延川南区块煤层气U／V型井固井技术的探讨

煤层气钻井中的几个关键技术问题

煤层气钻井中的几个关键技术问题 2008-11-17 来源 关于煤层气 1.1煤层气的成因及主要成份 煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为CH4，占90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。 1.2煤层气的危害 煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比CO2大20倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。 1.3煤层气的利用 另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.43～ 3.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。 1.4山西沁水潘庄矿区煤层气开发 山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在2000m3以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的120MW燃气轮低热值煤层气发电站。 1.5煤层气钻井工艺 煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从2006年8月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井6口，进尺2800多米，实现产值300余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻进、下套管和固井这四个关键性技术问题。 2.煤层气钻井施工中的几个关键技术问题 2.1钻井防斜 2.1.1煤层气钻井对井斜的要求 由于在钻井完成后，还要进行射孔、压裂、安装井下装置等后续施工，对于钻井质量中的井斜有严格的要求，井深500m井斜0～1.0°为优质，1.0～2.5°为合格，超过2.5～3.0°为不合格，超过3.0°为报废。 2.1.2造成井斜的主要原因

1 煤层气水平井钻井工程作业规程

煤层气水平井钻井工程作业规程 The Operation Regulation of Coalbed Methane Horizontal Drilling 1 范围 本标准作为中联煤层气有限责任公司（以下简称中联公司）企业标准，规范了煤层气水平井钻井工程作业全过程的程序和要求。包括水平井钻井工程设计、钻前准备及验收、水平井井眼轨迹控制作业、水平井测量作业、水平井完井作业、水平井钻井工程质量要求、健康、安全与环境管理（HSE）要求、水平井钻井工程资料汇交要求等六项内容。 本标准适用于煤层气勘探开发过程中水平井钻井工程的设计、施工作业、工程质量要求、资料汇交和验收。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 Q/CUCBM 0301 煤层气钻井作业规程 GB/T 8979 污水排放要求 GB/T 11651 劳动保护用品 SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法 SY/T 5272 常规钻井安全技术规程 SY/T 5313 钻井工程术语 SY/T 5322 套管柱强度设计推荐方法 SY/T 5334 套管扶正器安装间距计算方法 SY/T 5358 砂岩储层敏感性评价实验方法 SY/T 5396 石油套管现场验收方法 SY/T 5411 固井设计格式 SY/T 5412 下套管作业规程 SY/T 5435 定向井轨道设计与轨迹控制 SY/T 5526 钻井设备安装技术、正确操作和维护 SY/T 5547 动力钻具使用、维修和管理 SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋 SY/T 5619 定向井下部钻具组合设计作法 SY/T 5672 钻井井下事故处理基本规则 SY/T 5724 套管串结构设计 SY 5876—93 石油钻井队安全生产检查规定 SY/T 5957—94 井场电器安装技术要求 SY/T 5958 井场布置原则和技术要求 SY/T 5964 钻井井控装置组合配套规范 SY/T 6075 评价入井流体与多层配伍性的基础数据 SY/T 6228—1996 油气井钻井及修井作业职业安全的推荐方法中第八章和第10.5、10.6款 SY/T 6283—1997 石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南 SY/T 6426 钻井井控技术规程 3水平井钻井工程设计

水平井完井主要有三种方式

水平井完井主要有三种方式：裸眼完井、固井射孔完井和割缝衬管完井。在3种完井方式中，割缝衬管水平井堵水难度最大，因为割缝衬管与岩石壁面之间无隔挡,底水或边水进入井筒有径向流和横向流2种方式，机械封隔方法仅能实现割缝衬管内部空间的封隔，不能实现割缝衬管与岩石壁面之间环形空间的封隔。 国外主要针对割缝衬管水平井进行。早期主要采用化学剂笼统注入法[6-8]。90年代中期环空封隔技术(ACP)的提出为割缝衬管水平井堵水技术提供了新的 思路。 环空封隔(ACP)定位注入技术是借助连续油管(CT)和跨式封隔器(IBP)，在割缝套管与井壁之间的环空放置可形成化学封隔层的可固化液，形成不渗透的高强度段塞，达到隔离环空区域的目的。然后配合管内封隔器，实现堵剂的定向注入(图2)。如果出水部位在水平井段上部或下部，需要1个ACP，如果出水部位在水平井段中部，则需要设置2个ACP。当过量水(气)的产出不是由于断层或裂缝引起时，可考虑采用ACP直接封隔水(气)部位。 4 水平井堵水研究的难点、重点 l)难点水平井堵水具有共性的瓶颈技术难点有3个：一是出水层位判定技术，二是堵水工艺技术，三是堵水剂技术。出水层位判定技术与水平井测井技术密切相关；堵水工艺技术与井下工具、管柱技术、完井方式、堵水剂特性有关；堵水剂技术与化工技术工艺、材料科学有关，是研究比较活跃的技术难点。 2)重点水平井堵水最大的重点是堵水剂，特别是有较强的油、水选择性，合成生产方便，化学性能稳定，适应性强，施工工艺简单的选择性堵水剂的研究

