CN107387034B - 非固井套管完井煤层气水平井抽采方法 - Google Patents
非固井套管完井煤层气水平井抽采方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107387034B CN107387034B CN201710764015.9A CN201710764015A CN107387034B CN 107387034 B CN107387034 B CN 107387034B CN 201710764015 A CN201710764015 A CN 201710764015A CN 107387034 B CN107387034 B CN 107387034B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- well
- horizontal
- section
- fracturing
- coal bed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 139
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims abstract description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 18
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 17
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 16
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 14
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 8
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims description 8
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 claims 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 11
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003899 bactericide agent Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/006—Production of coal-bed methane
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
一种非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，采用U型对接井，水平井水平段沿煤层下倾方向和平行于煤层最小主应力方向进行部署，采用下套管、管外自膨胀封隔器、不固井的方式进行完井；对水平井管外封隔器坐封段和射孔、压裂段进行优化；采用大排量、定方位水力喷砂射孔方式进行射孔施工，采用大排量、大规模、高前置液比、中砂比对水平井逐段进行段塞式携砂压裂施工；最后在排采直井井口进行排水作业，在水平井井口进行采气生产；本发明降低对煤储层的污染和生产运行成本，提高非固井套管完井水平井的压裂改造效果和排水采气效果，提高水平井的抽采效率与抽采效果，实现大范围、快速降低碎软低渗煤层的煤层气含量，达到对煤层气强化抽采的目的。
Description
技术领域
本发明涉及地面煤层气开发的技术领域，尤其涉及一种非固井套管完井煤层气水平井抽采方法。
背景技术
随着水平井开发工艺技术的不断发展，煤层气水平井开发效果不断取得突破，表明水平井是实现煤层气快速、高效抽采的一种有效方法。目前，95％以上的水平井是采用裸眼、不压裂的方式进行完井，且水平段在煤层中钻进，存在井壁垮塌、钻井液污染、堵塞地层等问题，也暴露出产气量不稳定，产量低、衰减快等特征。为了提高水平井的开发效果，开始探索下套管完井，然后再对水平井进行分段压裂改造，实现对煤层气水平井强化抽采的目的。
鉴于煤层气井固井时水泥环与煤层的胶结强度差，致使固井质量不合格，而且还存在水泥浆污染煤层等问题，目前水平井都采用下套管不固井的完井方式。非固井条件下的煤层气水平井开发时，基本依据水平井的压裂段数采用均匀分段方法，压裂分段选段缺乏针对性；无固井水平井的压裂工艺技术仍不完善，无法解决压裂管外窜流问题，清水携砂压裂规模和加砂强度都非常小，煤层压裂改造效果差；同时后期排采过程中采用气、水同井产出，气、水干扰影响严重，而且无固井条件下煤层吐砂、吐粉严重，致使排采设备卡泵和气锁现象时有发生，限制了煤层气水平井排水采气的顺利进行，严重影响了煤层气水平井的开发效果。
综上所述，目前非固井套管完井煤层气水平井开发技术抽采效果差、抽采效率低，难以实现大范围、快速降低碎软低渗煤层的煤层气含量、难以达到强化抽采煤层气效果的目的。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，提高碎软低渗煤层，实现快速降低煤层气含量，达到强化抽采煤层气效果的地面煤层气水平井抽采新技术。
