主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤层气开发钻井压裂技术

来源:《煤炭科学技术》2016年第5期

煤层气(煤矿瓦斯)是一种赋存于煤层及煤系中的烃类气体资源,国家高度重视煤层气开发利用,出台了一系列扶持政策,促进了煤层气开发利用事业的快速发展。据统计,全国煤层气产量由2005年的23亿m³增加到2015年的180亿m³,其中地面开发量由2005年的0.3亿m³增加到2015年的44亿m³,井下抽采量由2005年的23亿m³增加到2015年的136亿m³。与此同时,煤矿瓦斯事故起数由2005年的414起下降到2015年的45起,瓦斯事故死亡人数也由2005年的2171人减少到2015年的171人。为及时系统性地报道一批具有代表性的前沿性、创新性的煤层气开发工程技术,我刊邀请业界知名专家、高级技术人才撰稿,组织开辟了“煤层气开发钻井压裂技术”专题,总结和凝练了一系列煤层气开发企业、科研院所、高等院校以及技术工程服务企业近年来在煤层气钻完井技术、压裂增产改造技术、排采技术等工程技术方面取得的创新性成果,以期有效地促进我国煤层气的开发利用,进一步改善煤矿安全生产条件。在此,特别感谢张遂安教授、汤达祯教授在专题组稿、约稿方面给予的大力支持和帮助,同时对各位作者积极为本刊撰稿表示衷心感谢。

行业视野

煤层气

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  • 作者(Author): 张遂安, 袁玉, 孟凡圆

    摘要:二十多年来我国煤层气开发取得了重大突破,在保障煤矿安全、缓解能源压力等方面发挥了重要作用。综述了我国煤层气开发历程和现状,概括总结了煤层气钻完井技术、压裂增产技术、排采技术、数值模拟技术等方面取得的进展和发展趋势:井型多样化、复杂结构化;压裂规模化;排采智能化;钻完井压裂用液多元化。同时,提出了今后我国煤层气开发技术的重点在于研究适宜规模开发区(高煤阶)的稳产高产技术、中煤阶区的钻压采技术、低煤阶区的煤层气勘探开发关键技术和松软低渗透煤层的规模高效抽采关键技术。最后提出我国煤层气开发技术总体上仍处于起步阶段,依然面临许多难题,需要进一步创新突破。
  • 作者(Author): 石智军, 张群, 王保玉, 刘建林, 田宏亮, 赵永哲

    摘要:针对煤矿区煤层气地面开发面临的井型及成井方法单一、配套国产化钻井装备不足等难题,提出了一种基于精确对接井钻进技术的煤层气开发新模式,研制了配套全液压车载钻机,集成了成套钻进装备系统;研究发展了精确对接井钻进工艺,总结形成了系列完井技术,在晋城矿区建成了我国煤矿区第一个高产的远端精确对接井。精确对接井钻进技术装备已推广应用于多个煤层气勘探开发工程,相继建成10个不同类型的精确对接井组,施工水平连通井16口,最大对接距离1 065 m,最大位垂比3.7,最高日产气量3.28万m~3(晋城矿区15号煤层),为实现煤矿区煤层气地面高效开发提供了技术装备支持。
  • 作者(Author): 管保山, 刘玉婷, 刘萍, 梁利, 崔伟香

    摘要:为了研究压裂液在煤层气压裂中的应用现状,提高压裂液与煤储层压裂技术的匹配从而提高压裂效果,对目前使用的活性水压裂液、交联冻胶压裂液、清洁压裂液和泡沫压裂液的性能与特点,以及各类型压裂液的应用现状进行了分析总结。分析认为活性水和交联冻胶压裂液配置简单、携砂能力强、使用范围广,仍是煤层气压裂液的主要类型;低压、低温、强水敏等有特殊要求的储层可使用泡沫压裂液、清洁压裂液等低伤害的压裂液。结合目前国内外最新进展阐述了氮气压裂液、增能压裂液、纳米压裂液、混合压裂液等新型压裂液的核心技术与特点。氮气压裂液使用液体氮气作为携砂载体,最大限度地降低了煤储层伤害;增能压裂液内部的化学反应产生的热量使其能够自动升温增压,在储层内部产生泡沫,达到和泡沫压裂液类似的效果;通过纳米技术对压裂液原料进行改性从而提高压裂液性能有望在压裂液研究上获得突破;混合压裂液结合了活性水与交联压裂液的优点。最后指出在满足低伤害、低成本、高效环保等技术指标的前提下,成熟压裂液优化和单剂研发、新型压裂液体系的研究突破口、压裂液返排液的回收利用是煤层气压裂液的研究方向。
  • 作者(Author): 郝临山, 邱锋