开发。其次，适合油藏、油井特点的选择性堵水工艺研究也是水平井堵水的重点。两个选择性——堵剂的选择性和工艺的选择性研究的突破是水平井堵水技术能工业化应用的关键。

煤层气钻井与完井技术

煤层气井钻井完井技术浅议 蒋作焰 【摘要】：煤层在储层物性、机械力学性质及储集方式等方面具有与常规油气储层不同的特征；这些特征决定了煤层气井钻井、取心、完井及储层保护诸技术的特殊性。据此，我们从钻井完井工程的角度分析了现有技术存在的问题和制约煤层气开发效果的主要因素。研究并形成了一整套煤层气井的取心技术、储层保护技术和完井技术。这套技术应用于中国多个煤层气试验开发区，不仅满足了地质评价的需要，也为实现煤层气工业性开采起到了积极推动作用。 【关键词】：煤层气钻井技术完井技术 【作者】：蒋作焰2006年毕业于长江大学石油工程专业，中原石油勘探局钻井一公司工程师。

前言 煤层气又称煤层甲烷,是一种优质高效清洁能源。凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，煤层气的勘探开发已在国际上引起广泛的关注。我国煤层气资源十分丰富,但是目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段。中原钻井通过多年的攻关研究和试验，形成并掌握了一整套适合煤层气的钻井完井工艺技术，其内容包括：煤层造穴技术、连通技术、煤层井眼轨迹控制技术、水平分支井技术、充气欠平衡钻井技术、煤层绳索取心技术、煤层气完井技术、煤储层保护技术、煤层气井完井技术等。 一、煤层气井钻井完井的特殊性 煤层气钻井完井技术是建立在煤层地质力学性质及开采要求基础之上的。煤层具有不同于其他储层的特殊地质特性表现在以下几个方面： 1、井壁稳定性差，容易发生井下复杂故障。 煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定，在钻井完井过程中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻甚至埋掉井眼等井下复杂。 2、煤层易受污染，实施煤层保护措施难度大。 煤层段孔隙压力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液、完井液和固井水泥浆中固相颗粒及滤液的污染；但在钻井完井过程中，为安全钻穿煤层，防止井壁坍塌，又要适当提高钻井液完井液的密度，保持一定的压力平衡。这就必然会增加其固相含量和滤失量，加重煤层的污染。因此，存在着防止煤层污染和保证安全钻进的矛盾，从而使实施煤层保护较油气层更为困难。 3、煤层破碎含游离气多，取心困难。

煤层气井压裂技术现状研究及应用

煤层气井压裂技术现状研究及应用 摘要：煤层气其主要成分为高纯度甲烷。煤层气开发的主要增产措施是压裂，而压裂设计是实施压裂作业的关键。本文介绍了煤层气储层的特征，并根据美国远东能源公司煤层气井压裂工艺技术，对其在山西寿阳区块几口井的压裂设计进行了分析。讨论了煤层气井压裂设计的主要参数如施工排量、压裂液、支撑剂、加砂程序的优化措施。 关键词：煤层气储层压裂设计小型压裂测试树脂涂层砂 1 引言 美国是率先进行煤层气开采的国家，其煤层气工业起步于70年代，大规模的发展则是在80年代。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，经测算煤层甲烷总资源量为30～351012 m3，约是美国的三倍。我国煤层气目前处于商业化生产的阶段。至今已在全国各煤矿区施工600多口煤层气井、10余个井组，大部分进行了压裂增产等措施。煤层气是我国常规天然气最现实、最可靠的替代能源，开发和利用煤层气可以有效地弥补我国常规天然气在地域分布上的不均和供给量上的不足。山西省是中国煤层气储量最丰富的地区之一，开发利用煤层气的优势十分突出，如何坚持科学发展的指导思想，解决开发利用过程中遇到的难点和瓶颈问题，达到合理有效地开发利用是我们当前应该着重思考的问题。 2 煤层气概况 煤层气俗称瓦斯，其主要成分为高纯度甲烷，是成煤过程中生成的、并以吸附和游离状态赋存于煤层及周岩的自储式天然气体，属于非常规天然气。在亿万年漫长的煤炭形成过程中，都有以甲烷为主的气体产生，如果它较多地从母质煤炭岩层中游离迁移出来并进入具有孔隙性和渗透性均良好的构造中储存积聚，则被称为煤成气（即煤基天然气），其开采方式与常规天然气较相似。 2.1 煤层气的赋存特点 煤层气藏与常规气藏最大的差异就是煤层甲烷不是以简单的游离状态储存于煤岩的孔隙中，煤层气中90%以上均是吸附状态附着于煤的内表面上，少量的煤层气是以游离状态储存于煤岩的割理、裂隙和孔隙中，还有部分煤层气是以溶解状态储存于煤层水中。煤是一种多孔介质，其中微孔隙特别发育，形成了异常巨大的内表面面积，据测定每吨煤的内表面面积可达0.929亿m2 。煤的颗粒表面分子通过范德华力吸引周围气体分子，这是固体表面上进行的一种物理吸附过程。压力对吸附作用有明显影响，国内外的研究均表明，随着压力增加，煤对甲烷的吸附量逐渐增大。 2.2 煤层气储层特征

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择 水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥 一、完井方式 1、裸眼完井 裸眼完井费用不高,但局限于致密岩石地层,此外,裸眼井难以进行增产措施,以及沿井段难以控制注入量与产量,早期水平井完井用裸眼完成,但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏与油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。 2、割缝衬管完井 该方法就是在水平段下入割缝衬管,主要目的就是防止井眼坍塌。此外,衬管提供一个通道,在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用: 1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。 2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽度、深度、长度的缝。 3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择孔或缝的尺寸,可以起到有限的防砂作用。在不胶结地层,则采用绕丝割缝筛能有效地防砂,另外在水平井采用砾石充填,也能有效防砂。 割缝衬管完井的主要缺点就是难以进行有效的增产措施,因为衬管与井眼之环形空间就是裸眼,彼此连通,同样,也不能进行进行分采。 3、割缝衬管加管外封隔器 该方法就是将割缝衬管与管外封隔器一起下入水平段,将水平段分隔成若干段,可达到沿井段进行增产措施与生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平,一口井一般都有多个弯曲处,这样,有时难以下入衬管带几个封隔器

