围的破碎带。远东能源公司为开采寿阳地区15#煤层中的煤层气,部署了4口生产井,其井身设计为三开结构。钻井主要设备为T685WS顶驱车载钻机及多台不同型号的空压机,采用潜孔锤冲击钻进,以空气、空气泡沫为冲洗介质,钻进至15#目标煤层底板以下46m处完钻,然后利用可伸缩式扩孔器进行扩孔。在扩孔至距三开井底8～10m时,开始采用空气和清水憋压,通过瞬间释放压力,使煤层坍塌,如此反复,至造穴直径达到要求。由于严格按照技术标准及操作流程作业,采取的技术措施合理,4口井均已顺利投入生产,增产效果显著。可见该种洞穴完井技术的应用,不仅可以保护煤层原生结构及环境,并且还能减少煤层气射孔、压裂等环节的费用,对于煤层气井施工具有重要的经济意义。

提高粉细疏松砂岩气藏产量的洞穴完井技术

粉细疏松砂岩的出砂是气藏开采过程中日益严重的问题之一 ,而在其防治方面一直没有好的办法。从增产、控砂方面引入洞穴完井 ,研究了洞穴完井的适用性、形成条件及造洞方法、对其周围的岩石进行了受力分析 ,给出了临界出砂产量计算公式 ,研究了各参数对临界出砂产量的影响 ,并结合青海气田 3口气井进行了算例分析。研究表明 ,洞穴完井是一种很好的增产控砂方式 ,其推广使用必将为天然气的防、控砂提供一条有效途径。

煤层气洞穴完井技术

煤层气洞穴完井技术既是一种裸眼完井技术,又是一种增产技术,在适宜的地层该技术能够大大提高近井地带的渗透率,从而提高煤层气的采收率。该技术在美国圣胡安盆地的高渗煤层取得了巨大的成功,但是在其它区域并没有像圣胡安盆地那样效果明显,究其原因对该技术的增产机理及煤层适应性的认识还有一定的差距。分析了洞穴完井技术的增产机理及洞穴完井的煤层适用条件,对洞穴完井技术的储层选择、井身结构、工艺流程及设备配套进行了详细论述,并介绍了国内的现场试验情况及取得的一些有益经验,为该技术以后的推广应用奠定基础。

煤层气洞穴-筛管完井工艺

洞穴完井是单一厚煤层重要的煤层气增产完井技术之一。洞穴完井工艺流程概括为:钻头钻至煤层顶界上3m时停止钻进,进行裸眼地球物理测井,下技术套管,注水泥固井。检查固井质量合格后,钻穿煤层至底板下10m完钻。在完成该段裸眼测井和固井测井后,下入喷射式造穴器造穴,洞穴直径达到1.2m时停止造穴。最后在裸眼煤层段及以下井段安装悬挂式割缝筛管,并密封衬管和套管之间的环形空间。煤层气可以流过筛管割缝进入井筒。

煤层气井裸眼洞穴完井机理数值模拟研究

基于UDEC软件建立了煤层气井注入气体增压过程的离散元数值模型,结合离散元理论对数值模型进行分析,并利用室内实验对煤岩的力学参数进行了测定。结合煤岩储层中存在的两种天然裂缝形态——面割理和端割理模拟并分析不同地应力条件下,注入气体增压过程中井筒周围煤岩有效应力、孔隙压力和节点位移矢量分布。研究表明,煤岩的特殊结构(割理系统)对储层流体的运移和基质变形有一定的影响。流体的运移速率在面割理和端割理方向会引起应力的集中和分散,进而产生应力梯度,有利于剪切破坏的发生。在各向异性应力储层中,煤层更容易产生破裂和坍塌。煤岩内节点的位移矢量分布间接地反映了注气增压过程中不同注入压力下煤岩张性裂缝的发展趋势。

煤层气井完井方式的选择

分析了国内外现行的煤层气井完井方式的适用条件及优缺点，提出了煤层气井完井方式的选择依据，推荐了煤层气井完井方式选择流程图。

煤层气连通水平井精确控制技术

煤层气连通水平井一般采用旋转磁场测距导向系统(RMRS)实现洞穴井与水平井的连通,通过测量水平井与洞穴井之间的距离与方位达到相交连通的目的。但在连通作业过程中,水平位移过长、测量数据累计误差过大等问题会导致连通精度下降。为此,在现有煤层气连通技术基础上,采用优化连通工艺措施、旋转磁场测距导向系统引导MWD测量系统计算技术、对测量数据的误差评价分析和改进等技术形成一套精确控制连通轨迹的工艺技术。现场应用结果表明,连通成功率提高到100%,可全面用于煤层气连通井施工。

中阜新刘家区分支水平井技术可行性探讨

多分支水平井是指在主水平井眼的两侧不同位置分别侧钻出多个水平分支井眼,也可以在分支上继续钻二级分支,多分支水平井是煤层气高效开发方式的发展趋势,该技术在阜新刘家区煤层气勘探开发上会带来突破性进展。

国内外煤层气钻完井技术进展

我国煤层气资源总量巨大,达36.8万亿m3,与常规天然气储量相当,是理想的替代能源。但我国煤层构造复杂,煤体破碎严重,煤种繁多,开采困难。到目前为止,还未有一套行之有效的开发技术。由此,本文对国内外煤层气开采现状做了一个比较系统的调研。介绍了目前国内外应用较多的煤层气钻井技术和完井改造技术:欠平衡钻井技术、水平井和对接井技术、多分支水平井技术、水力压裂改造技术、洞穴完井技术、复合完井技术,煤层注CO2技术、CO2泡沫压裂技术等。最后,分析了煤层气开采技术的发展趋势。