煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响
煤层气藏工程原理
煤层气藏工程原理
煤层气藏工程主要是通过钻井、水力压裂等方式来提高煤层气的采收率，其原理包括以下几个方面：
1. 煤层气运移规律：煤层气处于煤层孔隙和吸附态之间，存在于煤层中的毛细管、微孔和微缝中。
在煤层中，煤层气的运移主要取决于渗透性、孔隙度和岩石物性等因素。
2. 压裂技术：通过利用高压液体将水或气等注入到煤层中，使煤层裂开，以增加渗透性，从而提高煤层气的采收率。
3. 孔隙压缩：煤层气被压缩在煤层中，当煤层被抽取时，煤层内部的压力会下降，这将导致煤层气从孔隙中释放出来。
4. 井筒参数控制：在钻井过程中，井筒的直径、壁面质量和物理性质等参数对煤层气的开采产生影响。
正确地控制井筒参数可以增加煤层气的产出。
总之，煤层气藏工程原理是通过改变煤层内部的渗透性、压力和孔隙度等因素，来提高煤层气的采收率。
煤层气井井底流压分析及计算
式中 : rg 为气体的压力梯度 , Pa/ m ; rL 为液体的压力 梯度 ,Pa/ m ; hL 为混气液柱的长度 ,m ; f g 为气体空隙 度 ( 含气率 ) , 无因次 ; Qgsc 为标准状况下环空气体流 量 ,m3 / d 。 井底流压的计算步骤为 : ① 先假定 ( 1 - f g ) av = 1 , 利用式 ( 11) 计算 pwf ; ② 由计算得到的 pwf 根据式 ( 6 ) 反求 f g ; ③再把 1 - f g 代入式 ( 11 ) 中重新计算 pwf ; ④ 如此反复迭代 ,直到满足一定的精度要求 。 2. 2. 2 陈家琅 — 岳湘安法 陈家琅等人在套管内径为 6. 13 cm 的有机玻璃 管、 油管外径为 3. 35 cm 的铁管 、 井长为 10 m 的实验 装置中 ,模拟空气和水在环形空间的流动 ,根据实验数 据 ,得出了环空中气体表观流速 ( vsg ) 和压力梯度校正 系数 ( GC F) 之间的关系曲线 : 0 . 67 ) ( 12) GC F = exp ( 0 . 034 99 - 0 . 963 1 vsg 式中 : v sg = Q g / A ,m/ s ; 该式的使用条件是 GC F > 0. 3 。 对于混气液柱产生的压力 ,为了提高计算精度 ,需 要在混气液柱中按深度分段计算 。即
2. 2 混气液柱压力及井底流压计算 2. 2. 1 Hasan2 Kabir 解析法计算井底流压 [ 6 ]
arL ( 1 - f g ) av hL bC + a ( pc + pg )
( 10)
将 I1 、 I2 代入式 ( 8) 得 :
pwf = pc + pg + rL hL - I1 + I2
煤层气水平井井壁失稳机理及预防措施
本科毕业设计（论文）题目煤层气水平井井壁失稳机理及预防措施研究学生姓名学号教学院系石油工程学院专业年级石油工程2007级指导教师职称教授单位辅导教师职称单位完成日期2011 年 6 月Southwest Petroleum University Graduation ThesisMechanics of Wellbore Instability and Preventing Measures of Horizontal Well for Coalbed MethaneGrade: 2007Name:Speciality:Petroleum EngineeringInstructor: LI QianPetroleum Engineering College2011-6摘要井壁失稳问题是限制水平井在煤层气开发中大规模应用的最主要因素之一。