4、下套管注水泥射孔 该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时,自由水成分较直井降低得更多,这就是因为水平井中由于密度关系,自由水在油井顶部即分离,密度较高的水泥就沉在底部,其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生,应做一些相应的试验。 注:1、超短曲率水平井:半径1～2ft,造斜角(45°～60°)/ft; 2、短曲率水平井:半径20～40ft,造斜角(2°～5°)/ft; 3、中曲率水平井:半径300～800ft,造斜角(6°～20°)/(100ft); 4、长曲率水平井:半径1000～3000ft,造斜角(2°～6°)/(100ft)。 二、完井方式选择 在选择完井方式时,必须重点考虑以下几个方面的问题: 1、岩石地层 若考虑裸眼完井,重要的就是保证岩石就是致密的,同时钻井过程就是稳定的。经验报告与文献指出,若水平井方向就是沿着水平最小应力钻井,则井筒显示极好的稳定性。 2、钻井方法 短曲率半径仅用裸眼或可能用割缝衬管完井。对于中、长曲率半径水平井,既可用裸眼,又可用裸眼下割缝衬管或水泥固井射孔完井。 3、钻井液 由于水平井钻井的特殊性,钻井液所造成的地层伤害较直井更大,特别就是低渗透层与负压地层。为了减少这种伤害,除了应考虑泥浆的密度与性能外,还应考虑水泥固井射孔完井这种情况,以便通过压裂酸化解除这种伤害。 4、增产措施 若考虑酸化压裂,对水泥固井射孔完井来说,易于控制,可利用桥塞分段酸化;对裸眼井或割缝衬管完井则比较困难,因为沿井段滤失量太大,必要时应利用连续油管减少均匀布酸的困难,利用化学转换剂实现分段酸化(化学转换剂过一段时间后可自行解堵)。 5、生产机理 对凝析气层或气水同产层,完井时应尽量避免水平段的轨迹上下浮动,以免凝析液或水积累在井筒的低部位,难以排出或将天然气气锁在弓形高部位。 6、井下作业及修井 应根据油气层的具体情况,分析今后的气液分布动态,预见今后的井下作业及修井,以确定采用哪种完井方式。 7、水平井报废的技术经济要求 作为完井设计人,必须预先知道水平井报废的具体技术要求与有关特殊规定,以便作出评估。 8、投资风险 使用水泥固井不仅增加了完井费用,延长了作业时间,还必须射孔完井。尽管完井费用的增加似乎还很难判断就是否合算,但如果考虑在过早的水淹与井壁产生坍塌的井中侧钻新的井眼这一问题,则注水泥固井这一做法还就是意义深远的。 与直井相比,水平井必须有一个更加完善的完井计划。完井计划的制订主要受三个因素的制约。 1、对地层的认识 1)均质地层 这类地层常见于重油砂岩。在正常情况下,它们不需要分段隔离,其完井设计相对简单而容易,水平段大多采取全井裸眼完成,依靠连续油管作业或射孔技术来解除井筒附近的伤

煤层气井钻井井控实施细则

煤层气钻井井控实施细则（暂行） 中石油煤层气有限责任公司 ○二一一年四月

目录 一一一总则 一一一风险评估和分级管理 一一一一级风险井井控管理 一一一二级风险井井控管理 第五章防火、防爆措施 第六章井控应急救援 第七章井控技术培训 第八章井控管理制度 第九章附则

第一章总则 第一条煤层气是一种以吸附态吸附在煤的微孔隙表面的气体，需要通过排水降压方式才得以采出，是一种非常规气藏。 第二条为了进一步推进煤层气钻井井控工作科学化、规范化，提高井控管理水平，有效预防井喷事故的发生，保证人民生命财产安全，保护环境和油气资源不受破坏。参照中国石油天然气集团公司《石油与天然气钻井井控规定》，结合煤层气自身开发特点制定本实施细则。 第三条本实施细则适用于煤层气勘探开发钻井工程施工作业，进入所辖地区的所有钻井队伍及相关技术服务队伍应执行本细则。 第二章风险评估和分级管理 第四条井控风险评估 根据煤层气特点，将煤层气钻井作业风险划分为两级，按二 级井控风险进行管理。 一级风险井：预探井、含浅层气和CO2、H2S等有毒有害气体的开发井、评价井。 二级风险井：不含浅层气和CO2、H2S等有毒有害气体的详探（评价）井、开发井。 第五条井控分级管理 （一）井控装备配套 一级风险井必须安装防喷器，二级风险井在满足一次井控的条件下，可不安装防喷器。

