【正文】 ...................... 26 煤層氣井具體完井方法優(yōu)選 ................................... 31 5 完井實例 ......................................................... 33 XS02井完井 實例 ........................................... 33 山西壽陽區(qū)塊洞穴完井實例 ................................... 34 總結(jié) ....................................................... 34 6 結(jié)論 ............................................................. 35 參考文獻 ........................................................... 36 致謝 ............................................................... 37 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 選題的目的和意義 煤層氣是煤層伴生天然狀態(tài)的氣體，主要以吸附狀態(tài)儲集于煤層中。煤層氣是近一、二十年來崛起的優(yōu)質(zhì)潔凈新能源，開發(fā)利用程度日益加深。 90%的煤層氣資源分布在 12 個主要產(chǎn)煤國，其中俄羅斯、加拿大、中國、美國和 澳大利亞的煤層氣資源量均超過 10 1012m179。煤層氣又是一種熱值高的潔凈能源， 1 m179。隨著其它能源的迅速消耗，煤層氣資源的儲量評估與開采成為了新的能源研究課題。煤層氣作為一種危險氣體，當(dāng)其空氣濃度達到 %至16%時，遇明火就會爆炸，這 是煤礦瓦斯爆炸和瓦斯突出的根源。因此，將煤層氣資源產(chǎn)業(yè)化具有保證煤礦安全、保護生態(tài)環(huán)境、合理利用資源、緩解能源壓力、提高經(jīng)濟效益和社會效益的綜合效能。除我國煤層氣儲層構(gòu)造復(fù)雜、儲層滲透率低等客觀條件外，排采強度不合理是影響煤層 氣產(chǎn)量的一個決定性因素。 煤層氣作為一種新興的能源已經(jīng)在美國成功開發(fā)利用，它也將會成為中國新的接替能源。同時，煤層氣的開發(fā)還可以從根本上防止煤礦瓦斯事故，改善煤礦安全生產(chǎn)條件，減少煤層甲烷排 放導(dǎo)致的溫室效應(yīng)，對全球大氣環(huán)境的保護具有十分積極的作用。煤層既是生氣源巖又是儲集巖，為特低孔特低滲的雙孔隙儲層，具有抗張強度小、楊氏模量低、體積壓縮系數(shù)大的特點。 由于煤層的低滲性 ,欲從煤層氣井中生產(chǎn)出工業(yè)性氣流來 ,對煤層氣井進行合理的完井和增產(chǎn)措施是極其關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié) ,針對不同的地層地質(zhì)條件 ,選擇不同的完井和改造措施。常用的煤層氣井完 井方式有裸眼完井、套管完井、洞穴完井和裸眼套管混合完井。為了經(jīng)濟有效地獲得煤層氣井的最大產(chǎn)能，應(yīng)該選擇最優(yōu)的工程技術(shù)方案，而其關(guān)鍵就是確定地質(zhì)參數(shù)的影響。完井方式的選擇主要依據(jù)目標(biāo)層的埋深、井壁穩(wěn)定性、水文地質(zhì)、 地層壓力、開采方式和投入產(chǎn)出比等。與美國相比 ,中國的煤層滲透率通常在 (～ ) 1013 的范圍 ,屬于特低滲透 。由于受煤層物性的限制 ,98%的煤層氣井需要進行大型水力壓裂 ,所以裸眼完井應(yīng)用較少 ,套管射孔完井是主要的完井方法。