为解决上述问题，本发明公开了一种非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：确定水平井位置，依据煤层底板等高线来确定煤层的倾向，并依据水力压裂裂缝监测结果确定最小主应力方向，同时按照水平井眼轨迹沿煤层的倾向和平行于煤层最小主应力方向设计水平井的水平段位置，设计水平井位置部署在构造高部位，排采直井位置部署在构造低部位；
步骤2：排采直井钻入，所述排采直井采用两开的井身结构，煤层段下入玻璃钢套管完井，在煤层的位置扩孔出一个半径为0.5m的洞穴作为水平井与直井对接点；
步骤3：水平井钻入，所述水平井采用三开井身结构以形成垂直段和水平段，所述垂直段和水平段之间通过造斜段过渡，且所述水平段的末端与所述排采直井连通，在钻入过程获取方向伽马和井径参数，依据煤层与岩层的伽马值差异，实时调整控制水平井井眼轨迹位于目标煤层段的中部，并掌握水平井的井径扩大率参数；
步骤4：水平段内参数优化，在水平井完钻后，选择井径扩大率较小、且变化均匀的目标段作为管外封隔器坐封段；选择井径扩大率小于30％和气测录井气显示大的水平段以及避开套管接箍段作为射孔压裂目标段，实现对水平井管外封隔器坐封段和射孔、压裂段进行优化；
步骤5：下入完井管柱，按照优化的封隔器坐封段，依次连接套管和封隔器下入水平井，把管外封隔器下入到设计指定的坐封段位置，并采用不固井的方式进行完井；
步骤6：水平段的射孔压裂施工，采用定向水力喷砂射孔方式对目标段进行射孔，射孔施工结束后采用油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式对射孔段进行压裂施工，重复以上过程，逐段进行射孔压裂施工，直至完成全井段压裂施工；
步骤7：采气生产。
其中：在步骤2中，一开采用Φ311.15mm钻头钻至基岩面以下20m，下入Φ244.5mm的直井表层套管，固井水泥浆返至地面；二开先采用Φ215.9mm钻头钻至煤层以下60米结束，下入Φ177.8mm的直井生产套管(煤层段下入玻璃钢套管)，固井水泥浆返至地面。
其中：在步骤3中，所述水平井三开井身结构的施工包含：水平井一开采用Φ444.5mm钻头钻至基岩面以下20m，下入Φ339.7mm的水平井表层套管、固井候凝，水泥浆返至地面；二开先采用Φ215.9mm钻头钻至着陆点，然后再用Φ311.15mm导向扩孔钻头扩孔至二开着陆点，下入Φ244.5mm水平井技术套管后固井候凝，水泥浆返至地面；三开水平段采用Φ215.9mm钻头钻至设计井深，并与排采直井连通后完钻，下入Φ139.7mm的完井管柱至对接点。
其中，在步骤5中，管外封隔器为遇水自膨胀封隔器，型号为Y/SZF-140，遇水膨胀橡胶最大膨胀倍率＞600％，封压性能：10MPa/m，膨胀时间：5-30天可调，在每两个压裂段之间各连接一个管外封隔器，封隔器连接套管一次性下入水平井，封堵套管外环空，减少煤粉和压力对已压裂段造成影响，提高完井效果。
其中：在步骤6中，水平井射孔压裂施工时，采用定向水力喷砂射孔方式对目标段进行射孔，采用油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式，按照大排量、大规模、高前置液比、中砂比的要求对水平井进行段塞式携砂压裂。
其中：所述的油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式，压裂液从油管中注入，经喷嘴喷入煤层，在喷嘴出口区域由于射流速度的增加，压力能转化为动能，动能增加，压力能降低，此时在喷嘴出口区域能形成一个相对低压区域；当射流进行煤层以后，沿着射流方向，由于阻力的作用，此时射流速度迅速降低，动能转化为压力能，动能降低，压力能增加，在煤层射孔孔道内能形成一个增压区域；因此，油套环空中的压裂液在射流的卷吸作用下进入煤层，在低于煤层破裂压力的条件下能够起裂，起到定点压裂和管外防窜流作用，实现大排量压裂施工目的。
其中：所述定向水力喷砂射孔中射孔施工排量为2.4m3/min，按照水平180°进行定向射孔，采用清水作为喷射液体，选择40-70目的石英砂作为射孔磨料，石英砂的砂比为5％-7％。
其中，所述的段塞式携砂压裂工艺，即采用段塞+中顶+段塞的不连续加砂模式，压裂施工时先注入一定量的携砂液，然后注入一定量的活性水，其后再注入一定量的携砂液，在整个压裂过程中反复按照以上过程进行施工。
其中：在步骤7的采气生产时，采用气/水分开同步生产模式，在排采直井井口内安装排水设备进行排水作业，在水平井井口安装采气设备进行采气生产。
通过上述结构可知，本发明的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法具有如下效果：
1、能克服水泥固井对煤储层的污染、提高无固井水平井的压裂改造效果和排水采气效果；
2、降低煤层气水平井的开发成本；提高碎软煤层的煤层气水平井抽采效率，实现大范围、快速降低煤层气含量，促进煤与煤层气协调开发的目的；
3、储层污染低、压裂改造效果好、排水采气效果好、单井产气量高、生产运行成本低等特点，而且能够实现大范围、快速降低碎软煤层的气含量，提高煤层气水平井抽采效果的特点。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法的结构示意图。
附图标记：
1-水平井表层套管；2-水平井技术套管；3-射孔压裂段；4-煤层；5-管外封隔器坐封段；6-水平井生产套管；7-水平井与直井对接点；8-直井生产套管；9-直井表层套管；10-直井排水井口；11-水平井产气井口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
参见图1，显示了本发明的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，用于在碎软低渗煤层进行煤层气水平井开发。