（二）管理要求 一级风险井：相关建设单位在公司专业管理部门的指导下全 面进行管理。 二级风险井：相关建设单位独立进行全面管理。 第三章一级风险井井控管理 第六条井控设计是钻井地质和钻井工程设计的重要组成 部分，公司地质、工程设计部门要严格按照井控设计的相关要求进行井控设计，需由公司主管部门负责审核审批。 第七条钻井井口距离高压线及其它永久性设施不小于75m，距民宅不小于100m；距铁路、高速公路不小于200m；距学校、医院、油库、河流、水库、人口密集及高危场所等不小于500m。若安全距离不能满足上述规定，应组织进行安全、环境评估，并制定有针对性的井控措施和应急预案。 第八条地质设计应根据物探资料及本构造邻近井和邻构造的钻探情况，提供本井全井段预测的地层压力系数、浅气层、有毒有害气体资料和复杂情况。 第九条工程设计应根据地层压力系数、浅气层资料、岩性剖面及安全钻进的需要，设计合理的井身结构和套管程序，绘制 各次开钻井口装置及井控管汇安装示意图，并提出相应的安装、试压要求。 第十条工程设计应根据地质设计提供的资料进行钻井液设计，钻井液密度以各裸眼井段中的最高地层孔隙压力当量钻井液密度值为基准，另加一个安全附加值0.02g/cm3～0.15g/cm3；具

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择 水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥射孔 （1）裸眼 （2）割缝衬管完井 （3）衬管管外分段封隔完井 （4）水泥固井射孔完井 的实际经验。完井方式对于水平井今后能否进行正常生产或者进行多种作业是非常重要的。某种钻井方式只能适应于某种完井方式。 一、完井方式 1、裸眼完井 裸眼完井费用不高，但局限于致密岩石地层，此外，裸眼井难以进行增产措施，以及沿井

段难以控制注入量和产量，早期水平井完井用裸眼完成，但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏和油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。 2、割缝衬管完井 该方法是在水平段下入割缝衬管，主要目的是防止井眼坍塌。此外，衬管提供一个通道，在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用： 1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。 2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽 度、深度、长度的缝。 3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择 孔或缝的尺寸，可以起到有限的防砂作用。 在不胶结地层，则采用绕丝割缝筛能有效 地防砂，另外在水平井采用砾石充填，也 能有效防砂。 割缝衬管完井的主要缺点是难以进行有效的增产措施，因为衬管与井眼之环形空间是裸眼，彼此连通，同样，也不能进行进行分采。 3、割缝衬管加管外封隔器 该方法是将割缝衬管与管外封隔器一起下

入水平段，将水平段分隔成若干段，可达到沿井段进行增产措施和生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平，一口井一般都有多个弯曲处，这样，有时难以下入衬管带几个封隔器 4、下套管注水泥射孔 该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时，自由水成分较直井降低得更多，这是因为水平井中由于密度关系，自由水在油井顶部即分离，密度较高的水泥就沉在底部，其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生，应做一些相应的试验。 注：1、超短曲率水平井：半径1～2ft，造斜角（45°～60°）/ft； 2、短曲率水平井：半径20～40ft，造斜角（2°～5°）/ft； 3、中曲率水平井：半径300～800ft，造斜角（6°～20°）/（100ft）； 4、长曲率水平井：半径1000～3000ft，造斜角（2°～6°）/（100ft）。 二、完井方式选择 在选择完井方式时，必须重点考虑以下几个方面的问题： 1、岩石地层 若考虑裸眼完井，重要的是保证岩石是致密的，同时钻井过程是稳定的。经验报告和文献指出，若水平井方向是沿着水平最小应力钻井，则井筒显示极好的稳定性。 2、钻井方法

煤层气定向羽状水平井钻井技术研究

作者简介:黄洪春,1966年生,工程师;1986年毕业于重庆石油学校钻井专业,现从事煤层气研究与试验工作,已发表论文 10余篇。地址:(065007)河北省廊坊市万庄44号信箱。电话:(010)69213379。 Ο加里?特瑞特.新型水平定向钻井系统.煤矿区煤层气项目投资与技术国际研讨会论文集.2000年9月北京。 煤层气定向羽状水平井钻井技术研究 黄洪春　卢明　申瑞臣 (中国石油勘探开发研究院廊坊分院) 黄洪春等.煤层气定向羽状水平井钻井技术研究.天然气工业,2004;24(5):76～78 摘　要　从煤储层特性分析入手,讨论了现有煤层气井增产技术的不足,阐述了用特殊的羽状水平井来提高煤层气单井产量的有利条件。并通过室内实验和研究,介绍了煤层气定向羽状水平井的设计方案、钻井关键技术和主要工具结构原理,提出了在国内现有技术与装备条件下相应的实施方案和建议。所述技术对中国煤层气的开发具有实际应用价值。 主题词　煤层气　羽状水平井　设计　钻井技术 煤层实施羽状水平井的有利条件 由于垂直井贯穿煤层割理系统长度有限(通常为煤层厚度),而煤层气藏基岩渗透率很低,为获得经济产量需要对煤层实施增产措施。从我国煤层气试验井来看,先后试验了水基压裂液压裂、CO 2泡沫压裂、裸眼洞穴等多种增产技术措施。 对各向异性的煤层气藏压裂水力裂缝方位研究表明,水力裂缝通常沿与面割理(煤层主应力和渗透率方向)平行方向延伸,不能充分地进入煤层深部。加之煤层机械强度低、易压缩,压裂裂缝难以控制,压裂砂易嵌入煤岩使其对煤层的支撑效果大大降低,并有可能在裂缝周围形成一个屏障区。从8口裸眼洞穴完井的试验情况来看,因造洞穴方式和施工工艺的不同,未达到改善近井地带渗透率而使增产效果差。 理论研究和常规油气储层实践证明,当储层纵横向渗透率比值大于0.1时钻水平井效果显著,其产量可达直井的3～10倍,煤层气储层渗透率完全符合该条件。 要在渗透率较低的煤储层中获得经济的煤层气产量,需要更多的煤层裸露和割理系统沟通才能实现,而羽状分支水平井可以做到这点。 综上所述,煤层气储层具有钻羽状水平井有利 的条件。 煤层气定向羽状水平井设计 所谓羽状分支水平井是指在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道,分支井筒能够穿越更多的煤层割理裂缝系统,最大限度地沟通裂缝通道,增加泄气面积和气流的渗透率,使更多的甲烷气进入主流道,提高单井产气量。 1.煤层气羽状水平井完井方法 对于煤层气定向羽状分支水平井的完井方式,工艺较简单,主要采用裸眼完成,直接投产。 2.井身结构 煤层气需要通过排水降压解吸附才能产出,因此,定向羽状水平井井身结构必须考虑排水采气。参考美国已成功完成的羽状分支水平井钻井方案Ο,结合我国煤层特点提出如下两种井身结构方案。 方案一,需要另钻直井抽排水。 215.9mm 井眼在目的煤层顶部下入 177.8mm 技术套管并注水泥固井;用 152.4mm 钻头小曲率半径造斜进入煤层,并在煤层中钻500～1000m 长的主水平井眼;然后用 120.6mm 钻头由下往上在主水平井眼两侧不同位置交替侧钻出4～6个水平分支井眼。单个水平分支井眼长300～600m ,与主水平井眼成45°夹角,全部采用裸眼完井。最后,在距水平井井 ? 67?

