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煤层气井完井方式的选择

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煤层 气井 方式 选择
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© 1994 ’,,油 气 开 采 卜煤 层 气 井 完 井 方 式 的 选 择熊 友 明 童 敏 潘 迎 德四 川 南 充提 要 分 析 了 国 内 外 现 行 的 煤 层 气 井 完 井 方 式 的 适 用 条 件 及 优 缺 卢 、 , 提 出 了 煤 层 气 井 完 井 方式 的 选 择 依 据 , 推 荐 了 谋 层 气 井 完 井 方 式 选 择 流 程 图 。主 题 词 煤 成 气 钻 井 选 择 裸 眼 完 井 洞 穴 完 井 射 孔 完 井 井 眼 稳 定 计 算 机 应 用一 、 引 言煤 层 甲 烷 已 成 为 一 种 重 要 能 源 。 在 煤 矿 采 煤 前 ,通 过 打 井 预 先 开 发 煤 法 甲 烷 ’ 毛 , 不 仅 会 减 少 采 煤 时瓦 斯 爆 炸 的 危 险 , 而 且 被 认 为 是 有 效 地 利 用 这 一 重要 能 源 的 重 要 手 段 。 柳 是 煤 以 甲 烷 气 与 常 规 砂 岩 、碳 酸 盐 岩 中 的 天 然 气 有 许 多 不 同 之 处 。 西 一 先 , 煤 哄 甲烷 的 赋 存 方 式 不 同 , 洲 以 的 甲 烷 是 吸 附 在 煤 中的 , 仅 有 很 少 的 游 离 气 而 常 规 砂 岩 、 碳 酸 盐 岩 中 的天 然 气 却 主 要 处 于 游 离 状 态 其 次 , 煤 层 的 岩 性 也 与常 规 砂 岩 、 碳 酸 盐 岩 有 很 友 的 差 别 因 此 , 煤 层 甲 烷气 井 完 井 不 仅 有 其 特 殊 性 也 将 更 为 困 难 所 以 , 要 有效 地 开 发 煤 层 甲 烷 , 首 先 必 须 很 据 煤 层 的 特 点 选 择最 合 理 的 完 井 方 式 。 在 煤 层 甲 烷 的 开 发 中 , 完 井 的 主要 目 的 是 为 井 筒 与 煤 层 建 立 有 效 的 连 通 渠 道 , 并 能有 助 于 煤 层 深 部 甲 烷 气 的 解 吸 和 向 井 筒 的 流 动 同时 , 要 最 大 限 度 地 降 低 钻 井 完 井 中 煤 层 气 的 损 害 。目 前 , 已 开 发 的 煤 层 甲 烷 气 主 要 来 源 于 水 饱 和的 中 、 高 渗 透 煤 层 。 但 是 , 绝 大 多 数 煤 层 甲 烷 气 是 埋藏 在 应 力 敏 感 的 、 气 饱 和 的 、 低 渗 或 特 低 渗 的 煤 层中 。 要 开 发 这 后 一 类 煤 层 , 最 主 要 的 办 法 是 提 高 煤 层气 向 井 筒 流 动 的 渗 透 率 、 增 大 煤 层 气 的 渗 流 面 积 、 将煤 块 破 碎 从 而 改 善 煤 层 气 的 解 吸 环 境 。二 、 各 种 煤 层 气 井 完 井 方 式 分 析裸 眼 完 井这 是 , 种 最 基 本 、 最 简 单 、 最 经 济 的 煤 层 气 井 完井 方 式 , 在 一 年 代 比 较 普 遍 采 用 。 但 是 , 井 眼稳 定 性 一 直 是 个 问 题 。 