煤层割理和裂缝非常发育，机械强度低，因此在煤层中钻进时风险极高。
当使用清水做钻井液时井壁极易坍塌并造成井下钻具组合被埋。
特别是水平井，据报道截止2008年1月，沁水地区的水平井有32.65%发生了井壁坍塌。
井壁最容易发生破裂的位置在井壁被面割理和端割理切割处，本文依据已有的井壁应力分布模型推导出井壁任意位置的三向主应力以及最大主应力方向向量，再根据面割理和端割理的空间位置关系得出面割理和端割理的法向向量，计算出割理面法向与最大主应力的夹角，根据摩尔-库伦圆计算出井壁任意位置出现的面割理和端割理的有效正应力和切应力，进而判断面割理和端割理是否会发生剪切破坏。
依据面割理和端割理的有效正应力是否大于零判断其是否会张开即发生井壁破裂。
使用常规大位移井井壁稳定评价方法评价了煤岩基质的稳定性。
根据建立的煤层气水平井井壁稳定性评价模型编制出相应的计算机程序，用数值分析的方法分析各个地质因素以及工程因素对井壁稳定性的影响。
煤层气水平井井壁稳定性受多个因素的影响，要做好井壁稳定工作必须从地质选区、优化井身结构设计、使用合适的钻井液、选用合适的井下工具等方面共同努力。
煤层气生、储、开发影响因素
一、生气因素：1、有机质成分：越高生气性越好，有机质类型为腐植型的生气能力较强。
2、镜质组反射率：是反映煤化程度的一个指标，煤化程度越高，产生的煤层气越多。
但煤化程度达到一定程度（大于1.8%~3%）过成熟时，其生气能力会逐步下降。
3、厚度：厚度越大越好二、储（保）气影响因素（或形成气藏的影响因素）1、埋深：影响煤层气赋集的地质因素主要是埋藏深度。
煤化作用过程中产生的大量气体能否很好保存，与上覆有效地层厚度有关。
煤层上覆有效地层厚度增加，煤层的保存能力增强，气含量也随之增加。
到一定深度后，随着地压增大，地温也随之增高，煤的储集性能相对变差，煤层气沿煤层缓慢向上运移，含气量减少。
一般情况下，埋深大有利于储气，但超出一定深度后，受地应力等各种因素影响，游离气的量会大大减小，开发成本会增大。
2、断层：开放性（或连通性好的）断层，不利于储气；封闭性断层储气能力强。
逆断层、平推断层构造应力大，低渗，有利于储气，但不利于开发，正断层构造应力较小，高渗，利于开发；因此在选区时要从断层的多个方面评价。
3、构造：向斜埋深大，储层压力大，含气量往往较高。
背斜埋深较浅，储层压力较小，裂隙较发育，不利于储气。
4、上覆下伏地层的封盖性：对煤矿来讲就是煤层顶底板岩性，一般来说砂岩透气性好，不利于储气，泥岩的封盖性比较好。
5、水文地质：地下水活动频繁的地层渗透性较好，随着水的运移，煤层气也会产生运移，导致该区域含量较低。
三、影响开发效果的因素1、储层自身条件因素煤层对CH4的吸附性：吸附性强的煤层开发难度大。
渗透性：透气性越好越利于开发顶底板及煤层的可改造性：脆性矿物含量高利于压裂改造。
厚度：厚度越大，资源丰度越高。
地层压力：一般地应力大，储层渗透性会较低；同时，主应力方向影响压裂主裂缝的延展方向，因此对水平井布置方向及直井井网间距确定影响较大。
储层压力：一般储层压力大，储层渗透性会较好有效应力越大的储层，一般渗透性都较差（有效应力是地应力与储层压力的差值）水文条件：地下水频繁不利于气储存，在排采过程中也会加大排采开发难度地温：地温高有利于气体解吸2、开发过程中的生产工艺影响因素钻井：钻进工艺：欠平衡或平衡钻进钻井液：比重越大，对储层伤害越大，要求低固相，比重不大于1.03 固井：固井泥浆密度不大于1.6，满足固井质量要求情况下，降低固井注浆压力井身质量：狗腿弯会对油管造成磨损，造成频繁停排修井，易形成缝堵。
煤层气水平井施工技术研究与应用