水平井完井调研讲解

水平井完井方式 完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程。目前，常用的水平井完井方式有裸眼完井、射孔完井、割缝衬管完井，带套管外封隔器（ECP）的割缝衬管完井、带套管外封隔器（ECP）的滑套开关完井、预充填砾石筛管完井、阶梯水平井完井、多分支水平井完井等。 1、裸眼完井 适用于碳酸盐岩及其它不坍塌硬地层，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层。该完井方式工艺简单，钻水平井费用相对较低，但容易引起气、水窜流，修井测井困难，无法进行油层改造，目前使用较少。 2、割缝衬管完井 完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外个环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中，适用于有气顶、无底水、疏松砂岩地层。国外油田采用该种完井方式完井时，都在衬管下井前用油溶树脂或石蜡将割缝涂死，生产时靠地温自动化开，免除割缝被钻井液堵死。塔中四油田402高点CIII油组主力部位5口水平井，其中4口都用割缝衬管完井，初产都在千吨以上，临界产量也都在700t/d以上。 图1 割缝衬管完井示意图

3、带管外封隔器（ECP）割缝衬管完井 用割缝或钻孔尾管带多级管外封隔器下入水平井段后，从末端开始逐级将管外封隔器用水泥挤膨胀后固定，可分段进行小型作业措施。 这种完井方式是依靠管外封隔器实施分段的分隔，下一根盲管，以便实现管内封隔。可以分段进行作业和生产控制，这对于注水开发的油田尤为重要。管外封隔器的完井方法可以分为三种形式：套管外封隔器间连接割缝衬管、套管外封隔器间连接可开关的滑套和套管外封隔器间进行射孔完成。管外封隔器逐级通过定位槽定位，用油管或连续油管待双封隔器对准管外封隔器的定压单流阀将水泥浆挤入皮囊内凝固封隔器后分段隔开。 图2 套管外封隔器及割缝衬管完井示意图 这种完井方法适用于各类油层，目前用的较广，可进行分段压裂改造、可酸化解除油层污染、便于测井和修井，尤其对多条垂直裂缝油藏用多级管外封隔器完井，将十分理想。新疆油田分公司，在一口水平井下6只管外封隔器，其中5只检封密封良好。 4、带ECP管外封隔器的滑套开关完井 这种完井方式与前种基本相同，只是将割缝衬管换成多级滑套，用连续油管逐级开关，其关键技术是内径保持一致的滑套开关工具。某油田三叠系长6到长8低渗透层打水平井未取得预期效果，分段压裂一直是困扰低渗透油藏水平井开发的关键技术，曾用液体胶塞加填砂的方法分段压裂，但封隔的有效性难以保证，并可能对油层造成伤害。如果采用滑套完井方式实现低渗透油层分段压裂，可有