而 只 , 这 种 完 井 方 式 仅 适 用 于高 渗 透 的 煤 层 。 对 低 渗 或 特 低 渗 的 煤 层 , 采 用 这 种 完井 方 式 很 难 得 到 工 业 性 的 产 气 量 。裸 眼 洞 穴 完 井这 是 在 裸 眼 完 并 的 基 础 仁 发 展 起 来 的 一 种 独 特的 煤 层 气 井 完 井 方 式 。 在 较 高 生 产 压 差 的 作 用 下 , 利用 井 眼 不 稳 定 性 , 在 井 壁 煤 岩 发 生 破 坏 后 允 许 煤 块塌 落 到 井 筒 中 , 进 而 形 成 物 理 洞 穴 自 然 裸 眼 洞 穴 完井 或 者 人 皿 施 加 压 力 从 地 面 注 气 , 使 井 壁 煤 层发 生 破 坏 再 清 除 井 底 的 煤 粉 , 进 而 形 成 物 理 洞 穴动 力 或 人 裸 眼 洞 穴 完 井 。 从 现 场 试 验 结 果 来 看 ,裸 眼 洞 穴 完 井 的 产 量 都 较 高 , 且 大 大 高 于 压 裂 完 井的 产 量 ’ 。 分 析 认 为 , 获 得 高 产 的 原 因 主 要 是形 成 了 物 理 洞 穴 , 洞 穴 半 径 可 达 川 , 从而 增 大 了 渗 流 面 积洞 穴 外 的 剪 切 破 坏 带 也 叫 坍 塌 带 或 塑 性带 和 张 性 破 坏 带 也 叫 应 力 破 坏 带 及 远 场 干 扰 带的 煤 块 发 生 松 动 或 破 碎 , 并 形 成 纵 横 交 错 的 微 裂 缝或 叫 裂 缝 网 , 从 而 大 大 提 高 渗 透 率 。 同 时 , 应 力 的释 放 、 煤 的 比 表 面 积 增 加 , 也 有 利 于 煤 层 甲 烷 气 的 解吸 。 此 外 , 许 多 微 裂 缝 还 具 备 自 支 撑 的 特 点 , 在 短 期内 不 会 闭 合 , 也 有 利 于 煤 层 甲 烷 气 的 解 吸 和 渗 流 。根 据 美 国 的 经 验 , 如 果 煤 层 渗 透 率 大 于火 一 一 又 ’ 拜 , 煤 易 碎 , 则 可 采 用 裸 眼 洞 穴完 井 。套 管 射 孔 压 裂 完 井这 种 完 井 方 式 适 用 于 渗 透 率 低 的 煤 层 。 获 得 高产 的 原 因 是人 工 在 煤 层 中 形 成 裂 缝 , 从 而 增 大 了 渗 流 面 积 、改 善 了 渗 流 方 式 。 人 工 形 成 的 长 裂 缝 有 利 于 煤 层 深部 的 甲 烷 气 解 吸 并 渗 流 到 井 筒 中 来 。 但 是 , 压 裂 液 对煤 层 的 损 害 常 导 致 压 裂 失 败 或 得 不 到 应 有 的 产 量 ,© 1994 〔 。我 国 的 煤 层 渗 透 率 普 遍 为 一 一 一 , , 一般 只 能 采 用 套 管 射 孔 水 力 压 裂 完 井 。 此 外 , 我 国 的煤 层 多 数 不 含 水 , 如 果 采 用 水 基 压 裂 液 压 裂 , 那 么 仅仅 由 于 水 锁 效 应 就 会 对 气 相 渗 透 率 产 生 极 大 的 伤害 与 此 同 时 , 如 果 所 用 的 压 裂 液 为 冻 胶 型 , 那 么 冻胶 残 渣 、 高 分 子 添 加 剂 等 还 会 进 一 步 伤 害 煤 层 , 从 而导 致 压 裂 不 见 效 甚 至 “ 枪 毙 ” 煤 层 。 因 此 , 有 必 要 针对 我 国 煤 层 的 具 体 特 点 , 研 究 新 的 完 井 方 式 。