第七章-煤层气井增产技术(压裂、洞穴完井等).ppt

1、第一章绪论第二章煤层气储层特征第三章煤层气钻井技术与工程设计第四章煤层气工程管理与质量控制第五章煤层气测井第六章煤层气钻井第七章煤层气增产技术第八章煤层气抽采与生产控制理论与技术第九章煤层气数值模拟，煤层气开发与生产浩，第七章增产技术与增产机理，煤层气裸眼完井技术， 煤层气水力压裂技术、注氮/二氧化碳提高采收率技术、注氮多煤层连续油管压裂技术、煤层气井增产技术、裸眼扩大孔完井水力压裂、第一节裸眼洞穴完井技术，洞穴完井是20世纪80年代发展起来的一种完井技术，其最早的形式是裸眼完井。 直到1977年，阿莫科公司利用裸眼技术完成了卡亨1号井，并发现了强劲的天然气产量，它才

2、有意识地下套管并对裸眼井段进行扩眼。此后，许多公司在圣胡安盆地北部的煤层气中采用了这一技术，人们开始意识到其潜在的优势。1986年，子午线石油公司在圣胡安盆地开始采用类似的裸眼完井技术，使煤炭坍塌，增加了地下洞穴，之后真正发展成为裸眼洞穴完井技术。目前，美国许多作业者已经采用裸眼洞穴完井技术代替煤层水力压裂处理。第一段，裸眼洞穴完井技术，人工将气体、水或气水混合物高速注入井筒，然后立即排放；或者，将喷嘴喷入井中冲刷煤层，在井底形成直径大于井眼的空腔，即物理洞穴。在洞穴建造过程中，洞穴周围产生了大量的拉伸和剪切裂缝，将原有的裂缝系统连成网络，增加了洞穴周围的渗透率。这种能有效提高产量的完井增产技

3、术就是裸眼洞穴完井技术。第一步是形成溶洞区，第二步是形成成型拉伸区，第二步是形成溶洞完井技术，第三步是形成柔性区和溶洞完井技术，第一步是开溶洞完井技术，第一步是开溶洞完井技术，第一步是开溶洞完井技术，增加生产机理，加快注液速度，快速释放压力，使储层在井眼周围形成四个变化带：溶洞、塑性区、拉伸破坏区和最外层柔性区。洞穴完井增产机理：在利用动态造洞技术形成一定规模洞穴的基础上，洞穴周围会形成一些放射状人工裂缝和诱发裂缝，人工放射状裂缝会切断天然裂缝，天然裂缝会重新打开原来封闭的天然裂缝，形成纵横交错的裂缝网络，大大提高井旁渗透率，同时释放应力，从而实现解堵增产的效果。洞穴完井技术，洞穴完井技术，增

4、产机理，(1)实际洞穴是在煤层反复坍塌和煤尘清除过程中形成的。这增加了煤层的暴露面积，同时消除了钻孔过程中煤层的损坏。(2)井筒周围形成一定范围的破碎带(图2-3-8)，使煤层中的一些原始微裂纹相互连通，增加了表面剪切方向上的微裂纹数量。(3)围绕破碎带形成柔性带。由于应力释放，剪切破碎带外会有一定的偏转效应，相当于压力波的冲击效应，从而在煤层中形成一个半径约60m的渗透率增大带，即偏转带。近井地带的空泡带、塑性裂缝和渗透增强带(柔性带)平面图，洞穴完井的优点：洞穴完井技术对煤层伤害小；洞穴完井的增产效果更加明显；建设运营成本低。洞穴完井的缺点：实际上，煤层气洞穴完井的开发技术在三聚只取得了很

5、大的成功洞穴完井技术，洞穴完井技术的适用条件：美国的实践表明，适合洞穴完井的最重要的储层条件是高渗透性和高压力，其次，它还要求煤层厚度适中，煤层顶板稳定，煤的硬度合适。之所以需要高渗透率和高压，主要是因为只有高渗透率和高压才能将雾化气体注入煤层，从而有效地在洞穴周围形成洞穴和有效的放射状人工裂缝。否则，无法形成增产所需的洞穴和放射状裂缝(如河北省唐山煤矿因煤的高硬度导致洞穴完井失败)，或洞穴塌陷严重，洞穴的有效性无法维持(如河南省兴工煤田典型构造煤导致洞穴完井失败)。洞穴完井技术，洞穴完井技术的定量储层条件：裸眼洞穴完井对储层有严格要求。适合该技术的储层渗透率较好，最佳渗透率在20d以上，煤级

