煤层气水平井井型结构分析及钻完井技术优化

水平井是实现煤层气高效开发的关键技术,为了优化水平井井型及配套钻井技术,提高煤层气井产量,基于煤层气排水降压采气的基本开发原理,提出了煤层气水平井井型和钻井工艺设计的基本原则,研究了各类煤层气水平井井型的优点和缺点,并针对高效水平井井型提出了配套钻井工艺优化方法。研究结果表明:水平井井型和钻井工艺优化应遵循便于排水降压、增加产气面积、力求井眼稳定和走低成本道路的原则; V型井、L型井与其他井型比,共用或取消排采直井,大幅降低了成本;从多分支井到单支井实现了套管、筛管完井,实现了水平井井眼支撑和重入,增强了稳定性,实现了增产措施应用;从多分支到单支压裂,保持了较大的产气面积; L型水平井是未来煤层气水平井的主要井型,但由于排采工艺不过关,常规地面抽采L型水平井不能大规模推广,V型水平井是目前最为高效、适宜排采的水平井井型,但采动区L型水平井不需要排水降压则是煤矿瓦斯抽采的有效技术,可以大规模推广。钻井工艺由三开变为二开,一开采用444.5 mm大钻头,水平井眼直径由139.7 mm增加至339.7 mm,提高了水平井日产气量。通过直斜段固井技术,实现了水平煤层段不固井和筛管、套管完井,为保护和改善水平段储层渗透率奠定了基础,该工艺技术在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘试验获得了较好的效果。     

地质导向技术在煤层气鱼骨状水平井关键技术环节的应用探讨

鱼骨状多分支水平井为煤层气开采中的常见井型,与其它井型相比,具有最大限度地增加泄油面积、充分利用上部主井眼、节约钻井费用等显著优点,提高产量与采收率,已经成为高效开发油气藏的理想井型。针对此类井型现场施工难点,渤钻二录地质导向人员,结合近年来在煤层气水平井施工经验,在鱼骨状水平井分支轨迹如何合理展布及主支优化、主支侧钻、筛管下入等关键控制技术上进行改进,总结出一套有利于鱼骨状水平井施工的控制措施。     

TSJ-3000型水源钻机在煤层气L型井施工的改进应用

L型水平井是煤层气开发的主力井型,目前国内煤层气L型水平井施工设备均为标准石油钻机,但石油钻机设备配置和安迁移运成本较高。而水源钻机购置成本低,且很多地勘单位原来都配备有水源钻机。为此,本文在研究总结常规水源钻机、石油钻机的设备原理、主要参数、差别特点的基础上,对TSJ-3000型水源钻机进行了4项改进设计,以达到标准石油钻机性能。同时,结合煤层气水平井地质条件、作业环境、施工工艺等特点,对改进TSJ-3000型水源钻机进行了4项提升设计,对随钻录井装置、液压大钳、潜水排污设备、气动绞车等进行改进,以满足煤层气L型水平井施工要求。应用改进TSJ-3000型水源钻机有效提高了钻完井工作效率和经济效益。     

沁水盆地煤层气单支水平井钻完井技术探讨与实践

文章提出了一种旨在降低单井钻井成本、提高单井产量和排采寿命的煤层气单支水平井,省去洞穴直井,简化井身结构,采用上倾轨迹设计,采用大孔径筛管完井,设计了一种新型筛管结构和配套的筛管悬挂丢手系统。该工艺在山西沁水盆地得到成功应用,为我国煤层气高效开发提供了一种新的井型。     

沁水盆地南部煤层气钻井工艺技术适用性分析及对策

沁水盆地南部煤层气开发主要采用直(斜)井和多分支水平井两种井型。实践证明,直(斜)井所采用的钻井工艺技术简单,与科学的排采技术配套后,能够取得较好排采效果,能够达到煤层气低成本开发的目的。裸眼完井方式下的煤层气多分支井钻井技术,经过技术引入、规模引进和自主组织技术研发应用三个阶段的探索实践,形成了一系列煤层气水平井钻井配套技术。但由于受储层保护、井眼稳定等问题的制约,裸眼完井方式下的煤层气多分支井对沁水盆地煤层气开发适应性较弱,需要进行技术改进。     

煤层气水平井技术应用分析及优化

全国主要煤层气区块15年以上的开发实践表明,不同地质条件下,相同的水平井技术开发效果差异较大,可复制性差,亟需进行技术优化。基于水平井技术应用典型案例的数据统计分析,研究了井型、井身结构、完井方式、储层强化技术、排采装备及工艺的优化方法。结果表明,井型和井身结构对煤层气高效经济开发起决定性作用。U型和L型水平井最具推广应用价值。井身结构优化应保持水平段井眼平滑,U型井水平段井眼下倾,L型井水平段井眼上倾且设置沉煤粉“口袋”。根据地应力、煤层埋深和渗透性选择完井方式,低地应力、埋深浅的高渗煤层,水平井段采用筛管完井|高地应力、埋深大的低渗煤层,水平井段采用“套管水泥固井+分段密集多簇射孔+大规模水力压裂”技术。排采设备优选“杆式泵+抽油机”组合,实施智能化、精细化排采,严格管控“上产—稳产”阶段的排液速率,保证水平井高产稳产。     