煤层气水平井施工技术研究与应用随着能源需求和环境保护意识的日益增强，煤层气成为一种备受关注的清洁能源。
煤层气水平井是一种常见的开采方法，其施工技术的研究和应用至关重要。
本文将从以下几个方面详细讨论煤层气水平井施工技术的研究与应用。
一、水平井施工技术的分类与特点水平井施工技术主要包括直推型、压裂型以及钻爆型。
直推型水平井施工技术是运用聚能穿透技术，以压裂作辅助手段，将钻孔直推至煤层中。
压裂型水平井施工技术则将孔眼打到煤层中，再通过水射流对煤层进行压裂，形成水平井。
钻爆型水平井则利用钻爆器具将煤层炸裂扩大孔径，施工较为简单快捷。
这些不同的施工技术各有特点，可以根据实际情况选择合适的技术进行施工。
二、水平井施工技术的关键问题与解决方案在水平井施工中，存在一些关键问题需要解决。
首先是井眼稳定性问题，由于存在地应力差异以及煤层裂隙的存在，井眼容易变形和坍塌。
为解决这一问题，可以采用固井技术和应力控制技术。
其次是井眼离心力的影响，这可能导致顶部和底部井眼直径不一致。
通过提高钻杆转速和适时的挤压，可以减少离心力的影响。
另外，水平井的通流能力也很重要，通过增加压裂和合理设计井眼，可以提高水平井的通气能力。
三、水平井施工的关键设备与技术在水平井施工中，关键的设备和技术主要包括钻井设备、固井设备、压裂设备和井下测量设备等。
钻井设备需要满足水平井的要求，包括低噪音、高效率和可靠性等特点。
固井设备则需要能够稳定井眼以及提高固井质量。
压裂设备需要能够产生足够的压力，以扩大煤层孔径。
井下测量设备则用于监测井孔、煤层应力和温度等参数。
四、煤层气水平井的应用及其效益煤层气水平井通过有效开采煤层气，可以提高煤层气开采的效率和产量，减少煤层损失。
同时，煤层气水平井的施工技术还可以减少液体的使用，降低了对环境的影响。
此外，煤层气水平井还可以增加煤层接触面积，提高采收率，节约开采成本，并且降低了安全风险。
因此，煤层气水平井的应用具有广泛的推广和利用前景。
煤层静水压力-概述说明以及解释
煤层静水压力-概述说明以及解释1.引言1.1 概述：概述煤层静水压力是指在煤层地层中所存在的静止状态下的水的压力。
在煤矿开采和地下工程中，煤层静水压力是一个重要的参数，影响着矿井和工程的安全和稳定性。
了解和掌握煤层静水压力的情况，可以有效地指导煤矿开采和地下工程的设计和施工，减少事故的发生率，提高工程的效率和经济效益。
本文将就煤层静水压力的定义、特点、影响因素和测量方法等进行探讨，旨在深入了解煤层静水压力的重要性，并展望未来煤层静水压力研究的方向，为煤矿开采和地下工程提供理论支持和技术指导。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：在本文中，我们将首先介绍煤层静水压力的定义和特点，明确了解这一概念的基本概念。
接着，我们将探讨影响煤层静水压力的因素，说明了煤层静水压力受多方面因素的影响。
然后，我们将介绍煤层静水压力的测量方法，帮助读者了解如何准确测量煤层静水压力。
最后，我们将总结煤层静水压力的重要性，展望未来煤层静水压力研究的方向，并得出结论。
通过这种结构，我们希望读者能全面了解煤层静水压力这一重要概念。
1.3 目的本文的目的是探讨煤层静水压力在煤矿开采和地下工程中的重要性和影响因素。
通过对煤层静水压力的定义和特点进行描述，分析其影响因素及测量方法，旨在深入了解煤层静水压力对矿井安全和工程施工的影响，为煤炭生产和地下工程设计提供依据和参考。
同时，通过对未来研究方向的展望，希望能够促进煤层静水压力领域的进一步研究和应用，提高煤矿和地下工程的安全性和效率。