所述非固井套管完井煤层气水平井抽采方法包括如下步骤：
步骤1：确定水平井位置，依据煤层底板等高线来确定煤层的倾向，并依据水力压裂裂缝监测结果确定最小主应力方向，同时按照水平井眼轨迹沿煤层的倾向和平行于煤层最小主应力方向设计水平井的水平段位置，优化为把水平井位置部署在构造高部位，排采直井位置部署在构造低部位。
步骤2：排采直井钻入，所述排采直井可采用两开的井身结构，一开采用Φ311.15mm钻头钻至基岩面以下20m，下入Φ244.5mm的直井表层套管9，固井水泥浆返至地面；二开先采用Φ215.9mm钻头钻至煤层4以下60米结束，下入Φ177.8mm的直井生产套管8(煤层段采用玻璃钢套管连接)，固井水泥浆返至地面；然后在煤层4的位置扩孔出一个半径为0.5m的洞穴作为水平井与直井对接点7，便于水平井顺利对接。可选的是，所述排采直井的顶部可设有直井排水井口10，所述排采直井钻至煤层4以下60米结束，其作用在于后期的排水作业。
步骤3：水平井钻入，所述水平井采用三开井身结构以形成垂直段和水平段，所述垂直段和水平段之间通过造斜段过渡，且所述水平段的末端与所述排采直井连通，在钻入过程中采用随钻测井技术，获取方向伽马和井径参数，依据煤层与岩层的伽马值差异，实时调整控制水平井井眼轨迹位于目标煤层段的中部，并掌握水平井的井径扩大率参数。
步骤4：水平段内参数优化，在水平井完钻后，可依据煤储层物性参数和水平井井眼轨迹参数，研究分段压裂的段间距和压裂段数对水平井稳产时间、产气量、采收率等效果的影响，同时结合经济效果评价，以获得水平井最佳开发经济效益，实现对段间距和压裂段数的优化。再结合水平段的方向伽马、井径扩大率、气测录井和套管下入参数，选择井径扩大率较小、且变化均匀的目标段作为管外封隔器坐封段；选择井径扩大率小于30％和气测录井气显示大的水平段以及避开套管接箍段作为射孔压裂目标段，实现对水平井管外封隔器坐封段和射孔、压裂段进行优化。
步骤5：下入完井管柱，按照优化的封隔器坐封段，依次连接套管和封隔器下入水平井，把管外封隔器下入到设计指定的坐封段位置，并采用不固井的方式进行完井。
步骤6：水平段的射孔压裂施工，在图中所示的多个射孔压裂段3中，采用定向水力喷砂射孔方式进行射孔施工，射孔施工结束后采用油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式对射孔段进行压裂施工；重复以上过程，逐段进行射孔压裂施工，直至完成全井段压裂施工。
步骤7：采气生产，在压裂施工结束以后，采用气/水分开同步生产模式，在排采直井井口10内安装排水设备进行排水作业，在水平井井口11安装采气设备进行采气生产。按照单相水产出、气水两相混合产出和单相气产出三个阶段，将排采制度进一步划分为六个步骤进行有针对性的管理，即试抽阶段、排水降压阶段、临界产气阶段、气量快速增加阶段、稳定产气阶段和气量衰减阶段，实现对煤层气井科学化、精细化排采管理。
由此，本申请在碎软低渗煤层进行煤层气水平井开发时，将水平井的水平段按照沿煤层下倾方向和平行于煤层最小主应力方向在煤层中进行钻进，水平井采用三开井身结构，采用下套管+管外封隔器、不固井的方式进行完井。
其中，所述水平井中水平段的轨迹，沿煤层下倾方向进行延伸，排采直井的底部位于煤层深部，水平井的水平段位于煤层浅部，排采时能提高整个煤层水平段的降压面积，提高排水采气效果；平行于煤层最小主应力方向，能使水平井压裂产生的裂缝垂直于水平井井筒，提高水平井的压裂改造体积，提高压裂改造效果。
其中，所述水平井三开井身结构的施工工序包含：水平井一开采用Φ444.5mm钻头钻至基岩面以下20m，下入Φ339.7mm的水平井表层套管1、固井候凝，水泥浆返至地面；二开先采用Φ215.9mm钻头钻至着陆点(着陆点位置根据导眼孔实钻情况确定)，然后再用Φ311.15mm导向扩孔钻头扩孔至二开着陆点，下入Φ244.5mm水平井技术套管2后固井候凝，水泥浆返至地面；三开水平段采用Φ215.9mm钻头钻至设计井深，并与排采直井连通后完钻，下入Φ139.7mm的完井管柱(水平井生产套管6和+封隔器5)至对接点，不固井。
其中，所述水平井钻进时，采用随钻测井技术，获取方向伽马和井径参数，依据煤层与岩层的伽马值差异，实时调整控制水平井井眼轨迹位于目标煤层段的中部，并掌握水平井的井径扩大率参数。所述水平井完钻后，依据煤储层物性参数和水平井井眼轨迹参数，采用产能数值模拟软件，研究分段压裂的段间距和压裂段数对水平井稳产时间、产气量、采收率等效果的影响，同时结合经济效果评价，以获得水平井最佳开发经济效益，实现对段间距和压裂段数的优化。再结合水平段的方向伽马、井径扩大率、气测录井和套管下入参数，选择井径扩大率较小、且变化均匀的目标段作为管外封隔器坐封段；选择井径扩大率小于30％和气测录井气显示大的水平段以及避开套管接箍段作为射孔压裂目标段，井径扩大率低的层段能提高封隔器的封隔效果和水力喷射压裂的改造效果，气显示大的层段能提高水平井的抽采效果，避开套管接箍位置能减少水力压裂对套管的损伤；同时依据所确定的压裂段数和均匀改造的目标对管外封隔器坐封段和射孔、压裂段进行优化，满足对煤层气水平井进行整体改造目标。
其中，所述水平井生产套管采用钢级为N80的
套管，所述封隔器5为遇水自膨胀封隔器Y/SZF-140，鉴于水平井固井时水泥环与煤层的胶结强度差，致使固井质量不合格，而且还存在水泥浆污染煤层等问题，采用下套管不固井的完井方式；同时采用遇水自膨胀式封隔器封堵套管外空间，其中的遇水膨胀橡胶最大膨胀倍率＞600％，封压性能：10MPa/m，膨胀时间：5-30天可调。自膨胀式封隔器膨胀率高、膨胀效果好、能够有效封堵环空，减少煤粉和压力对已压裂段造成影响，提高完井效果。依据水平井的压裂段数和所选择的坐封位置，在每两个压裂段之间各连接一个管外封隔器，封隔器连接套管一次性下入水平井。