對中國的低壓煤層氣儲層用泡沫壓裂液就非常合適 , 可以達到快速返排的目的。 遠東能源公司借鑒美國的洞穴完井技術(shù)在壽陽地區(qū)完成了 4 口井的造穴試驗，具體施工方法是造穴前先鉆穿煤層，下套管完井，其中 15 號煤層井段下入玻璃鋼套管，完井后下磨 鞋把玻璃纖維管磨掉，然后把煤層射穿再進行造穴。在造穴施工中通過鉆機的頂驅(qū)向井筒中注入空氣，然后進行憋壓和放噴作業(yè)，共進行了五次注氣、憋壓和放噴循環(huán)作業(yè)，最高注入壓力為 6MPa。 國外研究現(xiàn)狀 美國已鉆煤層氣井約 1 萬多口 , 1998 年底年產(chǎn)量已達 300 108m3。除綜合運用了當(dāng)代油氣井鉆井、完井技術(shù)外 ,還根據(jù)煤儲層特性、產(chǎn)出機理、經(jīng)濟評價等方面與常規(guī)天然氣儲層的差異 ,在試驗和應(yīng)用的基礎(chǔ)上 ,研究開發(fā)出了一整套適合煤層氣開發(fā)的低成本快速鉆井和特殊完井技術(shù) ,為經(jīng)濟有效地開發(fā)煤層氣起到了積極的推動作用。其開發(fā)井鉆井 90%采用空氣 — 泡沫鉆井 ,以最大限度地降低對煤層傷害。美國為滿足各種不同物性煤層經(jīng)濟有效開發(fā)的需要 ,試驗并應(yīng)用了多種完井方法。從圣胡安盆地已鉆的 4000 多口煤層氣井來看 ,有三分之一是采用裸眼洞穴完井 ,這三分之一洞穴完井的井產(chǎn)氣量占整個盆地產(chǎn)量的 76%。這是一種種定性和定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法，一般據(jù)不同的煤層參數(shù)，可以將煤層劃分為不同的級別。明確各種地質(zhì)參數(shù)情況下的煤層分級，有助于快速有效地對鉆完井方式進行判斷選擇。根據(jù)各種參數(shù)所占的權(quán)重，來選擇適應(yīng)于各地質(zhì)條件下的鉆完井方式。 LiteCRETE CBM 是一種新的輕型高性能固井系統(tǒng) ,通過使用更有效的防漏失添加劑 ,避免固井期間固井液向煤層裂縫的漏失 ,使固井成功率從 40%提高到 75%。 LiteCRETE CBM 對煤層施加的壓力低 ,避免了煤層破裂。 研究內(nèi)容及方法 由于煤儲層因 滲透性低 所以 必須經(jīng)過強化才有可能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)能力以及需要排水降壓使氣體解吸才能得以開采。為此 , 我們分析了各種完井方法的使用條件并結(jié)合我國煤層氣勘查區(qū)具體地質(zhì)條件 通過 研究煤層氣完井的選擇方法 、試驗研究了不同入口方式對強化作業(yè)的影響 , 以及合理有效的完井效果評價方法，去合理的優(yōu)選適合此區(qū)塊的完井方法。煤層氣完井作為煤層氣開采的重要組成部分將會越來越被重視，如何選擇完 井方式使其利于前期鉆井和后期壓裂將作為一個長期的重點來研究和實踐，由此可見煤層氣完井優(yōu)選的必要性和重要性 。在同一煤層中，在垂直方向上很小的范圍內(nèi)，如幾十厘米甚至幾厘米，可能有幾種煤巖類型，各種煤巖類型的物質(zhì)成分不盡相同，即便在同一水平方向上，也存在這種組成成分的差異，而在不同的煤層這種差異更加明顯，這充分體現(xiàn)了煤巖的非均質(zhì)性。 煤巖具有雙重裂隙系統(tǒng)：裂縫體系和孔隙體系，前者是煤層氣重要的滲透流通通道，后者是煤層氣主要的儲集場所。煤巖的裂縫體系可以分為兩種類型：割理與節(jié)理。割理包括“面割理”和“端割理”兩種。 圖 煤巖的割理系統(tǒng)示意圖 重慶科技學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 其中面割理是主要的，其發(fā)育沿平行于最大壓應(yīng)力方向，延伸范圍遠，而端割理只從一個面割理延伸到另一個面割理。