煤 层 勺 院 井 万 式 选 择高 渗 透 率 煤 层币 ‘ 〔 井 又含 水 煤 层 七 水 煤 层煤 层 压 煤 层高 低自 然 裸泛 洞 穴或 人子 果 之 奋 ‘穴 完 井煤 层 压勺 岛煤 层 压力 低下眼穴月人裸 ﹄屹三 、 煤 层 气 井 完 井 方 式 选 择 方 法选 择 依 据煤 层 气 井 完 井 方 式 的 选 择 需 要 考 虑 以 下 因 素渗 透 率 、 孔 隙 度 、 煤 层 应 力 分 布 、 煤 层 岩 石 力 学 性 质抗 拉 强 度 、 抗 压 强 度 、 抗 剪 强 度 、 泊 松 比 、 弹 性 模量 、 内 聚 强 度 、 内 摩 擦 角 等 , 裸 眼 井 产 能 大 小 , 煤层 厚 度 , 煤 层 压 力 , 煤 的 脆 性 , 煤 的 硬 度 , 煤 层 是 否含 水 等 。 可 分 别 对 待渗 透 率 、 孔 隙 度 、 煤 层 厚 度 、 煤 层 压 力 等 是衡 量 煤 层 甲 烷 气 井 产 能 大 小 和 地 层 能 量 大 小 的 重 要参 数 , 也 是 决 定 完 井 方 式 的 重 要 参 数 。煤 层 岩 石 力 学 性 质 抗 拉 强 度 、 抗 压 强 度 、抗 剪 强 度 、 泊 松 比 、 弹 性 模 量 、 内 聚 强 度 、 内 摩 擦 角等 , 煤 的 脆 性 , 煤 的 硬 度 以 及 煤 层 应 力 分 布 等 参 数 ,是 研 究 井 眼 的 稳 定 性 、 洞 穴 的 形 成 机 理 、 煤 层 压 裂 裂缝 的 导 流 能 力 和 开 展 煤 层 压 裂 设 计 研 究 包 括 煤 层中 形 成 水 平 缝 、 水 平 垂 直 缝 、 垂 直 缝 界 限 的 研 究煤 层 中 裂 缝 扩 展 、 延 伸 的 理 论 研 究 煤 层 中 裂 缝 几 何尺 寸 计 算 的 研 究 等 的 基 础 。煤 层 是 否 含 水 也 是 一 个 决 定 完 井 方 式 的 重要 参 数 。 因 为 对 于 不 含 水 的 煤 层 干 煤 层 , 任 何 外来 液 体 均 会 极 大 地 损 害 煤 层 的 渗 透 率 。 故 选 择 任 何完 井 方 式 都 要 考 虑 这 个 特 殊 性 。选 择 流 程 图煤 层 气 井 完 井 方 式 选 择 的 流 程 如 图 所 示 。 推荐 做 法对 高 渗 透 率 的 煤 层 , 一 般 产 量 较 高 , 从 经 济上 考 虑 , 还 是 采 用 钻 井 成 本 较 低 的 垂 直 井 开 采 为 好 。这 类 地 层 的 完 井 方 式 应 以 裸 眼 洞 穴 完 井 为 主 。 如 果煤 层 压 力 高 , 通 过 控 制 生 产 压 差 就 可 形 成 物 理 洞 穴 ,可 采 用 自 然 裸 眼 洞 穴 完 井 如 果 煤 层 压 力 低 , 应 采 用人 工 裸 眼 洞 穴 完 井 , 通 过 从 地 面 注 入 高 压 气 体 使 井常 规 川 、 已或 肛 〔 水块 功 胶 或产 水 工 型液 力 时裂 , 套 告卜 孔 完 井水 从 泡沫 少 卜 裂液 砂工 〔 裂企 宁 夺 射孔 完 井纯 液 知 卜裂 或 高 能气 体 了 要 理或 者 令 孤 气或 空 产 改低 密 度 支律 剂 〔 如核 桃 壳 、压 裂 。 