其中，水平井射孔压裂施工时，采用定向水力喷砂射孔方式对目标段进行射孔，采用油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式，按照大排量、大规模、高前置液比、中砂比的要求对水平井进行段塞式携砂压裂。
由此，水力喷砂射孔施工压力较低，不会对无固井的套管产生破坏；水力喷砂射孔孔径较大，有利于大排量压裂；而且不会对储层产生压实作用，具有降低破裂压力功能，储层更容易压开。
所述的油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式，根据伯努利方程原理：
压裂液从油管中注入，经喷嘴喷入煤层，在喷嘴出口区域由于射流速度的增加，压力能转化为动能，动能增加，压力能降低，此时在喷嘴出口区域能形成一个相对低压区域；当射流进行煤层以后，沿着射流方向，由于阻力的作用，此时射流速度迅速降低，动能转化为压力能，动能降低，压力能增加，在煤层射孔孔道内能形成一个增压区域；因此，油套环空中的压裂液在射流的卷吸作用下进入煤层，在低于煤层破裂压力的条件下能够起裂，水力喷射与管外自膨胀封隔器联合，能起到定点压裂和防管外窜流目的，阻止压裂液进入已压裂段，减少对已压裂段的干扰和伤害。同时支撑剂也全部从环空中进行携带，环空与油管中的压裂液联合进入煤层，提高压裂施工排量和携砂效率。
所述定方位水力喷砂射孔中射孔施工排量为2.4m3/min，按照水平180°进行定向射孔，鉴于无固井的影响，防止压后因重力和地应力的作用，造成近井地带的煤粉和石英砂反吐井筒，堵塞孔眼通道，同时为了降低裂缝延伸高度，提高裂缝的延伸长度，采用相位角为水平180°定向射孔方式。采用清水作为喷射液体，选择40-70目(850～425μm)的石英砂作为射孔磨料，石英砂的砂比为5％-7％，起到降低施工成本和提高施工排量作用。
所述的大排量、大规模、高前置液比、中砂比的压裂工艺技术，在不引起工程风险和保证顺利施工的条件下，适当加大压裂规模，水平井压裂施工注入排量控制在8-9m3/min，每个压裂段加砂规模控制在8～10m3/m，每个压裂段的前置液占比高于40％，平均砂比控制在12％～15％之间，提高裂缝的造缝效果和支撑效果。
所述的段塞式携砂压裂工艺，即采用段塞+中顶+段塞的不连续加砂模式，压裂施工时先注入一定量的携砂液，然后停止加支撑剂、注入一定量的活性水，其后再恢复支撑剂加入、注入一定量的携砂液，在整个压裂过程中反复进行以上过程，减少压裂施工过程中砂堵的发生、提高施工成功率，同时也能增加裂缝复杂程度、实现缝网压裂，提高压裂改造效果。
所述的活性水携砂压裂工艺技术，在压裂过程中，通过与地层水的配伍性试验，添加适当的添加剂调整压裂液的性能，根据货源广、价格便宜的原则采用活性水压裂液，配方为：清水+KCL+助排剂+杀菌剂，KCL、助排剂和杀菌剂视具体煤层特征，通过室内实验优化确定，KCL能抑制煤层中的粘土矿物膨胀，防止煤层水敏现象的发生，助排剂能提高压裂液返排效果，降低压裂液在煤层微孔隙中的滞留，杀菌剂能抑制细菌在地层中繁殖，避免细菌堵塞的发生，上述压裂液配方的最终目标是降低对煤储层的伤害，提高压裂改造效果；考虑压裂成本和支撑效果及水平井活性水携砂特征等因素，选择20/40目(850～425μm)中砂(石英砂)和16/20目(1180～850μm)粗砂(覆膜砂)作为复合支撑介质，在压裂开始阶段注入小粒径的支撑剂，有利于支撑剂在裂缝中输送的更远，便于形成长的支撑裂缝，在压裂的后阶段采用大粒径的覆膜砂(真密度2.0g/cm3，小于石英砂2.6g/cm3)，覆膜砂的密度低、圆球度高的特征，能够降低水平井沉砂风险，提高裂缝末端的导流能力，提高裂缝的支撑效果。中砂和粗砂的比例在实际压裂中，根据水平段长度，在不引起工程风险和保证环空顺利加砂的条件下，可适当调整比例。
所述的气/水分井同步生产模式，旨在采用排水作业和采气作业分开进行，减少气、水同井生产的干扰；即在排采直井安装排水设备(射流泵、螺杆泵、电潜泵等)进行排水作业，在水平井进行采气生产。鉴于水平井眼轨迹沿煤层下倾方向，在相同的解吸压力的条件下，水平井先产气，产气段逐步向直井推进，能够克服气体向直井运移过程中的阻力，减少气体携带的煤粉和产气对排采设备运转的影响，提高排水采气效果。
所述的“三段六步法”精细化排水采气制度，基于碎软低渗煤层的储层特征，为了更好的控制排采速度、保护煤储层，采用“三段六步法”精细排采管理制度，按照气/水产出阶段不同将排水采气制度划分为单相水产出、气水两相混合产出和单相气产出三个阶段，同时根据每个阶段的排采特点与管理要求，依据井底流压、产水速度、产气速度和煤粉产出等变化情况，将排采制度进一步划分为六个步骤进行有针对性的管理，即试抽阶段、排水降压阶段、临界产气阶段、气量快速增加阶段、稳定产气阶段和气量衰减阶段，实现对煤层气井科学化、精细化排采管理，以实现“连续、稳定、缓慢、高效”的排水采气目标。