煤层气水平井煤粉产出及运移特征

第42卷 第3期 煤田地质与勘探 Vol. 42 No.3 2014年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2014 收稿日期: 2013-09-23 基金项目:国家科技重大专项课题 (2011ZX05061；2011ZX05042-001；2011ZX05034-003) 作者简介:曹立虎(1989—)，男，甘肃庆阳人，硕士研究生，从事煤层气井水力压裂研究. 文章编号: 1001-1986(2014)03-0031-05 煤层气水平井煤粉产出及运移特征 曹立虎，张遂安，张亚丽，秦 鹏，韩 树，王 雪 (中国石油大学气体能源开发与利用教育部工程研究中心，煤层气研究中心，北京 102249) 摘要: 煤粉是煤层气水平井排采中的不利因素，影响煤层气的产能。根据沁水盆地南部樊庄区块 煤层气水平井的排采数据，分析了煤粉产出特征；通过煤粉在支撑裂缝中运移的物模试验，揭示 了煤粉在支撑裂缝中的运移和伤害规律；利用流体迁移规律研究装置，进一步研究了煤粉在水平 井筒的流动规律，建立了煤粉运移模型。研究结果表明：煤粉主要来源为钻井过程中钻具对煤层 的研磨及压裂过程中大排量携砂混合流体对裂缝煤壁的摩擦和冲刷；煤粉对支撑裂缝中导流能力 伤害率达90%，且排采速度越大，出煤粉量越多；煤粉在水平井筒中运移的流型为层流流动，通 过控制压力、流量和煤粉含量，可在排采初期实现对煤粉的控制。 关 键 词：煤层气水平井；煤粉；产出；运移；支撑裂缝；水平井筒 中图分类号：TE375；P618.13 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.007 Investigation of coal powder generation and migration characteristics in coalbed methane horizontal well CAO Lihu, ZHANG Suian, ZHANG Yali, QIN Peng, HAN Shu, W ANG Xue (Engineering Research Center of the Ministry of Education for Gas Energy Development & Utilization , Coalbed Methane Research Center , China University of Petroleum , Beijing 102249, China ) Abstract: As a disadvantage factor of drainage gas recovery in CBM horizontal well, pulverized coal usually leads to reservoir damage, pump stuck and other accidents when it transports in the fracturing propped fracture and horizontal wellbore, increasing the cost. Therefore, the coal powder output characteristic was analyzed according to the production data of Fanzhuang block in southern Qinshui basin, the migration of pulverized coal in propped fractures and the damage rule were revealed through physical model experiments on the migration of pulverized coal in propped fractures. The flow rule of pulverized coal in horizontal wellbore was further studied and the pul- verized coal migration model was established with the use of the device for research of fluid migration law. The result indicates that the main sources of pulverized coal are the drill grinding of coal seam in the process of drilling and the friction and erosion of large displacement fluid mixed with sand in coal wall cracks in the process of frac- turing; the damage rate of propped fracture diverting capacity caused by pulverized coal could reaches 90%, what’s more, the higher the velocity of production, the more the amount of coal powder; the flow pattern of migration of pulverized coal in horizontal wellbore is the laminar flow regime, the pulverized coal could be well controlled at the beginning of production by controlling the pressure, flow and pulverized coal concentration. Key words: CBM horizontal well; coal powder; output ；transport; propped fracture; horizontal wellbore 煤粉是煤层气开采中的不利因素，严重影响煤 层气的产能，而煤层气水平井生产过程中煤粉的产 出量和浓度远高于直井[1–6]。目前，国内外学者对煤 粉的伤害机理进行了研究，取得了一些成果[3–9]。煤 粉对排采的危害主要由煤粉的运移造成：一方面， 煤粉在煤层天然裂隙或压裂支撑裂缝中运移沉积， 堵塞裂隙孔隙，影响储层渗透率；另一方面，煤粉 随储层流体产出至水平井筒段，与井筒中原有的煤粉一起随流体发生运移，到达泵的吸入口，造成卡泵或埋泵等事故，降低了检泵周期。根据资料统计，鄂尔多斯盆地东缘和沁水盆地南部煤层气水平井的平均检泵周期为3~6个月，而实施煤粉控制措施后，平均检泵周期达15个月[3,8]。频繁的检泵会对储层的渗透性和生产动态产生不利影响，降低了产能，增加了排采成本。因此，研究煤粉在裂缝和水平井筒的运移规律，可有效预防和控制煤粉对生产的不

煤层气固井特点及技术

煤层气固井特点及技术 我国的煤层气资源十分丰富，开发利用刚刚起步。煤层与一般的油气层相比，藏浅微孔隙和裂缝发育，煤层的机械强度和孔隙度低，易坍塌、易污染。文章根据煤层气井的特点，介绍了煤层气井固井的特点及难点，总结了目前煤层气井固井存在的主要问题。根据煤储层的特点，提出了固井技术对策及外加剂的选择。 标签：煤层；微孔隙；固井 煤层气不同于常规油气，它是以吸附态为主吸附于煤层孔隙中。目前煤层气固井技术需要考虑两个因素：①将储层及相邻的上下岩层封闭，以便建立产区通道；②用优质的水泥和不同作用的外加剂配出性能优良的水泥浆，优质的水泥环保护产层，保障压裂作业，延长每口井的开发寿命。 1 煤层气井固井的特点 煤层埋藏浅，顶替效率低。煤层气井井深浅，固井时替浆量少，注水泥完毕即有一半体积以上的水泥浆进入环空。受设备及井下条件的限制，固井时根本达不到紊流顶替的排量，且紊流顶替时环空返速高，摩阻大，在低压易漏的井中甚至会压漏地层。同时煤岩层光滑、不规则的解理面不利于水泥环二界面的胶结，对水泥浆性能要求较高。 煤层压力低，固井时易发生漏失。煤层气井的封固段长一般为300～1200 m，煤层孔隙压力梯度低，水泥浆密度比钻井液密度高得多（钻井液密度一般在1.03～1.08g/cm3之间）。煤气层地层压力系数变化规律性差，难以平衡压力固井。在固井过程中水泥浆密度高或施工不当，都易形成过平衡压力而导致漏失，一方面导致水泥浆低返，影响封固质量；另一方面使水泥浆渗入煤层，污染煤层。 2 煤层气固井技术 2.1 固井水泥浆体系 满足煤层井固井要求的水泥浆体系，要求适应储层特性，低温快凝、低失水、高早强、浆体稳定性好、稠度适宜，同时对煤层的伤害小。 2.1.1 水泥浆密度 煤层岩心强度和煤储层地应力特征决定了水泥浆密度范围和环空液柱压力系统的设计。按照常规要求，水泥浆密度应大于井眼坍塌压力、小于煤层渗漏压力。在此基础上，在水泥石抗压强度满足要求的条件下，采用密度尽量低的水泥浆。目前，采用常规密度与低密度（1.20～1.65g/cm3）水泥浆相结合的固井方式较多，也可采用变密度固井，即固井注水泥时，水泥浆密度由小向大不断变化，但所有井段的有效密度之和，即全井平均有效密度不超过计算的最大平均密度。