2.正文2.1 煤层静水压力的定义和特点:煤层静水压力是指在煤层中自重及周围地层构造和水体作用下形成的压力。
煤层静水压力是煤层岩层中一种普遍存在的力，它主要由地层中的孔隙水和岩层中的岩石水构成。
煤层静水压力的特点主要有以下几点：1. 煤层静水压力的大小可以根据地质条件和孔隙裂缝特征来确定，通常随着深度的增加而增加。
这种压力具有一定的垂向分布规律，越深处压力越大。
煤层气分段压裂水平井产能主控因素研究
第 员 阶段和第 圆 阶段时间长短与储层物性和裂 缝间距有关袁阶段时间长度与储层物性呈反比袁与裂 缝间距呈正比曰第 猿 阶段与水平段长度尧裂缝半长袁
猿 缘 苑 猿 缘 苑 猿 缘 苑
含气量 辕 渊皂猿 窑贼原员 冤
员园 员缘 圆园 员缘 圆园 员园 圆园 员园 员缘
孔隙度 辕豫
圆 猿 源 源 圆 猿 猿 源 圆
累计产气量 辕 渊员园苑 皂猿 冤
园援 园苑 员援 猿远 猿援 猿远 园援 远猿 缘援 园愿 圆援 员远 怨援 园苑 猿援 猿圆 苑援 远员
圆冤 裂缝间干扰流动阶段院当裂缝间发生干扰 时袁在压力双对数曲线上表现为两条压力曲线相互 靠拢袁当压力刚好传播到裂缝改造区之外时袁流动进 入一个类似于野 拟稳态冶 流动阶段遥 在压力双对数 曲线上表现为两条压力曲线接近于重合袁且曲线呈 斜率为 员 的直线特征遥
猿冤 储层改造区域外流动阶段院裂缝间出现严 重干扰以后袁压力会进一步向外扩展袁延伸到裂缝改 造区以外袁此时袁若地层有足够的流动能力袁将继续 扩大渗流半径袁在压力传播到野 边界冶 之前袁该阶段 即为储层改造区域外流动阶段遥
对影响煤层气分段压裂水平井产能的地质因素 以累计产气量渊 表 圆尧图 猿冤 为评价指标袁正交试验结 果通过综合评价袁以其极差大小评定影响因素主次袁 也就是极差大者为影响产能的主要因素遥 从图 源 可 以明显看出院渗透率和含气量两个影响因素的极差
圆怨
圆园圆圆 年 源 月
秦 鹏等院煤层气分段压裂水平井产能主控因素研究
水平井开发低渗透油藏压力特征及影响因素分析
∑N p
1 i
(e ) Di
图 1 盒状油藏一水平井示意图 由于流体服从具有启动压力梯度的非达西流, 则运动方程为 : K x 5p vx = - K x L 5x K y 5p vy = - K ( 1) y L 5y K z 5p vz = - K z L 5z 式 中, ( K x, K y, K z ) 为启动压力梯度, 且 5p/ 5l ( l = x, y, z) 与 K l 同号 , 说明由于启动压力梯度的作用使 得渗流速度降低。 定义无因次变量为 : xD = x / L; yD= y / L ; zD= z / L; Ml = C LLK l
2PhK h ( pi - p) Lq 得到无因次形式下的低渗透油藏水平井试井扩 散方程: 52 P D 52 PD 52 PD 5P 5P 5P M x D + M y D + M zB D = 2 + 2 + B 5xD 5yD 5zD 5x D 5yD 5z2 D 5P D - 2Ph DD ( x D) D ( yD- y ′ ( zD ) ( 2) D) D 5t D 初始条件: p D( x D, yD, z D; tD) = 0, t D= 0 ( 3) 边界条件: 5P D 5P 5P = 0, x D= 0, aD ; D= 0, y D= 0, b D; D= 0, zD= 0, h D ( 4) 5xD 5yD 5zD 式中 : aD = a/ L; b D= b/ L; h D= h/ L 。 需要指出的是 : 以上的方程中 q 指的是水平井 任一点的流量, 考虑水平井为均匀流量下的线源, 故 水平井的总流量 Q= qL 。 1. 2 模型求解 应用伽辽金方法推导有限元积分方程 , 时间上 采用向后差分方式。 选择四面体单元作为母单元, 并 采用二次插值函数, 其中 4 个角点和6 个棱内结点作 为单元的结点 , 对于每个单元 e 的压力可用这 10 个