套告 射 孔 完井单 水 平井 完 井或 水 平井 ’ 垂八 井 的多 少 一 复合 完 井图 煤 层 气 井 完 井 方 式 选 择 流 程 图壁 煤 岩 发 生 破 坏 进 而 形 成 物 理 洞 穴 。 建 议 从 岩 石 力学 上 研 究 洞 穴 的 形 成 机 理 , 研 究 坍 塌 带 和 应 力 破 坏带 及 远 场 干 扰 带 的 煤 岩 破 坏 规 律 , 从 而 掌 握 这 几 个带 内 渗 透 率 的 变 化 及 各 个 带 的 范 围 , 在 此 基 础 上 进行 完 井 后 的 产 能 预 测 , 以 便 更 好 地 指 导 今 后 的 完 井设 计 。对 低 渗 透 率 的 煤 层 , 一 般 产 量 较 低 , 可 采 用垂 直 井 也 可 采 用 水 平 井 来 开 发 。 当 采 用 垂 直 井 时 , 要采 用 套 管 射 孔 水 力 压 裂 完 井 。 对 压 力 高 的 含 水 煤层 , 可 选 用 常 规 冻 胶 压 裂 液 和 低 密 度 支 撑 剂 。 但 要 研制 既 能 满 足 施 工 要 求 同 时 又 对 煤 层 损 害 小 的 压 裂液 。 对 压 力 低 的 含 水 煤 层 , 如 果 选 用 常 规 冻 胶 压 裂 液来 压 裂 , 则 施 工 后 返 排 很 困 难 , 建 议 采 用 泡 沫 压 裂 。对 于 无 水 煤 层 干 煤 层 采 用 水 基 压 裂 液 压 裂 会 极 大地 伤 害 煤 层 因 此 , 气 体 压 裂 或 高 能 气 体 压 裂 势在 必 行 。 为 了 提 高 压 裂 裂 缝 的 导 流 能 力 并 避 免 压 裂液 对 煤 层 的 损 害 , 文 献 【 提 出 了 一 种 “ 气 体 低密 度 支 撑 剂 ” 的 压 裂 完 井 方 法 。 该 法 的 着 眼 点 是 采 用气 体 氮 气 或 空 气 压 裂 、 用 低 密 度 的 核 桃 壳 粉 碎成 所 需 的 目 作 为 支 撑 剂 。 由 于 煤 层 甲 烷 气埋 深 多 在 以 浅 , 裂 缝 闭 合 应 力 不 高 , 核 桃 壳这 种 韧 性 支 撑 剂 完 全 能 有 效 地 支 撑 住 裂 缝 , 并 保 证足 够 的 导 流 能 力 。 此 外 , 这 种 完 井 方 式 对 煤 层 没 有 任何 损 害 。 从 目 前 国 产 的 压 缩 机 来 看 , 要 用 气 体 压 开 煤层 是 完 全 可 行 的 川 。© 1994 , 采 用 侧 钻 水 平 井 完 井 及水 平 井 完 井 也 是 可 行 的 。 例 如 , 在 石 油 工 业 中 有 许 多油 气 井 , 原 来 只 用 来 开 发 深 层 的 原 油 和 天 然 气 , 现 在需 要 开 发 浅 层 的 煤 层 气 。 侧 钻 水 平 井 完 井 是 开 发 这种 老 井 中 气 体 的 有 效 办 法 。 侧 钻 的 水 平 井 可 以 裸 眼完 成 、 套 管 射 孔 压 裂 完 成 , 也 可 以 衬 管 完 成 , 如 果可 能 还 可 以 裸 眼 洞 穴 完 成 。 对 于 开 发 煤 层 气 的 新 井 ,可 以 直 接 钻 水 平 井 。 垂 直 井 与 水 平 井 相 结 合 的 效 果可 能 会 更 好 。 文 献 〕 推 荐 的 多 井 复 合 完 井 方 式 就是 其 中 的 一 种 。 其 要 点 是 在 水 平 井 的 两 边 距 水 平井 约 。 