煤层气钻井中的几个关键技术问题

煤层气钻井中的几个关键技术问题 218-12-10 1. 关于煤层气 1.1煤层气的成因及主要成份 煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为CH4，占90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。 1.2煤层气的危害 煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比CO2大20倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。 1.3煤层气的利用

另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.43～3.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。 1.4山西沁水潘庄矿区煤层气开发 山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在2000m3以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的120MW燃气轮低热值煤层气发电站。 1.5煤层气钻井工艺 煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从2006年8月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井6口，进尺2800多米，实现产值300余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻

煤层气压裂工艺技术及实施要点分析

煤层气压裂工艺技术及实施要点分析 发表时间：2019-07-17T09:24:30.543Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年7期作者：康锴 [导读] 我国地大物博，矿产资源丰富，煤层气资源总储量占居首位，可以与天然气的总储量相媲美。 新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队 摘要：近几年，我国经济建设发展迅速，煤矿企业为我国发展做出了很大贡献。我国煤层具有松软、压力低、表面积大和割理发育的特征，导致煤层气开采普遍存在经济效益低、单井产量低的问题。为了适应煤层气特殊的产出条件，本文探讨煤层气压裂工艺技术与实施要点，以期为我国煤层气开采提供参考意见。 关键词：煤层气；压裂工艺技术；实施要点 引言 我国地大物博，矿产资源丰富，煤层气资源总储量占居首位，可以与天然气的总储量相媲美。因为煤层气本身属于清洁能源发展行列，本身带有极强的清洁性能和使用的高效性，对于此资源进行科学合理的开发应用，能够有效缓解现阶段我国能源紧缺的尴尬局面。进行开采过程中，需要对煤层的低饱和、低渗透和低压的发展特点充分了解，可以通过对水力压裂技术的改造升级，完成增产增效工作，保证煤层气井开采效率和高质量发展。在此过程中，需要注意的问题是，因为不同煤层在发展过程中，都受到不同介质的作用，其内部构成和物质特性方面都存在很大差异性，所以，科学掌握煤层气压裂工艺技术有着重要的现实意义。 1煤层气探采历史 1733年美国首次实现地下管道煤层气抽放，1920年第一次完成3口地面煤层气抽采井。1953年在圣胡安完成高产井，日产1.2万m3。我国起步较晚，1957年阳泉四矿在井下成功实现，临近煤层瓦斯抽采。1992年正式开始研究实验。1996年中联煤层气有限责任公司的成立，标志着我国煤层气开发研究的新纪元。 2矿岩压裂的主要影响因素 2.1天然裂缝割理 在煤层开采发展过程中，主要的裂缝系统包括天然裂缝和割理，这两种现象会严重影响到压裂裂缝的发展形态，同时还会对周围水文地质的发展起到一定的影响作用。通常它们的主要性能会对水力裂缝的形态进行延伸，造成冲击作用，也就是说，通过这两个作用力的共同作用，煤层气井在发展和延伸的时候，很容易发生突然转向和次生裂缝。 2.2矿岩力学性质 对矿岩力学性质进行研究的过程中，需要重点做好三个方面的工作：首先，做好矿岩硬度和密实度的勘察工作。第二，对整体强度和弹性力度问题进行研究。第三，深入探讨研究断裂相关内容。对有显著特点的矿样进行综合检测分析，通过观察和对比，得到的结论是，矿岩在受到某些压力和应力的共同作用下，其自身的特征也会发生改变，呈现出弹性模量低、脆性大、易破碎和易受压缩等显著特点，所以，需要对矿岩力学性质进行综合研究。 2.3地应力 在矿井气层发生水力起裂现象的过程中，地应力的变化情况会对裂缝整体位置和形态产生主要影响作用。通过科学调查结果显示，起裂压力大小情况与地应力差之间存在负相关的变化发展联系。换言之，破裂压力的影响因素主要为天然裂缝与最大水平主应力间的夹角，在高水平应力差作用力的影响下，会发生层次较规律的主缝问题。在低水平应力差作用力的影响下，裂缝问题就会向周边进行延伸和扩展。 3煤层气压裂工艺技术 3.1大排量压裂技术 在煤层储层中，有着大量的天然割理系统，加之在压裂施工中使用了活性水压裂液，因此容易造成在压裂过程中滤失量过大及效率低的情况。而为了控制液体滤失以保障效率，应当要根据活性水压裂液的特点，选择大排量注入压裂液的施工方式。 3.2低砂比压裂技术 煤层气压裂的砂比是由多种因素共同决定的，包括煤层本身的特性、压裂液及其排量、支撑剂密度等等。煤层具有性脆、易破碎以及易滤失等特性，而这些都容易引起压裂过程中煤层出现砂堵；再者压裂液粘度低，也是造成砂堵的一项常见因素。而若应用低砂比压裂技术，则能够十分有效地预防砂堵现象。 3.3脉冲加砂技术 若想实现煤层气开采的增产，其主要途径之一就是尽量增加缝长和沟通天然割理系统。在深层煤层气的压裂施工过程中，支撑剂的泵入可以选择采用将前置液与携砂液交替注入的方式。这种方法既能够更多地增加缝长和沟通天然割理系统，同时又能够防止砂堵，提高压裂效率。 3.4复合支撑技术 该深层煤层气储层的闭合压力＜20MPa，经分析和评价后，认为其在支撑剂的选择上以石英砂为宜。由于煤层气储层具有易滤失的特点，所以在加砂前，首先要处理天然割理，即加入适量的细粒径石英砂，从而降低其滤失；其次在加砂过程中，要加入适量的中粒径石英砂，从而延伸裂缝；而在加砂后期，则要加入粗粒径石英砂，以使煤层中的气流畅通。 4煤层气压裂工艺技术及实施要点分析 4.1优选煤层气压裂液体系 在煤层气压裂中，压裂液既需要携砂、造缝，又会因液体浸入储层而伤害煤层，所以优选压裂液体系至关重要，即要求煤层气压裂液满足压裂工艺的技术要求、与储层配伍性且尽量不伤害煤层。煤层气井从客观实际出发优选压裂液体系，具体要点包括：一是少用添加剂，如有机类添加剂，以免伤害煤储层；二是研发与煤层气压裂条件相适宜的压裂液材料，以提高其与煤储层的配伍性；三是在满足压裂工艺与施工要求的前提下，提高压裂液的经济性，从而适应市场经济的发展要求。据此，山西沁水盆地煤层气井决定选用清水压裂。