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煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响
摘要:国内外大量相关研究表明若忽视水平井井筒中的压降,将给水平井的生产计算分析带来较大的误差。
本文对煤层气水平井井筒压力分布规律进行了深入的研究,考虑到煤层气水平井井壁入流和井筒内流体变质量流动的实际情况,选取井筒中一微元段进行分析,通过结合质量守恒定律、动量守恒定律推导并建立了水平井的井筒压力分布模型。
并利用所建立的压力分布模型对不同内径、不同产量、不同水平段长度的水平井井筒进行了实例计算,得到了三种情况下水平井井筒中的压力分布情况。
并对结果进行了对比分析,结果表明井筒内径越小、产量越大时水平井井筒中的压力分布曲线越陡,井筒压力分布越不均匀。
关键词:煤层气水平井筒压力分布煤粉
近年来,水平井技术在煤层气田开发中得到了广泛的应用,对水平井技术的研究也越来越受到重视。
国内外学者对常规油气藏的井筒压降情况已经进行了大量的研究[1～4],但是关于煤层气U型水平井井筒压力分布及对煤粉产出的影响分析方面的研究却很少见有文献报道。
如果煤层气水平井井筒压降增大,将导致趾端气体锥进,出现部分水平井筒不产气的情况。
对于水平井水平段长度较长和水平段井筒内径较小的井,在水平井筒跟端相对较容易出现不产气的井段。
而趾端的气体快速突破将很大程度增加这部分井段的煤粉大量产出,从而会导致煤层的煤粉运移堵塞流动通道。
由于准确预测煤层气水平井井筒的压力分布情况对煤层气井的生产开发有较大的指导意义,故本文对此进行了深入的研究。
1 考虑井筒变质量流动的煤层气水平井井筒压力分布模型
1.1 物理模型及假设
本文研究的是现场常用的采用一口水平井连通一口直井,通过直井进行排水采气来进行生产作业的煤层气U型水平井。
煤层气U型水平井示意图如图1。
假设条件如下。
(1)煤层气井水平段为裸眼完井。
(2)排水结束进入稳定生产,井筒中为单相气体流动。
(3)等温、稳态流动。
(4)忽略井壁入流引起的混合损失。
(5)煤层均质、各向同性。
(6)井筒径向无速度差异。
(7)流体与环境间无热交换。
1.2 井筒压力分布模型的建立
水平井井筒半径为r,水平段长度为L,与水平方向夹角为θ,在距水平井跟端处选取长度为的井筒微元体进行分析。
储层通过井壁向井筒的入流速度为vr,微元体左端入口处井筒轴向速度为vw1、井筒流动压力为p1,微元体右端出口处井筒轴向速度为vw2、井筒流动压力为p2,微元体井壁的摩擦阻力为τw,如图2所示。
根据质量守恒定律,流入微元体的流体净流量为0,于是可以得到微元体的质量守恒方程为
另外,根据动量守恒定律,沿井筒方向微元体受到的外力有重力在水平方向的分力、两端的井筒流动压力和、井壁壁面的摩擦阻力,微元体在dt时间内沿井筒方向的动量变化为,从而有
以上即为煤层气水平井的井筒压力分布模型。
2 实例计算
以沁水盆地某区块为例,该区块煤层气藏埋藏深度558 m,煤层厚度6 m,储层压力4.8 MPa,临界解吸压力3.2 MPa,煤层平均渗透率为0.2×10-3 μm2,煤层温度为29.4 ℃,煤层气相对密度为0.55。
煤层气水