沿煤层硬分层水平井钻井关键技术

针对沁水盆地东南部赵庄矿区煤层地质构造特征,为解决煤层气水平井沿3#煤层硬分层水平优快钻进、造斜段安全着陆、水平段井眼轨迹控制、煤层井壁防塌及固完井等问题,通过理论分析和实践经验,形成了以煤层气水平井二开井身结构设计、无导眼精准着陆、井眼轨迹精细控制、钻井液优化及分级箍固完井的成套技术体系。通过实钻验证,有效解决了煤层气水平井沿煤层硬分层水平钻进诸多问题,缩短了施工周期、降低了作业风险。研究成果对于开发3#煤层软-硬分层煤层气水平井钻井提供了技术指导,对该区域煤层气的高效开发具有参考意义。     

煤层气L型水平井顶驱螺杆泵排采工艺优化研究

煤层气L型水平井因其具有可分段压裂,控制范围广,产出效益高等特点,成为近年来煤层气开发的主力井型,但是L型水平井因井斜角度大,全角变化率大,气体影响等因素,排采工艺难度较大。针对区块排采现状及L型水平井排采实践中存在的问题,提出了顶驱螺杆泵的排采优化方案,形成了一套较稳定较高效的煤层气L型水平井顶驱螺杆泵排采系统,为L型水平井的持续稳定排采提供了技术支持,为煤层气的高效开发提供基础。     

造穴技术在华北油田煤层气开发中的发展与应用

煤层气水平井洞穴完井是目前沁水盆地煤层气应用最为广泛的水平井完井方式,关键技术之一是造穴技术。华北油田经过近10年的煤层气开发实践,经历了探索、改进、创新和完善4个阶段,结合水力造穴和机械造穴工艺的优点,形成了煤层气水平井洞穴完井的复合造穴工艺并配套研制了具有自主知识产权的造穴工具,满足了沁水盆地南部煤层气开发的需求。     

沁水盆地郑庄井田煤层气分段压裂水平井开发技术

为实现煤层气低成本、高效开发,基于郑庄井田3^#煤层和15^#煤层特征,提出了煤层中非固井L型分段压裂水平井强化开采煤层气技术方法。数值模拟结果表明：水力喷射压裂能产生1.5～2.0 MPa的环空封隔效果和3.5～4.5 MPa的孔内增压效果,可满足非固井水平井环空防窜流和定点压裂的目的。为解决非固井煤层气水平井钻完井、压裂改造和排采技术难题,研究形成了“优质、快速、安全”钻完井,带底封的连续油管快速拖动喷射-压裂联作分段压裂,“大排量、大液量、中砂比”活性水压裂增产改造和L型水平井精细化排采控制4项核心关键技术。实践证明,煤层中非固井分段压裂水平井开发煤层气技术在郑庄井田实现规模化开发应用,并取得了煤层气开发技术和高产气量的双重突破。     

煤层气水平井欠平衡钻井技术研究与应用

煤储层具有伤害的敏感性与不可恢复性决定了在煤层气钻完井、开采过程中要坚持采取系统的保护煤层措施。通过一个直井的油管向另一水平井环空注气实现欠平衡的钻井工艺在FP1-1井中得到成功应用,实现了快速、平稳注气,有力地保护了煤层并维持了井壁稳定。本文提出了加强单井筒水平井井身结构研究的建议,在煤层气开发井中继续推广欠平衡水平井钻井技术,为实现更为经济有效的欠平衡钻井提出了新的研究方向。     

延川南煤层气V型水平井组钻井关键技术研究

煤层气V型水平井组是一种新型的水平连通井组。该井组是由两口水平井与一口直井组成,并实现远端连通,完井后由两口水平井提供泄流通道,直井进行排采生产。其钻井工艺主要包括井身结构优化技术、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、固完井技术等。本文系统地论述了煤层气V型水平井钻井工艺的关键技术要点,并在华东分公司实施的延5-V1型井组中得到成功的应用,为未来延川南煤层气的高效勘探开发提供了技术参考。     

晋城矿区U型井煤层气开发试验研究

晋城矿区当前煤层气开发的主要井型为直井,为满足不同地质条件下煤层气开发的需求,提高产气效率,将U型井作为一种重要的新型煤层气开发技术进行研究。分析了研究区地质条件和煤储层特征等因素,以晋城矿区赵庄区块SP-02井组为例,对其井位选择及钻完井技术进行了试验研究,实际监测表明,产气量明显提升,是赵庄区块产气量较大垂直井的4倍左右,产气效果理想。最后对U型井的开发提出了一些建议,为该技术的进一步推广应用提供借鉴和参考。     

