张集煤矿东一煤采区A工作面地面瓦斯区域治理技术方案PPT课件.ppt

淮南矿业 集团 有限责任公司张集煤矿东一1煤采区2121A工作面地面瓦斯区域治理技术方案 2018年4月27日 2020 3 21 1 汇报提纲 一 项目概况二 采区概况三 井位部署四 钻井工程五 压裂工程六 排采工程 2020 3 21 2 一 项目概况 试验地点 张集煤矿东一1煤采区2121A工作面西段 2020 3 21 3 瓦斯治理总体思路 一 项目概况 在张集煤矿东一1煤采区首采面2121A工作面西段 共实施两组地面煤层气 U 型水平井 每组地面煤层气水平井组包括1口水平对接井和1口排采直井 1组水平井组水平段轨迹控制在1煤层中 另1组水平井组水平段轨迹原则上控制在垂直距离1煤层顶界以上0 5 2m的范围内 为保证钻孔水平段平滑 钻孔距离煤层最大距离不超过7m 水平井钻完井结束后 在水平段进行射孔和分段压裂工程施工 对煤储层进行改造 在垂直井安装排采设备 采用螺杆泵排水和油套环空产气的方式对1煤层进行抽采 2020 3 21 4 项目内容及主要技术要求 1 两组地面水平井组 第一组钻井水平段轨迹布置在2121A工作面轨道顺槽南侧30m 第二组钻井水平段轨迹布置在2121A工作面运输顺槽北侧30m 2 水平段分别位于1煤层和1煤层顶板0 5 2m范围 3 水平段长度不小于1000m 4 水平段实际水平轨迹与设计相差不超过2m 5 分段射孔压裂 段长不大于80m 压裂半径不小于80m 6 单井平均瓦斯抽采量不低于4000m3 d 且维持时间不低于2年 一 项目概况 2020 3 21 5 地层总体呈向东南倾斜的单斜构造 发育次一级的由宽缓褶曲 煤层形态呈波状起伏 煤层走向变化较大 煤层倾角介于2 9 之间 平均倾角为5 二 采区概况 东一上采区1煤底板等高线 东一采区构造 1 地质概况 2020 3 21 6 二 采区概况 东一上采区1煤工作面规划图 东一1煤采区上方存在大量13 1煤和11 2煤采空区 少量8煤采空区 采掘综合平面图 采掘活动 2 工作面概况 2020 3 21 7 二 采区概况 2 工作面概况 施工区域 工作面 2121A工作面长3309m 面宽240 4m 包含两个顺槽 工作面煤层底板标高 670m 810m 地面标高 24m 产状西高东低 自切眼方向东倾角 2 6 地面多为塌陷区形成的水域 少量地点具备施工条件 施工区域 2121A工作面西段 东西长约1000m 施工地点 张北矿东门铁路堤坝 2020 3 21 8 煤层发育特征1煤层厚度2 81 9 89m 平均为8 0m 上距4 2煤层56 9 81 3m 平均72 7m 结构简单 复杂 以粉末状和块状为主 少量片状 属半暗煤 半亮煤 瓦斯压力与含量东一1煤采区 850m标高实测最大瓦斯压力1 7MPa 瓦斯含量8m3 t 残存瓦斯含量1m3 t 坚固性系数1煤的坚固性系数0 75 1 4 二 采区概况 3 目标煤层 目标煤层特征 2020 3 21 9 地面施工区域 地点A 张北矿东门 水平井 地点B 铁路堤坝 排采直井 三 井位部署 井位部署图 ZJ01水平井组 轨道顺槽南侧30m 水平段位于1煤层顶板中 段长1030m ZJ02水平井组 运输顺槽北侧30m 水平段位于1煤层中 段长1100m U型井组 井位部署 2020 3 21 10 三 井位部署 ZJ01井组剖面图 采空区 