为了解决碎软低渗煤层中无固井水平井压裂改造和排水采气效果差、煤层气抽采效率低等问题，本发明在进行煤层气水平井开发时，采用U型对接井，将水平井的水平段按照沿煤层下倾方向和平行于煤层最小主应力方向进行部署，水平井采用下套管+管外自膨胀封隔器、不固井的方式进行完井；依据煤储层和水平井参数，结合经济效果评价，优化水平井压裂的段间距和压裂段数，再结合水平段的方向伽马、井径扩大率、气测录井和套管下入参数，对水平井管外封隔器坐封段和射孔、压裂段进行优化；采用大排量、定方位水力喷砂射孔方式进行射孔施工，按照油管(喷射)+环空(加砂)联合注入的方式，采用大排量、大规模、高前置液比、中砂比的工艺对水平井逐段进行段塞式携砂压裂施工；最后采用气/水分井同步生产模式，在排采直井进行排水作业，在水平井进行采气生产，采用“三段六步法”生产制度对煤层气水平井进行精细化排水采气管理。本发明能提高非固井套管完井水平井的压裂改造效果和排水采气效果，实现大范围、快速降低碎软低渗煤层的煤层气含量，达到对煤层气强化抽采的目的。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (6)
1.一种非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：确定水平井位置，依据煤层底板等高线来确定煤层的倾向，并依据水力压裂裂缝监测结果确定最小主应力方向，同时按照水平井眼轨迹沿煤层的倾向和平行于煤层最小主应力方向设计水平井的水平段位置；
步骤2：排采直井钻入，所述排采直井采用两开的井身结构，煤层段下入玻璃钢套管完井，在煤层的位置扩孔出一个半径为0.5m的洞穴作为水平井与排采直井对接点，一开采用Φ311.15mm钻头钻至基岩面以下20m，下入Φ244.5mm的排采直井表层套管，固井水泥浆返至地面；
步骤3：水平井钻入，所述水平井采用三开井身结构以形成垂直段和水平段，所述垂直段和水平段之间通过造斜段过渡，且所述水平段的末端与所述排采直井连通，在钻入过程获取方向伽马和井径参数，依据煤层与岩层的伽马值差异，实时调整控制水平井井眼轨迹位于目标煤层段的中部，并掌握水平井的井径扩大率参数；
步骤4：水平段内参数优化，在水平井完钻后，选择井径扩大率较小、且变化均匀的目标段作为管外封隔器坐封段；选择井径扩大率小于30％和气测录井气显示大的水平段以及避开套管接箍段作为射孔压裂目标段，实现对水平井管外封隔器坐封段和射孔、压裂段进行优化；
步骤5：下入完井管柱，按照优化的封隔器坐封段，依次连接套管和封隔器下入水平井，把管外封隔器下入到设计指定的坐封段位置，并采用不固井的方式进行完井，管外封隔器为遇水自膨胀封隔器，型号为Y/SZF-140，遇水膨胀橡胶最大膨胀倍率＞600％，封压性能：10MPa/m，膨胀时间：5-30天可调；
步骤6：水平段的射孔压裂施工，采用定向水力喷砂射孔方式对目标段进行射孔，射孔施工结束后采用油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式，按照大排量、大规模、高前置液比、中砂比的要求对水平井进行段塞式携砂压裂工艺，对射孔段进行压裂施工，重复以上过程，逐段进行射孔压裂施工，直至完成全井段压裂施工，所述定向水力喷砂射孔中射孔施工排量为2.4m3/min，按照水平180°进行定向射孔，采用清水作为喷射液体，选择40-70目的石英砂作为射孔磨料，石英砂的砂比为5％-7％，所述段塞式携砂压裂工艺，即采用段塞+中顶+段塞的不连续加砂模式，压裂施工时先注入一定量的携砂液，然后注入一定量的活性水，其后再注入一定量的携砂液，在整个射孔压裂施工的逐段压裂过程中反复按照段塞式携砂压裂工艺的过程进行施工；
步骤7：采气生产。
2.如权利要求1所述的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于：在步骤2中，二开先采用Φ215.9mm钻头钻至煤层以下60米结束，下入Φ177.8mm的排采直井生产套管，固井水泥浆返至地面。
3.如权利要求1所述的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于：在步骤3中，所述水平井三开井身结构的施工包含：水平井一开采用Φ444.5mm钻头钻至基岩面以下20m，下入Φ339.7mm的水平井表层套管、固井候凝，水泥浆返至地面；二开先采用Φ215.9mm钻头钻至着陆点，然后再用Φ311.15mm导向扩孔钻头扩孔至二开着陆点，下入Φ244.5mm水平井技术套管后固井候凝，水泥浆返至地面；三开水平段采用Φ215.9mm钻头钻至设计井深，并与排采直井连通后完钻，下入Φ139.7mm的完井管柱至对接点。
4.如权利要求1所述的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于：在步骤5中，在每两个压裂段之间各连接一个管外封隔器，封隔器连接套管一次性下入水平井，封堵套管外环空，减少煤粉和压力对已压裂段造成影响，提高完井效果。
5.如权利要求1所述的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于：所述的油管喷射和油套环空加砂联合注入的方式，压裂液从油管中注入，经喷嘴喷入煤层，在喷嘴出口区域由于射流速度的增加，压力能转化为动能，动能增加，压力能降低，此时在喷嘴出口区域能形成一个相对低压区域；当射流进行煤层以后，沿着射流方向，由于阻力的作用，此时射流速度迅速降低，动能转化为压力能，动能降低，压力能增加，在煤层射孔孔道内能形成一个增压区域；因此，油套环空中的压裂液在射流的卷吸作用下进入煤层，在低于煤层破裂压力的条件下能够起裂，起到定点压裂和管外防窜流作用，实现大排量压裂施工目的。