6、在高挥发分烟煤A以上，埋深在6001000米以内，储层压力在1.210-2mpa/m以上.在这种情况下，当采用裸眼洞穴法时，渗透率是最关键的因素(煤层本身必须具有发育良好的自然断裂系统)。任何一个煤盆地都必须有一个高渗透储层，而在高渗透储层发育区，必须有一个渗透率好的储层段。寻找这类储层是裸眼完井的关键。洞穴完井技术，洞穴完井技术，钻井结构，裸眼洞穴完井钻井结构，(1)洞穴建造后不下套管，适用于稳定性好的储层，是目前常用的钻井结构。(2)造孔后下套管适用于稳定性差的油藏。(3)侧孔钻进，将现有钻孔偏斜形成侧孔，并在侧孔内完成，以降低钻进成本。(4)如果造孔失败，采用水力压裂法完井。洞穴完井技术

7、、完井效果评价、煤层气井不规则洞穴的声纳测井曲线、裸眼洞穴法完井效果检验等都是通过试井或试生产来实现的。通过对比完井前后试井或试生产获得的渗透率和采出率，可以评价完井增产的成功与否。另外，洞穴的形状和大小可以通过声波测井、洞穴完井技术和实际完井效果来确定，裸眼洞穴完井方法的增产效果非常明显。如美国圣胡安盆地的“FAIRWAY地层”，洞穴完井取得了良好的效果，其产量比水力压裂提高了3-20倍。圣胡安盆地钻了4000多口煤层气井，其中三分之一是由裸眼井完成的，这些井的产气量占整个盆地产量的76%。1988-2000年圣胡安盆地与美国煤层气产量对比图，洞穴完井技术、设备、洞穴完井技术地面设备、洞穴完

8、井技术、设备、洞穴完井技术地下设备、洞穴完井技术、设备、洞穴完井技术整体设备、现场作业、典型井场布置图、洞穴完井技术、现场作业，侧向水力喷射形成的紊流能达到较好的冲刷和清除煤屑的效果，煤层底部造洞能防止煤层下层坍塌和煤屑在井筒下部堆积。水力压裂技术的第二部分，概念，是在煤层气开采过程中增加产量的措施。通过泵将大大超过煤层吸收能力的高粘度流体注入煤层以抑制压力。当超过岩层的地应力和抗拉强度时，在煤层中形成裂缝，并不断注入带支撑剂的携砂液，裂缝延伸并被支撑剂充填。美国煤层气压裂技术的发展，水力压裂，第2章，水力压裂技术，水力压裂增产原理(渗流):(1)降低渗流阻力的形式第二章水力压裂技术、水力压裂

9、增产原理：(1)在钻井、固井和完井过程中，消除井筒附近储层对储层的伤害；(2)裂缝系统之间更有效的沟通(3)加速脱水，提高气体分解率，增加产量(4)井筒附近广泛分布的压降。第二章水力压裂技术，煤储层压裂的特殊性：多煤层在同一井筒中出露，在压裂过程中，较近的煤层一起处理，较远的煤层分开处理，因此应在同一井筒中进行多次压裂。压裂后，储层中存在多种裂缝，如浅煤层中形成的水平裂缝、穿过多个煤层的单个垂直裂缝以及单个煤层中可延伸至短切岩层的复杂裂缝。凝胶对储层损害严重，处理压力异常高，并出现伴生裂缝。水力压裂，造缝机理：裂缝的形状和方向与地应力及其在井底附近地层中的分布、岩石的力学性质、压裂液的渗流性质

10、和注入方式密切相关。压裂过程中井底压力变化曲线，甲类致密岩，乙类微裂缝和高渗透岩，裂缝压力，延伸压力，地层压力和压裂液配方， 活性水：清水2.0%氯化钾0.2%表面活性剂少量杀菌剂线性胶：清水2.0%氯化钾0.2%表面活性剂0.4%增稠剂0.01%氢氧化钠过硫酸铵0.1%低温活化剂交联凝胶：清水2.0%氯化钾0.2%表面活性剂0.4%增稠剂0.01%氢氧化钠过硫酸铵0.1%活化剂硼砂；水力压裂； 抗溶胀性能：活性水(强)线性凝胶交联凝胶清水(弱)表面/界面张力：线性凝胶最大活性水其次是交联凝胶最小携砂能力：交联凝胶(强)线性凝胶活性水(弱)过滤性能：线性凝胶比交联凝胶大一个数量级。 破胶后残留

11、3360线性凝胶(249毫克/升)损伤率低于交联凝胶(294毫克/升)，大大低于石油标准(500毫克/升):交联凝胶(88.02%)线性凝胶(57.18%)活性水吸附速度(11.88%) :最快活性水和最慢交联凝胶为7.77310-6 G2/s 3.723。三种压裂液的性能特征均为水力压裂，其中活性水对储层伤害最小，交联凝胶携砂能力最强。压裂设计和水力压裂，(1)影响射孔数量和类型，(2)影响压裂设计的经济效果和压裂过程中压裂液的滤失，对于凝胶压裂，影响压裂液的破胶，(1)确定裂缝的长度和高度，滤失率为压裂影响裂缝闭合时间-裂缝中支撑剂的分布由小规模压裂决定。向储层注入足够的流体，当裂缝出现时

12、停止注入，记录瞬时关井压力，通过公式计算裂缝梯度。压裂设计的关键是获得最佳长度和宽度，以获得经济极限产气量。压裂液选择的原则是要有一定的造缝和携砂能力，与煤储层有良好的配伍性，并保持裂缝张开，一般为砂。球形度不小于0.7，射孔：102枪，102弹，90螺旋孔，16孔/米射密度，支撑剂类型：石英砂(兰州石英砂或承德石英砂)，粒度：20/40目中砂，16/20目粗砂(尾矿)，压裂技术方案，水力压裂，加砂规模：不小于610 m3/米，橡胶水力砂压裂率为25%。活性水压裂作业排量：6 . 57 . 5 m3/min；胶液：4.5-5.5立方米/分钟。压裂技术方案、水力压裂、压裂作业、水力压裂、压裂作业

13、、水力压裂、水力压裂，考虑到压裂后井口反排可能产生煤尘来填补支撑裂缝。本项目要求不采用裂缝闭合技术。在压裂后井口压力降至零之前，不可能打开井进行反喷并实际勘探井筒的砂面。井网中的所有井都应进行抽水和排水、压裂后管理、压裂效果诊断、煤层气储层裂缝形态、诊断和监测内容：判断裂缝类型(水平裂缝、垂直裂缝、丁字裂缝)、判断裂缝延伸方向、长度和高度、判断支撑裂缝导流能力、判断压裂增产效果、水力压裂裂缝效果诊断、诊断和监测方法：观察、描述和研究倾斜仪(方位)电位法、 裂缝微震法(方位和长度)示踪法和井温测井(高度)压裂后试井(支持裂缝导流能力)生产数据分析(压裂增产效果)、水力压裂裂缝效果诊断、水力压裂裂

14、缝效果诊断、诊断和监测方法：裂缝监测、裂缝高度、裂缝方位和裂缝长度、示踪法、井温测井、裂缝微震监测、高功率充电电位法、M、N、和、和、 当压裂井套管作为电极甲，无限远作为另一个电极乙时，通过压裂井钢套管在井下进行大功率充电时，井周围会形成一个强的人工直流电场。 以压裂井井口为中心，周围布置若干个环形测量网络，充分利用压裂液与地层之间的电位差，采集高精度电场数据，通过精细处理和对比压裂前后的电位变化，推断和解释压裂裂缝的方向和长度。内环半径为40m；中间圆圈为80米；外环120米(误差小于1%)，径向坡度测线夹角15度(误差小于10)。整个观测系统共有72个测点。大功率充电电位监测方法要点，激励

15、采集系统技术指标：usem-24: 48通道；由美国百代公司生产；输入阻抗：20M；噪声：0.5V；分辨率：1.9V；准确度：0.3%。电源系统：200千瓦发电机，输入稳定的方波信号，信号幅度为35A，纹波小于0.5%。(1)求各点的电位差(Vi)供电方式为正方波和负方波，所以分别求各点正方波和负方波的电位差；然后反向叠加，消除地球自然电位对点间电位的影响；最后得出各点的电位差。(2)环中各点切向电位差V的闭合误差通过调节单个环中的电位差获得：V=Vi (i=124)。如果是V0，必须对其进行调整，以平均分布误差。(3)计算各点的电位u，将任意一点设为基点U0，用增量求和法计算第三环各点的电位

16、uiui=u0vi。(4)计算各点的切向电位梯度e，将各点的电位差v除以Mn: e=v/mn。、大功率充电电位监测数据的处理与分析、大功率充电电位监测的异常特征、电位差变化曲线、观测系统平面示意图、电位异常特征水平投影示意图、断裂微震监测原理示意图及平面图由于断裂端地层电位梯度增大，煤矿微震监测的定位原理是3360震源发出的矿井地震波到处传播。4个微震监测站接收到矿井地震波后，计算出震源：的三维位置和时间信息。压裂产生裂缝-微裂缝发出地震波，这是非常微地震和微地震裂缝层析成像。监控井，监控井，监控井，压裂井，压裂井，n，监控井，监控井，压裂井，压裂井。监测井、监测井、监测井、放射性同位素示踪/伽马测井技术、基本原理、放射性同位素释放器、地面泵送、a .第一同位素Karma曲线、b .第二同位素Karma曲线、c .第三同位素Karma曲线(5小时后)、裂缝示踪法监测F001井3号煤层Kar