井位部署 13 1 8 2020 3 21 11 三 井位部署 ZJ02井组剖面图 采空区 井位部署 13 1 8 2020 3 21 12 1 排采直井井身结构 一开采用 444 5mm钻头钻至基岩30m 下入 339 7mm表层套管 注水泥固井 水泥浆返至地面 二开采用 311 15mm钻头钻过8煤采空区30m 下入 244 5mm技术套管后注水泥固井 水泥浆返至距离地面200m 三开采用 215 9mm钻头钻至1煤底板以下60m完钻 下入 177 8mm生产套管后进行固井 水泥浆返至11煤采空区 四 钻井工程 三开井身结构 2020 3 21 13 2 水平井井身结构 四 钻井工程 一开采用 444 5mm钻头钻至基岩以下30m完整岩石 下入 339 7mm表层套管 注水泥固井 水泥浆返至地面 二开采用 311 15mm钻头钻至着陆点 下入 244 5mm技术套管后注水泥固井 水泥浆返至距地面200m 三开水平段采用 215 9mm钻头钻至设计井深完钻 下入 139 7mm生产套管 ZJ01 H井注水泥固井 水泥浆返至距地面300m ZJ02 H三开不固井 ZJ01 H三开固井 水泥浆返至距地面300m位置 三开井身结构 2020 3 21 14 3 ZJ01井井身结构图 四 钻井工程 2020 3 21 15 4 ZJ02井井身结构图 四 钻井工程 2020 3 21 16 四 钻井工程 1 录井 钻探过程中要求严格按照有关标准和设计进行录井作业 具体包括 钻时录井 岩屑录井 钻井液录井 简易水文观测 气测录井 工程参数录井 特殊作业录井等 2 绳索取心 气含量测试分析 和注入压降试井 渗透性 储层压力和地应力 3 测井 中途 标准 综合 交叉偶极子声波测井 测地应力大小和方向 和声波测井 固井质量 4 固井 表层套管固井 技术套管固井和生产套管固井 ZJ02 H煤层中钻进三开不固井 3 其他 2020 3 21 17 1 压裂方式选择 1 针对水平段选择在1煤层中施工的ZJ02 H水平井 由于水平井采用套管非固井完井方式 为了防止压裂液窜流 确保对1煤层成功进行分段压裂施工 压裂方式选择采用连续油管带底封拖动水力喷射分段压裂技术 图1 2 针对水平段选择在1煤层顶板0 5 2m中施工的ZJ01 H水平井 由于水平井采用套管固井完井方式 为了保证煤层气大排量压裂施工需求 压裂方式选择采用水平井快速可钻桥塞分段压裂技术 图2 图1水力喷射分段压裂示意图 图2水平井快速可钻桥塞分段压裂示意图 五 压裂工程 2020 3 21 18 1 射孔方式 射孔方式 采用连续油管带底封拖动水力喷砂射孔方式 前期射孔压裂联作进行射孔13次 为了保证水平井井眼与煤层充分沟通 压裂结束以后在每两个射孔段之间进行补射射孔12段 共射孔25段 连续油管带底封拖动水力喷砂射孔示意图 五 压裂工程 2 ZJ02 H煤层中水平井压裂方案 2020 3 21 19 2 分段压裂方式 分段压裂方式 ZJ02 H井设计水平段长度为1100m 段间距在80m左右 分13段采用连续油管带底封拖动水力喷射分段压裂技术进行分段压裂施工 压裂采用油套同注 环空加砂方式 水力喷射分段压裂技术特点 1 适用于套管固井或非固井完井方式 2 封隔器可多次拖动 分层压裂段数不受限制 施工规模不受限制 可满足大排量施工要求 3 连续油管拖动 封隔器重复坐封 可在带压情况下实现多段连续压裂施工 