一 各 钻 一 口 垂 直 井 。 在 垂 直 井 中 实施 气 体 压 裂 可 能 的 情 况 下 实 施 高 能 气 体 压 裂 , 目的 是 使 水 平 井 附 近 的 煤 层 破 碎 而 形 成 微 裂 缝 网 、 改善 水 平 井 周 围 煤 层 气 的 解 吸 和 渗 流 环 境 。 水 平 井 用割 缝 衬 管 完 成 或 用 套 管 射 孔 完 成 后 再 实 施 气 体 压裂 。 完 井 后 关 闭 垂 直 井 , 用 水 平 井 生 产 。式 选 择 流 程 图 可 供 参 考 , 但 有 待 进 一 步 完 善 。一 一 收 稿参 考 文 献熊 友 明 等 煤 层 完 井 技 术 研 究 是 开 发 煤 层 气 资 源 的 关键 北 京 煤 层 气 开 发 与 利 用 国 际 会 议 论 文 集 ,熊 友 明 等 砂 岩 地 层 完 井 方 式 的 选 择 石 油 钻 探 技 术 ,,,妇厂工卫〕作 者 简 介四 、 结 论煤 层 气 井 完 井 方 式 选 择 是 煤 层 气 开 发 的 首 要 环节 和 关 键 技 术 。 对 高 渗 透 率 煤 层 , 可 以 采 用 垂 直 井 开发 并 用 裸 眼 洞 穴 完 成 。 对 于 低 渗 透 率 或 特 低 渗 透 率的 煤 层 , 在 采 用 垂 直 井 开 发 时 , 要 用 套 管 射 孔 压 裂完 井 方 式 。 也 可 用 水 平 井 开 发 低 渗 透 率 或 特 低 渗 透率 的 煤 层 , 单 水 平 井 完 井 或 水 平 井 与 垂 直 井 结 合 的多 井 复 合 完 井 均 可 行 。 本 文 推 荐 的 煤 层 气 井 完 井 方熊 友 明 , 年 生 。 年 毕 业 于 华 东 石 油 学院 采 油 专 亚 , 年 获 西 南 石 油 学 院 硕 士 学 位 。 现在 西 南 石 油 学 院 完 井 技 术 中 心 工 作 。 系 中 国 石 油 学会 会 员 。 先 后 在 国 内 外 发 表 论 文 余 篇 , 出 版 著 作部 。童 敏 , 年 生 。 年 获 西 南 石 油 学 院 硕 士学 位 。 现 在 西 南 石 油 学 院 完 井 技 米 中 心 工 作 。‘ 潘 迎 德 , 年 生 。 年 毕 业 于 北 京 石 油 学院 未 油 专 业 。 现 为 西 南 石 油 学 院 完 井 技 术 中 心 教授 。 来 中 国 石 油 学 会 会 员 , 美 国 会 员 。 先 后 在国 内 外 发 表 论 文 余 篇 , 出 版 著 作 部 。上 接 页设 计 引 起 的 故 障 , 除 进 行 过 易 损 件 的 更 换 外 , 使 用 完全 正 常 , 解 决 了 井 场 电 力 不 足 的 问 题 , 深 受 井 队 欢迎 。 为 此 , 在 年 月 进 行 局 部 完 善 后 在 另 外个 井 队 又 推 广 应 用 。 现 共 有 部 改 进 的 节 能 发 电 机在 发 挥 着 作 用 。节 能 发 电 机 的 推 广 应 用 , 可 使 每 个 井 队 每 月 节余 柴 油 一 以 上 , 年 节 约 燃 料 费 用 万 元 。 节能 发 电 机 与 备 用 发 电 机 组 配 合 使 用 , 使 钻 井 设 备 事故 率 降 低 一 , 每 年 减 少 发 电 机 修 理 费 用。 万 元 同 时 可 减 少 台 发 电 机 组 , 即 大 大 减 少固 定 资 产 的 投 入 。