    摘要:为了研究煤层气井井间干扰现象及干扰规律,获得优势渗流通道,在不影响煤层气井产气量的前提下,选取4个井组进行煤层气"一源一汇"干扰试井测试,通过对激动井注水、观察井开井生产的模式,在井间形成压力降,应用压降叠加理论,定量研究分析了煤层气排采降压过程中出现的井间干扰现象。结果表明:在选取的4个干扰试井井组中,西南方位部署的2口生产井压力上升明显,显示为连通,井间连通优势方位与试井区域最大地应力方向基本吻合,从实际注水情况看,显示压裂裂缝方向与储层连通方向是一致的,说明西南方向为该煤层气储层的优势渗流通道,井间合理间距为300 m。证实煤层气井间干扰作用可为判断井间连通性及评价井网部署提供有效依据。
  • 作者(Author): 王运海

    摘要:为了实现延川南区块煤层气的经济高效开发,根据工区储层物性和地貌特征,选择较平坦的地区布置井场,采用丛式井组进行煤层气开采。基于延川南区块的丛式井开发特点,详细分析了"井工厂"钻完井工艺技术在丛式井开发中的应用,重点从平台井数优化,钻井顺序优化,井间防碰处理,钻机移动装备,钻井液重复利用及离线测固井几方面对"井工厂"作业模式进行深入剖析。现场统计结果表明,采用"井工厂"资源共享模式实施丛式井组钻完井作业可整体提升煤层气井的钻井速度和质量,单井钻完井周期平均9.25 d,单井钻井周期平均7.64 d,机械钻速平均17.16 m/h,实现了煤层气的低成本、高效、规模开发。
  • 作者(Author): 孙良田, 李玉魁, 朱宁, 杜良军

    摘要:针对煤层气井开发低成本,压裂要求提高实效、减小成本的问题,研究了可钻桥塞电缆射孔联作技术的工艺原理、井下工具串结构、关键技术、现场应用等几方面。结果表明:可钻桥塞电缆射孔联作技术具有入井工具串简单、不受分段压裂层数限制、砂卡发生概率低、易解除封堵、桥塞钻铣完后保证了井筒的畅通便于后续工艺管柱的下入等优点。在西南煤层气井的现场应用实践结果表明,采用可钻桥塞电缆射孔联作技术不仅保证了分层压裂的针对性和准确性,还大幅度提高了压裂的时效性,施工周期仅为填砂分压或可捞式桥塞分压技术的10%。
  • 作者(Author): 孙东玲, 李日富

    摘要: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。
  • 作者(Author): 郝春生, 季长江

    摘要:为获得高效的煤储层增透工艺技术,从而达到显著提高煤层气井气产量的目的,以新型径向井技术为基础,并将其与水力压裂技术高效结合,采用理论分析的方法,对影响径向井压裂增透效果的各因素进行了深入的分析与研究,包括主裂隙方位、地层倾角、径向井施工技术等。同时,通过现场试验对径向井压裂技术的实用性进行了检验,结果表明,基于径向井技术的煤储层高效增透工艺能使不产气井的日产量增加到500 m~3/d,煤层透气性系数提高了3.55倍,从而形成了一套基于径向井技术的煤储层高效增透新工艺,该工艺可以显著提升煤储层的增透效果,提高煤层气井产量。

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