煤层气水平井煤粉产生机理及控制措施

第30卷第4期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2011年8月 V ol.30 No.4 Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Aug. 2011 收稿日期：2011-02-12 网络出版时间：2011-8-26 网络出版地址：https://www.360docs.net/doc/f419069291.html,/kcms/detail/21.1379.N.20110826.1720.006.html 基金项目：国家科技重大专项基金资助项目（2009ZX05038-002，2011ZX05038-001） 作者简介：刘升贵（1978-），男，四川 宜宾人，博士后，主要从事渗流力学、煤层气开发技术等方向研究。本文编校：朱艳华 文章编号：1008-0562(2011)04-0508-05 DOI: CNKI:21-1379/N.20110826.1720.006 煤层气水平井煤粉产生机理及控制措施 刘升贵1，贺小黑2，李惠芳1 (1.中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京100083；2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029) 摘 要：为了揭示煤层气水平井煤粉产生机理，采用理论分析和现场实验的方法，分析了煤层气水平井产出煤粉的质量分数及颗粒粒径变化规律，提出了使用防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉质量分数预防卡泵的措施。研究结果表明：煤层气水平井产出煤粉颗粒粒径呈阶段变化特征，煤粉质量分数超标是导致卡泵停机的主要原因，使用防砂尾管结合井底注水稀释煤粉质量分数措施能有效延长煤层气排采井检泵周期。 关键词:煤层气；水平井；生产动态；煤粉；卡泵 中图分类号：TE 33 文献标志码：A Production mechanism and control measures of coal powder in coalbed methane horizontal well LIU Shenggui 1，HE Xiaohei 2，LI Huifang 1 (1.School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 2.Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China) Abstract: To reveal the production mechanism of coal powder in coalbed methane horizontal wells, the coal powder concentrations and particle size variations in coalbed methane horizontal wells are analyzed by combining theoretical analyses with field experiment. Also, the measures of using sand control liner combination of water injection in tube-casing annular space to dilute coal powder concentration is proposed for preventing pump stuck. The study results show that the stepped changes characteristic of coal powder particle size, and higher coal powder concentration than standard are major causes of pump stuck. The field application results demonstrate that the pump inspection cycle in a coalbed methane drainage wells is effectively extended by the measure proposed in this study. Key words: coalbed methane; horizontal well; production performance; coal powder; stuck pump 0 引 言 煤粉的控制是煤层气井排采管理中的重要环节，过量煤粉产出引起的机械故障将导致频繁检泵作业，从而产生大幅度的井底压力波动而破坏气、 水、煤粉流态的连续性进而影响产气潜力[1-2]。 经统计沁水盆地南部煤层气水平井平均检泵周期为六个月，鄂尔多斯盆地东缘煤层气水平井平均检泵周期为三个月，频繁的检泵作业对气井生产动态产生负面影响，增加了排采成本[3]。研究煤粉产出机理有利于预防和减少煤粉卡泵事故发生，能有效释放煤层气井产能，实现煤层气资源高效开发。本文基于水平井煤粉监测数据，分析了煤粉产出规律，总结了煤粉产生机理；针对煤粉产出特点提出了使用防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉浓度预防卡泵的措施，使检泵周期延长。 1 水平井煤粉产出规律 煤层气绝大部分以吸附的方式储存在煤基质中，需要降低储藏压力才能使煤层气解吸[4]。煤储藏特点决定了煤层气井排采管理中的核心内容应该是井底压力和煤粉的控制[5]。煤粉的控制是非常重要的环节[6]，煤层气水平井多采用裸眼完井方式[6-10]，随排采过程中，煤粉随水、气运移至生产直井井筒，一部分煤粉经排采泵吸入、提升至地表通过井口水管线排放，另一部分煤粉沉降至直井井底口袋。现场通过计量排出煤粉量加上检泵作业捞出井底煤粉量，总结各排采阶段煤粉产出规律。沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘近百口煤层气水平井排采实践表明，煤层气井煤粉产出伴随气井生产全过程，依据煤层气水平井排采现场取样测试，产出煤