6.如权利要求1所述的非固井套管完井煤层气水平井抽采方法，其特征在于：在步骤7的采气生产时，采用气/水分开同步生产模式，在排采直井井口内安装排水设备进行排水作业，在水平井井口安装采气设备进行采气生产。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710764015.9A CN107387034B (zh) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 非固井套管完井煤层气水平井抽采方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710764015.9A CN107387034B (zh) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 非固井套管完井煤层气水平井抽采方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107387034A CN107387034A (zh) | 2017-11-24 |
| CN107387034B true CN107387034B (zh) | 2020-06-09 |
Family
ID=60348712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710764015.9A Active CN107387034B (zh) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 非固井套管完井煤层气水平井抽采方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107387034B (zh) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110242209A (zh) * | 2018-03-09 | 2019-09-17 | 中国石油天然气股份有限公司 | 采油井的钻井方法 |
| CN108868740B (zh) * | 2018-04-28 | 2021-09-14 | 中国矿业大学 | 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验方法 |
| CN108798516B (zh) * | 2018-04-28 | 2020-08-04 | 中国矿业大学 | 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采方法 |
| CN108661604B (zh) * | 2018-05-30 | 2020-06-16 | 北京方圆天地油气技术有限责任公司 | 一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法 |
| CN108661697A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-16 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 地面辅助井下长钻孔瓦斯强化抽采方法 |
| CN110318674B (zh) * | 2019-06-13 | 2020-10-23 | 太原理工大学 | 一种巷道顶板致裂防突的方法 |
| CN110397428B (zh) * | 2019-08-14 | 2021-09-10 | 中国矿业大学 | 一种直井与u型对接井联合开采煤层气的驱替煤层气增产方法 |
| CN112780248B (zh) * | 2019-11-04 | 2022-08-05 | 中国石油天然气股份有限公司 | 煤层气水平井及其施工方法 |
| CN113123771A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 中国石油天然气股份有限公司 | 煤层气丛式井的压裂方法 |
| CN112431579B (zh) * | 2020-08-11 | 2022-11-04 | 中国石油天然气股份有限公司 | 侧钻井和小井眼井用预置小直径管管内压裂装置及方法 |
| CN112303942B (zh) * | 2020-09-23 | 2021-11-23 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种干热岩非压裂对接井取热装置 |
| CN112253070B (zh) * | 2020-10-10 | 2023-08-15 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 厚煤层顶底部联动水平井分段造缝洗煤消突方法 |
| CN112145131A (zh) * | 2020-10-12 | 2020-12-29 | 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 | 倾斜煤层采空区煤层气井抽采方法 |
| CN112302578B (zh) * | 2020-10-30 | 2021-10-26 | 中国矿业大学 | 一种水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法 |
| CN112593910B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-11-11 | 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 | 一种破碎低渗煤层煤层气短水平井组高效开采方法 |
