煤层气储层保护钻井关键技术研究

随着我国油气资源勘探开发工作的进一步深入,煤层气开发正进入规模化开发应用阶段。由于煤层气储层的特殊性,钻井过程中容易造成储层损害,因此对煤层气储层保护钻井关键技术进行研究具有重要的实际意义。分析了钻井过程中煤层气储层的损害机理,探讨了保护煤层气储层的钻井关键技术,认为采用欠平衡钻井方式,根据储层条件与施工情况优化钻井参数和计算最大允许下钻速度,可以有效保护煤层气储层,对于提高煤层气开发效率具有一定的指导意义。     

煤层气高效开发技术

煤层气储层与常规油气储层具有极大的差异性，其产出特点也不同，常规油气开发技术已明显不适用于煤层气开发。本文从煤层物性的特殊性和保护煤层的角度出发，指出我国煤层气开发的难点；根据我国煤层特点研究分析了煤层气泡沫钻井、波动水力压裂和定向羽状水平井技术的适用性，并对定向羽状水平井技术在沁水煤层气田开发中应用的可行性进行了论述。这些技术对我国煤层气的商业开发具有重要的指导作用。     

煤层气增产技术

介绍了国内外煤层气开采现状、增产措施以及我国煤层气储层的特点，指出我国煤层气资源虽然十分丰富，但其勘探与开发水平还不高；我国煤层气储层的特点，决定了我国开采煤层气的难度较大。此外还分析了目前国内外煤层气增产的3项主要技术：水力压裂改造技术、煤中多元气体驱替技术和定向羽状水平钻井技术。     

煤层气开采过程中储层损害原因分析及保护措施

在大多数煤储层中,都含有机械强度相对较低、应力敏感性相对较强,并伴随着微裂缝分布极为广泛等诸多特性。故此,当进行钻井时,很容易由于钻井液或者过多的钻井压力,而造成自身的损害,从而严重影响到最终的煤层气开发效果。本文主要基于钻井方面的相关技术,力求对煤储存层进行有效的保护,并且针对钻井有可能对煤层气储层造成一定损害的主要原因,进行了更深层次的细致分析。认为钻井液的性质,钻井过程中对井眼底部压力均对储层造成伤害。通过改变钻井方式,钻井技术以及固相控制技术等方式均会减轻钻井过程中对储层的伤害。通过泡沫钻井液进行储层保护方案成功应用于寺河矿区块的煤层气开采,从而切实提升了该区域的煤层气实际开发效率。     

煤层气钻井储层保护新技术研究

研究了我国煤层气储层孔隙和裂隙系统特征,分析了煤层气钻井的储层伤害机理。针对煤层气钻井储层保护难点,建议采用低固相或无固相钻井液、欠平衡钻井技术、屏蔽暂堵技术和加强固相控制等来保护煤层气钻井储层。     

我国煤层气开发钻井液技术应用现状与发展思路

煤储层钻井液技术需要关注的2个主要问题是安全钻井和储层保护。从我国煤储层的煤岩特性和孔渗结构特点出发,总结了我国煤层气开发钻井液技术现状和存在的不足,提出了适合我国煤储层特点的钻井液技术发展思路。     

我国煤层气开发对策及前景展望分析

煤层气是一种新型接替能源,世界上很多国家都已投入煤层气的勘探和开发,其中美国、加拿大、澳大利亚的煤层气产业发展迅速。我国煤层气储存量非常丰富,在一定程度上能解决能源供给不足,但是我国煤层气储层特征相对复杂,勘探与开发难度颇大,不合理的煤层气井钻、完井方式会对储层造成伤害,影响煤层气的产出。针对上述问题,提出了适应我国绝大多数煤层气储层的钻井工艺和完井方式,着重介绍各种煤层气井钻井工艺和完井技术。分析结果表明:采用欠/微平衡钻井工艺与裸眼完井、动力洞穴完井和套管射孔压裂完井等完井技术配套开发煤层气,有利于减小对储层基质、割理的伤害,提高采气量。最后对我国煤层气的勘探开发前景进行了展望。     

