煤层气开发钻井工艺及设备选择方案讲解

煤层气开发钻井工艺及设备选择方案

APE OGGO 李向前

2010-12

煤层气简介

煤层气(Coal Bed Methane/CBM。煤层气俗称“ 瓦斯” ,其主要成分是甲烷,它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期,纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。甲烷通常是由水压支撑在煤层气中。煤层气的主要组成部分(95%是天然气。因此,煤层气具有热值/每立方米与天然气几乎一样,可与天然气混合运输。

煤层气就像天然气,相对便宜,是清洁燃料。

CBM 是 21世纪重点发展的替代能源。

CBM

开发技术基本成熟,在中国潜力巨大。

煤层气储量

中国煤层气产业数据概览:

36.8万亿立方米可开采资源总量占世界总量的 12%

41. 5万平方公里煤层气产区面积

2010年地面产量为 15亿立方米; 2015年地面产量为 110亿立方米; 2020年达240亿立方米。

中国 9大煤层气富集盆地:

沁水盆地,鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、滇东黔西、二连、吐哈、塔里木、天山和海拉尔等含气盆地(群、 121个含气区带。

中国煤层气资源丰富,发展前景广阔,资源分布集中,适于开发资源比例大, 煤层气产业刚刚起步,煤层气市场逐步步入商业化阶段,煤层气资源量与常规天然气相当,有效勘探开发可以对常规天然气形成重要补充。

目前能够商业化的煤层气主要目标市场为山西沁水、韩城、河南、湖北、湖南等中部地区

储存特点:低渗透,低压力,开发难度较大。

煤层气开发与常规天然气开发技术不同

煤层气开发流程 -地面开发

第一步:勘查规划(国家投资带动外资

第二步:招商引资(区块开采权:中石油,中联,煤业集团第三步:钻井、固井、压裂、排采(承包商承包:煤田地质勘探队; 钻井工程公司等等

第四步:运输(井口压缩机,管道输送

第五步:应用(煤层气发电,加气站,工厂,民用

煤层气钻井工艺简介

“ 井下抽采” 与“ 地面钻采” 是煤层气开采的两种方式。

“ 地面钻采” 煤层气机理:地面钻采煤层气就是利用垂直井或定向井技术来开采原始储层中的煤层气资源。当储层压力降低到临界解吸压力以下时,甲烷气体从煤基质微孔隙内表面解吸出来;由于瓦斯浓度差异而发生扩散到煤的裂隙系统,最后

以达西流形式流到井筒。解吸是煤层气进行地面钻采的前提,降压是解吸的前提。所以必须钻井后安装“ 磕头机”

排水降压,使煤层气析出。

煤层气钻井 -设备方案

钻机

全液压多工艺车载钻机:RD20,T130XD

2000米水井回转钻机(不太适合

石油钻机(不太适合

■ 最适合市场需要的钻机是:

全液压多工艺车载钻机,可进行

泥浆牙轮

空气牙轮

空气潜孔锤

泡沫潜孔锤

煤层气钻井 -设备方案

压缩空气要求

压力 24bar-150bar

排气量 35-100m³/min

根据钻井的孔径,深度选择气压和气量。

一般煤层气钻井孔径:一开 311mm , 50-80米;

二开 215.9mm , 80-300-500米;

三开 152.4mm , 300/500米 -700-1000米完井

空压机型号:XRVS1300;XRVS1350;XRXS1275;XRYS1260 增压机型号: B7-41/1000;B15-62/2175

煤层气钻井 -

空压机选择分析

利用最小动能法计算:

煤层气钻井 -空压机选择分析

实际工况,有效气举排渣所需的空气量受到很多因素影响,非常复杂,很难通过公式表达,只能假设一些条件而估算出大概的空气量。

影响因素包括:

气体和固体混合物的不同密度;

固体颗粒的大小和形状;

不同井段的温度;

钻杆和井壁的粗糙度;

大气压或空气的重度;

湿度或涌水大小等。

上表计算忽略的很多影响因素,而给出的最低有效气举排渣速度也仅供参考, 换算出的 15.25m/s的最小环空流速实际是效率较低的,大些的岩屑不能直接被空气循环带出,而是需要钻头重复破碎后才能被循环带出,或岩屑与水结合形成泥圈粘接在潜孔锤与钻杆的轴间部位,易造成卡钻事故。建议气举排渣空气流速为 1200-2000m/s,并根据情况适当调整。

煤层气钻井 -

设备方案

配置与连接

液压钻机 RD20II 1台移动空压机 XRXS1350 1台移动增压机 B7-41/1000 1台钻具:QL80 QL120

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煤层气市场 -“ 十二五规划” 的商机

2015年中国天然气缺口达 1600亿立方米,非常规天然气将加速发展,弥补空缺。

2010年煤层气地面产量约为 15亿立方米,钻井合计 5000多口, “ 十二五” 规划2015年地面产量要达到 110亿立方米,折算需要钻井约 4-6万口井。

“ 十二五” 规划为沁水盆地,鄂尔多斯盆东缘地为煤层气商业开发示范区块。

煤层气开发成本为 1元 /立方米,国家补贴 0.2元 /立方米,市场目前价格 3.64元/立方米,具备商业价值优势。

中国及世界能源公司合作已经具备了开发中国煤层气的基本技术和经验。

国家政策逐渐倾斜,法规逐渐规范。

能源巨头已经采取行动,中石油,中石化,中联煤,晋煤集团已经瓜分了煤层气区块开发权。

煤层气市场 -格局

中石油煤层气有限责任公司总经理接铭训在接受媒体采访时表示,中石油未来几年内将投资 100亿元以上,用于煤层气产能的扩张,到 2015年,中石油煤层气销量有望占到全国市场 40%。

日前晋煤集团获得国土资源部授予的成庄和寺河(东区区块煤层气采矿许可证,这在煤炭行业尚属首例。晋煤目前每年抽采煤层气 12亿立方米,从 1993年至今已累计投入 50多亿元。