要 富 余 功 率 充 足 , 经 联 动 机 组 传 动 适 当 改 进 后 , 都 可使 用 节 能 发 电 机 。用 高 技 术 制 造 的 新 型 节 能 发 电 机 能 够 创 造 很好 的 经 济 效 益 。 一 。 一 收 稿五 、 结 论 及 建 议大 庆 型 钻 机 利 用 富 余 功 率 拖 带 节 能 发 电 机是 可 行 的 、 有 效 的 。在 其 它 类 型 钻 机 如 , 、 等 型 钻 机 上 , 只作 者 简 介曾 纪 扬 , 年 生 。 年 毕 业 于 西 南 石 油 学院 矿 机 专 业 。 现 为 辽 河 油 田 钻 井 一 公 司 技 术 装 备 开发 公 司 经 理 , 高 级 工 程 师 。艾 万 荣 , 年 生 。 年 毕 业 于 西 南 石 油 学院 矿 机 专 业 。 现 为 辽 河 油 田 钻 井 一 公 司 科 委 副 主 任 、科 技 科 长 , 教 授 级 高 级 工 程 师 。釜 金 龙 , 年 生 。 年 毕 业 于 承 德 石 油 高等 专 科 学 校 。 现 任 辽 河 油 田 钻 井 一 公 司 技 米 装 备 开发 公 司 肋 理 工 程 师 。© 1994 · ,, ,, 子 ,, ·娇, 仑, , 仪 ,一一 , ’ , ,, ,, ,, ,舒, 尸’一, 一 , ”, ,,,一, , ,, , ,,, 阳,, 卜,一 一系 歹 液 压 式 尾 管 悬 挂 器 独 树 一 帜地 矿 部 石 油 钻 井 研 究 所 提 供 各 种 固 井 工 具 及 技 术 服 务地 矿 部 石 油 钻 井 研 究 所 已 有 多 年 的 历 史 。 多 年 来 , 该 所 致 力 于 固 井 工 具 的 研 制 取 得 令 人 瞩 目 的 成 就 。其 客 户 遮 及 渤 海 、 克 拉 玛 依 、 青 海 、 泽 普 、 吐 哈 、 胜 利 、 大 港 、 辽 河 、 玉 门 、 滇 矜 桂 、 南 海 等 油 田 及 地 矿 部 石 油 海 洋地 质 来 统 各 探 区 。地 矿 部 石 油 钻 井 研 究 所 生 产 的 各 种 液 压 式 尾 管 愚 挂 器 性 能 优 越 , 售 后 服 务 良 好 , 受 到 钻 井 界 广 大 用 户 的青 睐 , 并 创 造 了 多 项 全 国 固 井 之 最 。 由 该 所 最 新 研 制 的 适 用 于 大 针 度 井 和 水 平 井 固 井 的 尾 管 悬 挂 器 , 在 国 内独 树 一 帜 。 热 忱 欢 迎 广 大 客 户 前 来 洽 淡 业 务 。主 要 产 品 及 规 格一 型 和 一 型 液 压 式 尾 管 悬 挂 器 币 火 币 , 中 只争 , 小 币 , 小 小 。浮 型 和 型 双 级 注 水 泥 器 小 , 小 一 , 币 。一 型 和 犯 一 型 套 管 扶 正 器 及 其 卡 箍 、 刚 性 扶 正 器 小 , 小, 争 。 小 , 币 。型 单 塞 水 泥 头 和 型 双 塞 水 泥 头 币 , 币 , 小 ,小 。各 种 套 管 附 件 , 包 括 浮 挂 、 浮 鞋 等 。联 系 人 马 开 华 叶 能 传 李 长 龙 地 址 山 东 德 州 东 风 东 路 号 邮 编 电 话
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