平井水平段长度选取300 m、400 m、500 m三种,井筒内径选取10 cm、12 cm、15 cm三种,水平井水平段井斜角为90°,水平井筒趾端流压pwft 为0.7 MPa,产量选取10000 m3/d、12000 m3/d、15000 m3/d三种。
下面采用本文所建立的井筒压力分布模型,对其进行实际计算。
2.1 不同内径的水平井筒内压力沿水平段长度的分布
煤层气水平井水平段长度为500 m、产量为10000 m3/d时,根据本文建立的模型计算了井筒内径分别为10 cm、12 cm、15 cm的情况下沿水平井井筒长度的井筒压力分布,并绘出井筒流压沿井筒长度的分布曲线,如图3所示。
从图中可以看出,在井筒内径为10 cm时井筒的压力分布曲线最陡、压降最大,井筒内径为15 cm时井筒的压力分布曲线最平缓、压降最小。
说明井筒内径对水平井井筒内的压力分布有明显的影响,随着井筒内径的减小,水平井井筒的压力降落越来越明显。
这说明在钻井时适当增大水平井筒的内径可以较好地控制水平井筒的压力均匀分布,但是水平井钻井与常规的直井钻井不同,若水平段井筒内径钻得过大,有可能会造成井壁坍塌的发生,所以必须结合井壁的力学特征进
行优化。
2.2 不同产量下的水平井筒内压力沿水平段长度的分布
煤层气水平井水平段长度为500 m、内径为10 cm时,根据本文建立的模型计算了水平井产量分别为10000 m3/d、12000 m3/d、15000 m3/d的情况下沿水平井井筒长度的井筒压力分布,并绘出井筒流压沿井筒长度的分布曲线,如图4所示。
从图中可以看出,在产量为15000 m3/d时井筒的压力分布曲线最陡、压降最大,产量为10000 m3/d时井筒的压力分布曲线最平缓、压降最小。
说明产量对水平井井筒内的压力分布有明显的影响,随着产量的增加,水平井井筒的压力降落越来越明显。
这说明在煤层气水平井的生产过程中,把采气速度的控制在一个合理的水平,有利于煤层气井的生产。
2.3 不同水平段长度的水平井筒内压力沿水平段长度的分布
煤层气水平井内径为10 cm、产量为10000 m3/d时,根据本文建立的模型计算了井筒水平段长度分别为300 m、400 m、500 m的情况下沿水平井井筒长度的井筒压力分布,并绘出井筒流压沿井筒长度的分布曲线,如图5所示。
从图中可以看出,在三种不同的水平井水平段长度下,压力分布曲线的变化趋势基本是相同的,各位置的井筒压力对水平段长度的导数
基本相同,说明水平井水平段长度基本不会影响井筒压力分布曲线的形态,但是井筒压降会随着水平段井筒长度增加而增大。
3 结论
(1)用微元法对煤层气裸眼水平井的井筒压力分布规律进行了研究,根据煤层气水平井井筒内的实际流动特点,推导并建立了煤层气水平井的井筒压力分布模型。
(2)利用所建立的压力分布模型对不同内径、不同产量、不同水平段长度的水平井进行了实例计算,得到了各种不同情况下水平井井筒中的压力分布情况。
(3)井筒内径越小、产量越大时水平井井筒中的压力分布曲线越陡,井筒压力分布越不均匀;而井筒内径越大,曲线越平缓。
在实际生产时,适当增大井筒内径同时控制合理的产量水平可以使水平井筒中的压力分布更加均匀,降低水平井的井筒压降,避免气体锥进现象的出现,利于煤层气井的生产;使井壁的入流更加均匀,减少煤粉产出及其对煤层和井筒的堵塞程度。
(4)在三种不同的水平井水平段长度下,压力分布曲线的变化趋势均一致,说明水平井水平段长度不会影响井筒压力分布曲线的形态,但是水平段井筒长度越大,相应的井筒压降越大,水平井的长度存在一个最优值。
参考文献
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[4] 李笑萍,赵天奉.考虑变质量湍流影响的水平井流入动态分析[J].石油学报, 2002,23(6):63.。