面割理與端割理的存在形式如圖 所示。煤巖形成以后，若受到構(gòu)造應(yīng)力的作用就會形成新的裂縫，因此，節(jié)理又稱為外生裂縫，或構(gòu)造地質(zhì)裂縫。 割理與節(jié)理的存在方式如圖 ，它們共同構(gòu)成了煤巖的裂隙體系，為煤層氣提供了重要的運移通道。由于煤巖中存在數(shù)量眾多的微孔，雖然直徑很 小，但內(nèi)表面積很大，的研究表明，一克煤的孔隙內(nèi)表面積最高可達 400m3，煤層氣就在這充足的內(nèi)表面積上以范德華力吸附其上，而這種吸附符合 Langmuir 單分子層吸附理論。 壓汞法毛細(xì)管壓力曲線可以反映樣品中不同孔喉直徑下所對應(yīng)的孔隙體積分布持征。 Ql、 Qg 煤的特點是在 之前約有 50%～ 80%的孔隙進汞，之后到 20MPa 左右為過渡段，接著又有第二個高潮 ，反映了煤的雙重孔隙待征。小孔 (相應(yīng) ～ 147MPa)比例有上升趨勢，微孔 (147MPa 以上 )比例又有所降低。 主內(nèi)生裂隙延伸較遠 (可達數(shù) m)；次內(nèi)生裂隙僅發(fā)育在兩條相鄰的內(nèi)生裂隙之間。面割理與煤巖組分和煤化程度密切相關(guān)，一般只發(fā)育在鏡煤和亮煤分層中。 煤基質(zhì)對氣和水是相對不滲透的，而煤層中的裂隙系統(tǒng)則是流體滲流和產(chǎn)出的主要通道，煤層的滲透率主要受煤層裂隙控制，割理是煤層中的主要裂隙系統(tǒng)，是決定煤層滲透率的關(guān)鍵地質(zhì)因素之一，在有足夠氣體儲量、儲層壓力及氣體解吸和擴散速度情況下，割理滲透率往往是影響煤層氣開發(fā)成敗的關(guān)鍵地質(zhì)因素。 煤層的滲透性 我國煤層的滲透率極低，一般小于一個毫達西。影響煤層滲透率的因素有煤的變質(zhì)程度、煤巖組分和煤的灰分。各向煤層的滲透重慶科技學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 率差別很大，這是因為煤層滲透率主要是受裂縫孔隙控制。 圖 煤層割理 煤層氣藏區(qū)別于常規(guī)天然氣藏的特征 煤層氣與常規(guī)天然氣作為兩種不同的天然氣藏，其儲層特征、儲集機理、賦 存狀態(tài)明顯不同?？梢?，常規(guī)天然氣藏必須具備生氣層、儲層、圈閉，儲層必須有一定的孔隙度，氣體主要以游離態(tài)存在于孔隙中，且氣體成分較復(fù)雜。當(dāng)煤層生成的氣體超過煤巖表面臨界吸附量時，氣體中的一小部分可能成為煤層孔隙或裂隙 (割理 )中以及薄巖石夾層中的游離氣，或溶解在水中的溶解氣。由于煤層的比表面積極大，甲烷吸附在基質(zhì)孔隙的內(nèi)表面 ,且堆積緊密 ,因而煤層比常規(guī)砂巖具更大的儲集能力。同時，煤儲層是一種具有雙重孔隙系統(tǒng)的儲集層，既發(fā)育有天然裂縫系統(tǒng)，也發(fā)育有基質(zhì)孔隙。通常研究的煤層氣主要是指以物理方式吸附在煤層基質(zhì)表面上的煤層甲烷。而一般天然氣儲層中的重慶科技學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 氣主要儲集在骨架顆粒間的孔隙空間內(nèi)，因此傳統(tǒng)評價天然氣儲層含氣量的方法顯然不能適合于評估煤層的含氣量。著重闡述了煤層氣溶解態(tài)、游離態(tài)和吸附態(tài)的的儲集機理。這一流程才用的是常規(guī)油氣井完井的原理和技術(shù)，并針對煤儲層的特性加以改進的方法，對最終煤層氣的生產(chǎn)開發(fā)至關(guān)重要。因此，在選擇煤層氣井的完井方法時必須最大限度地保護煤層，防止對目標(biāo)煤層的傷害，減少煤層流入井筒的阻力。 