煤层气鱼骨状可控水平井完井方法与实践

通过对煤层气多分支水平井井身结构、完井工艺、井壁稳定与污染解除、钻进方式方面进行优化设计,提出了新型鱼骨状可控水平井钻完井工艺及配套技术;成功在现场试验应用9口井全部下入套管或筛管完井,从根本上解决了裸眼多分支水平井裸眼段易垮塌、易堵塞、无法疏通作业、无法增产改造等问题;前进式钻进方式利于钻井期间主支重入及完井管串的下入,通过钻井参数优化及钻井液体系降低分支夹壁墙垮塌风险;而二开井身结构实现全井井眼通径,利于后期维护、作业;通过稳定井壁可降解钻井液体系与氮气气举洗井、分段改造等工艺的配合,有效解决井壁稳定与储层污染的矛盾。     

煤层气仿树形水平井钻井关键技术研究

煤层气仿树形水平井是在普通裸眼多分支水平井基础上创新的一种新型水平井井型,通过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。本文系统阐述了该种井型成功实施的关键钻井技术,包括顶板泥岩造穴和连通工艺、固壁工艺、井眼轨迹控制技术、定点悬空侧钻技术、复合携岩技术等,能够为这种新型水平井的施工提供一定的技术指导,同时仿树形水平井的成功实施,为煤层气高效开发提供了一种新的手段。     

煤层气水平井钻进技术分析及现场应用优选

为了提高煤层气资源开发效率,以山西某煤层气区块为工程实例,对区块内布置的各类型水平井施工情况、应用特点及效果等进行阐述。结果表明,裸眼多水平分支井及U型水平井受单井投入大、钻孔塌孔及产量低等影响,在后续煤层气开采中应用并不广泛;L型筛管水平井对煤储层透气性相对较高区域的煤层气资源开发具有较强优势;对于低渗区域L型套管压裂水平井则表现出显著的优势,预计会成为该区块后期煤层气资源开采的主力井型。     

煤矿采动稳定区煤层气地面井抽采技术及应用

为明确煤矿采动稳定区地面井抽采技术内容,基于理论研究、类比分析与现场试验,深入分析了煤矿区地面井的类型及技术特点,指出采动稳定区煤层气地面井抽采技术更偏重于对煤层气资源的充分开发,该技术重点关注对产前煤层气资源量评估和破碎岩层钻完井工艺的研究与应用,其关键技术包括煤层气资源量评估、地面井结构优化设计、井位选择优化设计及钻完井工艺优化设计4个方面,应根据应用条件的不同具体分析,以保障煤层气开采效果。在山西晋城无烟煤矿业集团成庄煤矿的现场抽采试验表明:应用采动稳定区煤层气地面井抽采技术,地面井抽采气体积分数约40%,日均抽采纯量3 120 m~3,验证了采动稳定区地面井抽采技术的适用性。     

华北油田煤层气水平井钻完井方式优化与应用

为了从根本上解决早期裸眼多分支水平井裸眼段井眼易垮塌、易堵塞、无法疏通作业、无法增产改造等问题,提出了可控水平井设计理念,通过全通径二开井身结构、免钻塞半程固井、稳定井壁低伤害钻井液体系、钻井方式以及完井工艺的优化完善,实现了“井眼可控、利于改造、快速高效、广泛适应”的设计目标,同时,该类井水平段无论上倾还是下倾均可下入无杆泵实现工程井直接排采,无须打排采洞穴井,大幅度节省了钻井投资,同时有利于实现水平井井组工厂化高效开发。华北油田煤层气矿区推广试验70余口,钻井成功率100%,其中套管分段压裂改造钻井和压裂总成本较裸眼多分支井降低45%,产量是裸眼多分支井的1.89倍,整体实现了煤层气低成本高效开发的目标。     

煤层气井连通技术研究

由于我国煤层气储层具有渗透率低、压力低的特点,直井煤层控制面积小,产量低,钻单支水平井不利于后期的排水降压作业,所以现在煤层气开发多采用羽状水平井,羽状水平井需要工艺井与排采井之间的连通。两井连通需要对两井距离、方位偏差、新的靶点坐标、南北坐标、东西坐标等进行精确测量,找出新的靶点,然后对定向井进行定向指导,确保成功连通。     

川西中浅层致密气藏水平井开发工艺技术研究

针对川西中浅层低孔、致密、非均质性强、连片性差和储量难动用等难点,西南油气分公司进行水平井试验。通过总结水平井实践,认识到致密气藏必须通过分段压裂建产,开发工艺与以水平井分段压裂为核心,配套完善水平井钻完井工艺。形成了适合川西的国产化的不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺和HY241套管封隔器分段压裂工艺,完善了与分段压裂相配套的井眼轨迹控制技术、井身结构设计、钻井液优化等水平井钻井工艺以及完井方式和完井参数优选、完井管柱优化等水平井完井工艺,为今后开发类似气藏提供可借鉴的成功经验。