“U”型井钻井技术的研究与应用

"U"型水平井由于具有排采同时进行,占地面积小、可最大限度的沟通煤层裂缝等特点而成为煤层气开发的主要类型井。本文在对"U"型水平井特点以及钻井难点深入分析的基础上,提出了精确地层对比、采用先进定向工具及导向技术、优选储层保护钻井液以及利用先进的连通工具等技术措施,解决了煤层气钻井轨迹控制难度高、钻井复杂情况高发、储层保护要求高、水平井与直井连通精度高等问题,有效降低了钻井成本,节省大量作业时间,为后续煤层气的深入开发提供了技术参考。     

气体钻井技术发展综述

气体钻井技术就是以气体为主要循环介质的欠平衡钻井技术，主要有纯气体钻井．雾化钻井、泡沫钻井和充气钻井液钻井。气体钻井在国外应用已相当广泛．主要用于加快钻速、发现和保护气层，在低压破碎地层用气体钻井可以解决长段井漏问题。气体钻井首次使用是在19世纪中期，美国犹他州使用空气钻井技术进行钻井。此后，该技术被广泛应用于世界各地油气井（包括煤层气）的钻探和开发上，     

延川南煤层气低成本高效钻井技术探索与实践

储层丰度低、单井产量低是制约煤层气开发的瓶颈,因此如何提高钻井效率、控制成本是实现煤层气有效开发的关键。在总结延川南煤层气区块前期钻井经验的基础上,引入"井工厂"钻井模式,重点开展了井组及施工工序优化、预偏离防碰、导向钻具、个性化钻头和高效堵漏等降本增效技术的研究和实践,并利用学习曲线法对关键技术进行了持续优化,形成了煤层气低成本高效钻井技术。延川南煤层气区块808口井采用了煤层气低成本高效钻井技术,优质高效地完成了产能建设任务,其中平均单井钻井周期较产能建设前缩短30.3%以上,机械钻速提高了51.6%以上。研究与实践表明,煤层气开发时应用"井工厂"钻井模式能够显著控制钻井成本,提高开发效率,实现煤层气有效开发。      

钻井液对煤层气井壁稳定性影响实验研究

在对煤层气储层岩石组成及理化性能分析的基础上,通过测定煤岩与钻井液接触后的力学性质,研究各种理化性能对煤层井壁稳定性的影响。研究结果表明,钻井液侵入煤层后容易引起黏土膨胀,煤层气储层存在由于水敏引起的煤层井壁失稳的危险;在岩石强度大、无水敏的煤储层可采用清水钻进,在水敏性强的储层应在钻井液中加入黏土抑制剂,并采用欠平衡等钻井方式,控制钻井液侵入。     

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本文根据国内外煤矿开采、煤层气勘探开发过程中获取的大量煤层气储层压力测试资料，对煤层气储层异常高压的形成机制进行了系统探讨。将异常高压区分为两类：其一属地下水动力封闭型，以美国圣胡安盆地方代表；其二为自封闭型，以突出煤层为代表。最后探讨了异常 高压对煤层气勘探开发和煤与瓦斯突出的影响。     

国内外煤层气利用现状及技术途径分析

介绍了国内外煤层气资源利用的现状,对煤层气利用的几种主要技术途径进行了分析和展望,认为目前国外煤层气化工利用发展较慢,煤层气除用于发电和作为燃料之外,其他应用未形成规模;国内煤层气开发利用处于起步阶段,在满足燃料市场需求的同时,应加大技术创新,重点研究煤层气制合成气、甲醇新型下游产品如烯烃、二甲醚以及煤层气制氢气、乙二醇等技术,实现煤层气资源合理有效利用;深入研究低浓度煤层气脱氧及浓缩技术,为煤层气综合利用创造条件;煤矿企业应与资金、技术雄厚的石油天然气公司联合,采取"先采气、后采煤"开发模式,实现煤层气开发利用的快速发展。     