煤層 和井筒之間應(yīng)具有盡可能大的滲流面積， 煤層氣 入井的阻力最小。 應(yīng)能有效地控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產(chǎn)。 能達到熱采（主要蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)）的要求。 施工工藝盡可能簡便，成本盡可能低 。 有效地封堵出水地層和不同壓力體系的煤層，有利于增產(chǎn)措施和產(chǎn)氣作業(yè)。鉆井作業(yè)產(chǎn)生的鉆井污染可導(dǎo)致近井地帶氣、水流動受到限制，為連通鉆井與原始儲層，必須消除這種流動限制，通過消除或繞過污染可以克服鉆井污染問題。 降低成本。 目前，已用于煤層氣井的完井方法可歸納為以裸眼完井、射孔完井、套管 —裸眼混合完井。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 常用完井方法 11 煤層氣完井種類 裸眼完井 裸眼完井就是井眼完全裸露，井內(nèi)不下任何管柱。 先期裸眼完井 先 期裸眼完井是指在煤層頂部下入套管并固井，然后鉆開煤層投產(chǎn)的完井法。 B 頂板巖性穩(wěn)定、致密，不易垮塌，頂?shù)装宀怀鏊? D 能卡準(zhǔn)煤層深度，準(zhǔn)確地在煤層頂部下入套管。一般采用以下兩種井身結(jié)構(gòu)。然后用φ 的鉆頭鉆至完鉆井深完井。 用φ 的鉆頭鉆至煤層頂部，下人 的套管并完井，水泥漿反至地面。這種井身結(jié)構(gòu)一般用于煤層氣資料井或探井。具體技術(shù)要求有以下幾個方面。 B、必須按保護 煤層對完井液的要求，調(diào)整完井液的各項性能，最好采用煤層水或者與煤層水理化性能相近的活性水作為完井液。 D、技術(shù)套管固井質(zhì)量合格。 先期裸眼完井的局限性有井筒穩(wěn)定性差，不利于修井 、后期強化增產(chǎn)和分層開采這幾個方面。 后期裸眼完井 后期裸眼完井是指在鉆完全部設(shè)計井深后，將生產(chǎn)套管下至煤層頂部并固定的方法。 井身結(jié)構(gòu) 將技術(shù)套管鞋下入頂板內(nèi)，套管鞋與煤層的距離不要大于 2m，越靠近越好。 用φ 的鉆頭鉆完全部設(shè)計井深，將底部帶有分級箍和管外封隔器（水泥傘）的φ 的技術(shù)套管下至煤層頂部 2m 并固井；也可用砂或其他類似充填材料將井筒回填至技術(shù)套管鞋的位置再固井，然后再洗出填充物讓煤層裸露。具體技術(shù)要求與先期裸眼完井基本相同。一般不提倡使用后期裸眼完井。 后期裸眼完井的局限性：井筒穩(wěn)定性差，不利于修井、后期強化增產(chǎn)和分層開采；與先期裸眼完井比較，完井作業(yè)實施煤層保護的難度較大。 套管礫石充填的完井工序是：鉆頭鉆穿油層至設(shè)計井深后，下油層套管于油層底部，注水泥固井，然后對油層部位射孔。由于高密度充填 (高粘充填液 )緊實，充填效率高，防砂效果好，有效期長，故當(dāng)前大多采用高密度充填。 礫石尺寸合格程度 礫石尺寸合格程度的標(biāo)準(zhǔn)是大于要求尺寸的礫石重量不得超過砂樣的%，小于要求尺寸的礫石重量不得超過砂樣的 2％。 礫石的球度和圓度：要求礫石的平均圓度應(yīng)大于 。 礫石的結(jié)團 要求為：礫石應(yīng)由單個石英砂粒所組成，如果砂樣中含有 1％或更多個砂粒結(jié)團，該砂樣不能使用。篩管完井有時也叫襯管完井。 B、頂板巖性穩(wěn)定、致密，不易垮塌，頂?shù)装宀怀鏊? 井身結(jié)構(gòu) 用φ 的鉆頭鉆完全部設(shè)計井深。 圖 篩管完井 技術(shù)要求 由于采用這種完 井方法一般不再進行其他增產(chǎn)作業(yè)，因此，保護煤層降低對煤層的傷害是這種完井方法必須重點解決的問題。 B、必須按保護煤層對鉆井液的要求，調(diào)整完井液