| CN112780265B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-05-09 | 中国矿业大学 | 用于碎软煤层水力压裂测试的模拟装置 |
| CN113464121B (zh) * | 2021-05-12 | 2023-08-25 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种随钻方位伽马地质导向钻进轨迹确定方法 |
| CN113107450A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-13 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 软硬交互煤层水平井分段压裂瓦斯超前抽采方法 |
| CN113356824A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-09-07 | 山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司 | 一种多煤层发育区邻近煤层水平井整体开发方法 |
| CN113530497B (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-07 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 转折径向井装置及分段引导水平压裂井煤层气抽采方法 |
| CN114439428B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-08-25 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法 |
| CN114542164B (zh) * | 2022-01-26 | 2024-05-28 | 重庆地质矿产研究院 | 一种深部煤层流态化煤与煤层气共采及co2储集一体化方法 |
| CN116025309A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-04-28 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | 一种地层注液增温提产的煤层气开发方法 |
| CN115749691B (zh) * | 2022-11-25 | 2024-10-18 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | 一种煤层顶板水平井底封拖动分段压裂煤层气抽采方法 |
| CN115982832B (zh) * | 2023-03-16 | 2023-06-09 | 成都信息工程大学 | 一种rtts封隔器井筒内坐封位置分析方法 |
| CN117072134B (zh) * | 2023-10-19 | 2024-02-06 | 中国煤炭地质总局勘查研究总院 | 深部地层水平井大规模体积压裂方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7681639B2 (en) * | 2008-06-17 | 2010-03-23 | Innovative Drilling Technologies LLC | Process to increase the area of microbial stimulation in methane gas recovery in a multi seam coal bed/methane dewatering and depressurizing production system through the use of horizontal or multilateral wells |
| RU2391497C1 (ru) * | 2009-06-09 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Способ разработки месторождения высоковязкой нефти |
| CN102493790A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-06-13 | 北京奥瑞安能源技术开发有限公司 | 一种煤层气增产方法 |
| CN104481495A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-01 | 辽宁石油化工大学 | 煤层气丛式双层多分支水平井及对应排采直井系统的钻井方法 |
| CN105201458A (zh) * | 2015-11-06 | 2015-12-30 | 中国海洋石油总公司 | 一种煤层气水平井玻璃钢筛管完井方法 |
| CN106246104A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种二开水平井施工方法 |
-
2017