煤层气井钻井工艺技术探讨

我国煤层气资源十分丰富,但开发利用刚刚起步。煤层与一般油气层相比,机械强度低,孔隙度低,所以易坍塌、易污染。煤层气是吸附在煤层中的甲烷和少量的其它气体,煤层既是生气层,又是储气层,煤岩颗粒和微孔隙组成储集空间,天然裂缝是渗流通道。煤层孔隙压力低,所以开采时要先抽吸排水,压力降到解吸压力之下才能采气。采气时气水同产,地面再分离。文中主要介绍了煤层气井的井身结构、钻井参数、取心工具和工艺等。     

煤层气多分支水平井钻井关键技术研究

在分析中国煤层气藏具有低压、低渗、低饱和、构造煤发育以及非均质性强烈等地质特征的基础上，认为在我国用常规垂直井开发煤层气具有很大的地质局限性，进而提出用多分支水平井来提高煤层气单井产量和采出程度。结合沁水盆地6口成功井的实践，剖析了多分支水平井钻井的地质工作重点以及两井连通、井眼轨迹控制、井壁稳定控制技术等关键环节，指出采用多分支水平井开发煤层气是适合中国煤层气藏地质特点的最佳技术选择。     

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煤层气藏主要出现在晚古生代以来的几个成煤期,分布在大陆板块相对稳定区带的沉积构造盆地。煤层气的勘探开发方式与石油、常规天然气及煤炭虽有相近之处,但各成体系各有其法,煤层气勘探开发技术已经形成以地面垂向钻井开采为特征的现代煤层气勘探开发技术体系。我国煤层气产业刚刚崛起,已经实现了勘探试验的突破,开始进入区域勘探阶段。我国煤层气资源极为丰富,开发前景极为广阔,应当制定二十一世纪煤层气工业的发展目标和规划,合理布局整体部署,制定鼓励煤层气工业发展的政策,加大对煤层气勘探开发的投入,同时还应当积极对外合作,坚持科技进步,坚持依法勘探开发。     

欠平衡钻井技术在保护煤层气储层中的应用

煤层气储层不仅具有低渗、低压特点，还具有对各类伤害的敏感性，从而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，实现了及时、平稳注气，保护了煤层并维持井壁稳定，优化了单井筒水平井井身结构。为推广欠平衡钻井技术开发煤层气指出了方向。     

保德区块煤层气定向井黏附卡钻的分析与预防

山西保德区块保1向2井和保1-1向1井钻井过程中,在钻穿8/9号煤层后打口袋时在同一天同一层位发生了黏附卡钻事故。针对保德区块定向井施工中出现的这一共性问题展开研究,利用保德区块已施工定向井的录井、测井及钻井等数据资料分析黏附卡钻产生原因,从钻具组合、钻井液性能和钻进工艺3个角度出发,分别提出预防黏附卡钻的措施,经过现场试验,显示出良好的效果,能很好地预防保德区块定向井黏附卡钻事故的发生,保证煤层气定向井钻井工程的顺利进行。同时,研究结果对其他区块的煤层气定向井施工也有借鉴意义。     

煤层气成因研究

对于煤层气来自于煤及煤系地层的问题提出了不同的观点。通过观察煤层气的碳同位素组成(CH₄和CO₂)、煤岩及烃源岩的热模拟产物及碳同位素组成、煤层气中异常高的汞含量,分析了煤层气储集地层的大地构造环境及煤矿气体突出和森林火灾,发现气体突出和森林火灾前有卫星热红外异常。根据美国煤层气的勘探实践经验,推断煤层气可能来自深部地壳或上地幔,甲烷气体是通过上地幔脱气作用或中地壳的费托合成而生成的,而不是来自煤及其煤系地层。根据这一成因模式,可以探索预防煤矿瓦斯爆炸的新方案,重新考虑煤层气勘探目标。