压后同时放喷 可有效缩短压裂作业周期 连续油管带底封拖动水力喷射分段压裂工艺示意图 五 压裂工程 2 ZJ02 H煤层中水平井压裂方案 2020 3 21 20 2 ZJ02 H煤层中水平井压裂方案 3 封隔方式 采用水力喷砂射孔压裂联作施工 选用连续油管带底封拖动封隔器进行底部封隔 井下管柱组合 自下而上 导引头 筛管 单流阀 下扶正器 水力锚 封隔器 喷枪 上扶正器 1根油管 液压丢手 连续油管 五 压裂工程 水力喷射喷嘴和底封封隔器 2020 3 21 21 射孔方式 ZJ01 H井钻孔井眼轨迹位于1煤顶界以上0 5 2 0m范围内 采用电缆泵送桥塞 射孔联作方式进行垂直向下定向射孔 射孔技术要求 1 选择95型的复合射孔枪 配备102型超深穿透射孔弹 2 射孔后取出的射孔器材上检查的射孔弹发射率要求不低于95 3 所有射孔枪的孔眼必须排在一条直线上 否则都将重新定向补孔或射孔 4 射孔位置距离1号煤层顶部较近 固井质量好 避开套管接箍的位置 电缆泵送桥塞 射孔联作井下工具示意图 水平井垂直向下定向射孔示意图 ZJ01 H井定向射孔技术参数一览表 1 射孔方式 五 压裂工程 3 ZJ01 H顶板水平井压裂方案 2020 3 21 22 分段压裂方式 ZJ01 H井设计水平段长度为1030m 段间距在80m左右 分13段采用水平井快速可钻桥塞分段压裂技术进行分段压裂施工 桥塞坐封13次 水平井快速可钻桥塞分段压裂技术特点 1 适用于套管固井完井方式 2 施工作业简单 封隔性好 改造层段精确以及压后可快速钻磨 3 分层压裂段数不受限制 施工规模不受限制 可满足煤层气井大排量施工要求 4 可实现多段连续压裂施工 压后同时放喷 有效缩短压裂作业周期 2 分段压裂方式 ZJ02 H井快速可钻桥塞分段压裂工艺示意图 五 压裂工程 3 ZJ01 H顶板水平井压裂方案 2020 3 21 23 封隔方式 采用51 2 的快速可钻式压裂桥塞 采用电缆泵送桥塞 点火坐封的方式实现封隔 桥塞坐封位置的技术要求 1 第一段采用无通道式桥塞 封隔水平井眼与直井联通处 后面8段采用球笼式桥塞 2 避开套管节箍 距离套管节箍2m以上 3 距离上段射孔井段大于20m 4 固井质量好的井段 3 封隔方式 水平井快速可钻式压裂桥塞结构示意图 水平井快速可钻式压裂桥塞基础数据表 五 压裂工程 3 ZJ01 H顶板水平井压裂方案 2020 3 21 24 压裂液 活性水压裂液 清水 1 0 KCl 0 05 杀菌剂 支撑剂 石英砂 中砂 20 40目 和粗砂 16 20目 比例3 1 压裂施工参数 加砂强度8 10m3 m 施工排量8 10m3 min 平均砂比11 13 前置液比为30 40 左右 最高施工限压为45MPa 测试压裂 选取2 3个压裂段在压裂施工前进行小型测试压裂施工 压裂效果监测 微地震裂缝监测方法对其中2个压裂井段实施压裂裂缝长度和方位监测 压裂工艺流程 通井 洗井 刮削射孔 坐封桥塞 压裂施工准备测试压裂压裂施工压裂裂缝监测压后管理 4 压裂施工工艺 五 压裂工程 2020 3 21 25 ZJ01 V和ZJ02 V井采用螺杆泵抽采系统对目标煤层进行排采 1 采用一次下泵方式 泵吸入口深度为水平对接段以下5 10m 2 分阶段精细化调整排采强度 3 利用井下压力监测系统监测井底压力 利用智能排采系统对各排采参数进行实时采集 4 排采24个月