- 2017-08-30 CN CN201710764015.9A patent/CN107387034B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7681639B2 (en) * | 2008-06-17 | 2010-03-23 | Innovative Drilling Technologies LLC | Process to increase the area of microbial stimulation in methane gas recovery in a multi seam coal bed/methane dewatering and depressurizing production system through the use of horizontal or multilateral wells |
| RU2391497C1 (ru) * | 2009-06-09 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Способ разработки месторождения высоковязкой нефти |
| CN102493790A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-06-13 | 北京奥瑞安能源技术开发有限公司 | 一种煤层气增产方法 |
| CN104481495A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-01 | 辽宁石油化工大学 | 煤层气丛式双层多分支水平井及对应排采直井系统的钻井方法 |
| CN105201458A (zh) * | 2015-11-06 | 2015-12-30 | 中国海洋石油总公司 | 一种煤层气水平井玻璃钢筛管完井方法 |
| CN106246104A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种二开水平井施工方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 浅谈煤层气水平井水力喷射分段压裂工具的优化与应用;杨立成等;《中国石油和化工标准与质量》;20131231;第428-429页 * |
| 煤层气U型井完井工艺探讨;王立峰等;《河南科技》;20130930;第39-40页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107387034A (zh) | 2017-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107387034B (zh) | 非固井套管完井煤层气水平井抽采方法 | |
| CN110397428B (zh) | 一种直井与u型对接井联合开采煤层气的驱替煤层气增产方法 | |
| CN110344799B (zh) | 一种提高裂缝复杂性的临界砂堵压裂方法 | |
| CN108952655B (zh) | 一种常压页岩气筛管完井水力喷射体积压裂方法 | |
| CN109931045B (zh) | 一种双缝系统的自支撑酸压方法 | |
| CN113738317A (zh) | 一种深部煤层气与干热岩型地热联合开采的方法 | |
| CN111236906B (zh) | 一种常压或深层页岩气主裂缝深部封堵提高裂缝复杂性的方法 | |
| RU2612061C1 (ru) | Способ разработки сланцевых карбонатных нефтяных залежей | |
| CN107780913B (zh) | 一种水平井筒穿越多层的常压页岩气体积压裂方法 | |
| CN103603643A (zh) | 一种煤层气u型井分段压裂开采技术 | |
| CN112253070B (zh) | 厚煤层顶底部联动水平井分段造缝洗煤消突方法 | |
| CN113107450A (zh) | 软硬交互煤层水平井分段压裂瓦斯超前抽采方法 | |
| CN110259421B (zh) | 一种裂缝性的致密油藏注水补充能量方法 | |
| CN110306965A (zh) | 一种用于煤层气低产井区的增产方法 | |
| CN106640018A (zh) | 一种煤层气v型井组开采方法 | |
| RU2612060C1 (ru) | Способ разработки карбонатных сланцевых нефтяных отложений | |
| CN112343560A (zh) | 低渗透储层天然气水合物开采压裂与防砂联作工艺方法 | |
| CN103615226A (zh) | 水力喷射钻孔压裂方法 | |
| CN113605874B (zh) | 一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法 | |
| CN114607318A (zh) | 深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法 | |
| CN112443305B (zh) | 一种通过两次注酸及簇间暂堵促进缝高延伸的水平井压裂方法 | |
| CN112302605B (zh) | 一种页岩气水平井分段重复压裂的方法 | |
| CN114622874B (zh) | 一种煤层气开发井注液态二氧化碳解堵增产的方法 | |
| CN114198077B (zh) | 一种水平井分段压裂提高远井裂缝复杂性的方法及其应用 | |
| CN114183112A (zh) | 一种段内多簇压裂改善裂缝支撑剖面的顶替方法及压裂方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |