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煤层气储层类型及配套钻井方案概述

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煤层气 类型 配套 钻井 方案 概述
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1 前言煤层气是重要的非常规能源 ,目前 ,全球范围内美国 、加拿大 、澳大利亚三国已实现了煤层气商业化开采 , 特别是美 国 产 量 在 2006 年 已 经 达 到560×108国内外学者在煤层气钻井和完井方式 ,储层构造 ,产量预测等方面已进行了深入研究[1~6]。我国很早就对煤层气开发进行探索 ,但由于我国地质情况特殊等原因 ,至今产量有限 。 随着我国对煤层气开发日益重视 ,有必要对煤层气储层类型及配套钻井方案进行研究 。2 煤层气储层类型及配套钻井方案根据渗透率 、厚度 、原始地层压力 、含水量等参数 ,可将煤层气储层分为 Ⅰ 类储层 (好储层 )、Ⅱ 类储层 (中等储层 )、Ⅲ 类储层 (差储层 ),见表 1。Ⅰ 类储层特点是高压 (高于对应深度静水压力 )、高渗 [>0同 )]、层厚(>5m),含气量可高可低 ,典型的如美国圣胡安盆地和我国的准噶尔盆地 。 此类储层物性好 ,不需要钻水平井即可达到较高产量 ,可用直井加水力压力的增产措施 ,也可以考虑裸眼洞穴完井 ;若钻水平井 ,用低分支 (≤3)即可 。与 Ⅰ 类储层相比 ,Ⅱ 类储层的特点体现在 “渗透率 、压力 、含气量 ”三个关键参数中有一项或两项不是太高 ,但仍然属于较好的储层 ,典型的如鄂尔多斯盆地保德地区 。 此类储层适宜用较高分支数(≥4)水平井及 U 型井 。Ⅲ 类储层属于较差储层 ,渗透率 、压力 、含气量低 ,厚度也可能较薄 ,典型的如沁水盆地 、东北盆地及鄂尔多斯盆地的部分地区 。 此类储层若要获得较高产能 ,需要多钻水平井 ,且要用羽状水平井[7,8]。3 煤层气开采钻井井型特点及适应储层总的来说 ,目前国内外开采煤层气主要采用的钻井类型为直井 、定向井及 U 型井 。井特点及适应储层直井的特点是井口 、 井底在同一条铅垂线上 ,井眼沿铅直方向钻进并在规定的井斜角和方位角范围内钻达目的层位 。 直井为目前国内外开发煤层气最常见的井型 ,但其与煤层接触面积小 ,控制面积有限 ,若想获得合适的产能 ,储层应属于 Ⅰ 类储层或采取压裂措施改善储层物性 。向井特点及适应储层定向井包括丛式井与多分支水平井 。煤层气储层类型及配套钻井方案概述张 洪1,何爱国2,覃成锦1(1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室 ,北京 102249;2.中国石油钻井工程技术研究院 ,北京 100097)摘 要 根据渗透率 、压力 、含气量等参数 ,可将煤层气储层分为 Ⅰ 类储层 (好储层 )、Ⅱ 类储层 (中等储层 )、Ⅲ 类储层 (差储层 )3大类 。 其中 ,Ⅰ 类储层又分为高压高渗厚层状储层 、高压高渗多层储层 、高压高渗富气储层 、高压高渗低含水储层 ;Ⅱ 类储层又分为高压中渗薄层状储层 、低压高渗中等含气储层 、低压高渗贫气储层 ;Ⅲ 类储层又分为低压低渗薄层储层 、低压低渗厚层储层 、低压低渗多层储层 、低压低渗高起伏储层 、低压低渗高含水储层 。 对于不同类型的储层 ,若要保证较好的产能 ,需要采取配套的钻井方案 :Ⅰ 类储层物性较好 ,可采用直井压裂或低分支水平井 ;Ⅱ 类储层物性中等 ,可以采用三分支水平井 、四分支水平井或 U 型井 ;Ⅲ 类储层物性差 、非均质性强 ,可采用羽状多分支水平井或丛式井 ,储层非均质性越强 ,羽状井主分支数应该越多 。关键词 煤层气 定向井 U 型井 钻井方案 煤储层基金项目 :本文受国家重大专项 36“煤层气钻井工程技术及装备研制 ”项目 (编号 :2008助 。作者简 介 :张 洪 ,2002 年 获中国 地质 大学 (北京 )能源系 博士 学位 ,目前主要从事储层及油气成藏等方面的研究工作 。 15 卷· 50 ·中 外 能 源类型 储层特点 配套钻井方案Ⅰ 类高压高渗厚层状储层超压或高压 ,临界解析压力 高 ,面 割 理 、端 割 理呈网状或半网状 ,平均渗透率 >度 >5临界解析压力 高 ,面 割 理 、端 割 理呈网状或半网状 ,平均渗透率 >套煤层二分支及三分支叠状水平井或反向水平井高压高渗富气储层 高压 ,渗透性好 ,含气量高 ,厚度适中 直井水平压裂或一分支及二分支水平井,亦可用 U 型井或使用洞穴裸眼完井高压高渗低含水储层 高压或超压,临界解析压力高 ,含水量低Ⅱ 类高压中渗薄层状储层超压或高压 , 渗透率低 , 割理组合方式为孤立状 ,厚度较小三或四分支水平井 ,可用 U 型井低压高渗中等含气储层低压高渗贫气储层Ⅲ 类低压低渗薄层储层压力低 ,临界解析压力偏低 ,端割理发育不好 ,透性较差 ,储层薄 ,厚度 <2 直井造洞穴排水采气 ,使用欠平衡钻井技术和地质导向技术压力低 ,临界解析压力低 ,透 性 较 差 ,割 理 较 发育 ,含气量较高直井压裂及二分支以上的水平井或羽状水平井压力低 ,临界解析压力低 ,端割理发育不好 ,透性较差 ,厚度 >5主井 2~3 支 ,分支井采用羽状 ,每个主井建洞穴直井 ,欠平衡钻井低压低渗多层储层 压力低 ,具有多目的层 羽状水平井及丛式井低压低渗高起伏储层 孔渗性差 ,压力低 ,起伏多变羽状水平井 ,但主支和分支严格顺煤层倾向方向钻入 ,利用地质导向钻井低压低渗高含水储层 孔渗性差 ,压力低 ,含水量高羽状水平井 , 但主支和分支造洞穴直井 ,可长时间排水采气 ,适当情况下可钻 U 型井低压低渗厚层储层高含气 、割理较发育低含气 、割理不发育压力低 ,割理发育 (尤其是端割理 ),含气中等到差三或四分支水平井 ,可用 U 型井表 1 煤层气储层类型及配套钻井方案丛式井又称密集井 、成组井 ,是在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井 ,使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位 ,通常用于海上平台或城市 、良田 、沼泽等地区 ,可节省大量投资 ,占地少 ,并便于集中管理 。由于丛式井是集中开发储层且井网密度较大 ,所以适用于压力中等或较低 、分布连续 、地层稳定 、渗透率中等或较差 、厚度小等物性较差的储层 。多分支水平井包括简单的水平井 (一分支 、二分支 、三分支 、四分支 )和复杂的羽状水平井 。 一分支水平井即通常所说的水平井 ,同直井相比 ,一分支水平井可大幅增加井眼同储层的接触面积 ,沟通更多的割理系统 ,因此可以适用比直井储层稍差的储层 ,但由于只有一个分支 ,沟通割理系统有限 ,所以适应储层物性要优于多分支水平井 , 通常是 Ⅰ 、Ⅱ 类储层 。 二分支水平井包括二维及叠状两种形式 ,区别是 :二维的两个分支位于同一个平面内 ,而叠状的位于不同平面 , 可同时开采两个目的储层 。与一分支水平井相比 ,二分支水平井与储层有更大的接触面积 ,穿过的裂缝更多 ,导流能力更强 ,其适应储层与一分支水平井类似 ,主要为 Ⅰ 、Ⅱ 类储层 。同样的 ,三分支水平井的三个分支可以在同一平面或分在三个平面 。 四分支水平井可分为垂向和径向 ,分支夹角分别为 90°和 120°。 三分支水平井与四分支水平井适应储层类似 ,因其有多个分支沟通割理系统 , 但又没有更多的次级分支完全控制储层 ,其适应的储层渗透率中等或较差 、含气量高 、压力低 ,更为重要的是储层非均质性 [包括渗透率及割理系统的非均质性 (Ⅱ 类储层 )]不能太强 。羽状多分支水平井是指一个或多个主分支井眼侧钻出多个分支井眼 ,由于其形状类似鱼骨或羽毛 , 又称为鱼骨状水平分支井或是羽状分支水平井 。 由于其具有大量水平分支沟通割理 ,增大了与煤层的接触面积 ,提高了导流能力 ,增大了煤层气采收率和开采程度 。 鉴于其强大的沟通能力 ,羽状分支水平井适用于 Ⅲ 类储层 , 尤其是适用于厚度薄 、非均质性相对较强的储层 ,而且储层非均质性越强 ,主分支数应该越多[9]。 型井井型特点及适应储层U 型井技术即 U 型水平连通井技术[10]。 煤层气U 型水平连通井技术集成了水平井与洞穴井的连通以及欠平衡钻井和地质导向等技术 ,因而技术性强 、施工难度高 。 U 型井技术采气功效相当于单分支水平井与洞穴井的结合 ,适用于渗透率中等或较· 51 ·第 11 期 张洪等 . 煤层气储层类型及配套钻井方案概述e 02249;00097)[to of as be , be at at be at at at be at at at it it it or [中高煤阶 、含气量大 、煤层稳定的储层 。 但有两种储层特别适合这种井型 :一种是含水量比较大的储层 ,可以保证水平井排水和洞穴直井采气同时进行 ;另一种是面割理和端割理只有一种相对发育的储层 ,水平井垂直于较为发育的割理方向 ,可起到最大的沟通作用 。 目前 ,U 型井技术在山西晋城 、寿阳 、保德等地区的应用已取得了初步成功 。参考文献 :[1] , on of in ] 008,11(6):9762] , in ]000,25(3/4):1353] ,in ]009,77(1/2):2144] ,, K,et of of in ]007,56(4):3035] A, M S, of ]004,44(3/4):2836] 王敏生 ,李庆 ,王智峰 J]2007,12(6):397] 董建辉 ,张宁生 ,李天太 ,等 J]2007,27(3):558] 王新海 ,张冬丽 ,宋岩 J]2008,82(10):14379] 饶孟余 ,杨陆武 ,张遂安 ,等 J]2007,27(7):5210] 黄勇 ,姜军 水平连通井在河东煤田柳林地区煤层气开发的适应性分析 [J]2009,21(32编辑 陈 珏 )2010年 第 15 卷· 52 ·中 外 能 源
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