煤层气专业论文Word文件下载.docx

1、、2、1勘探开发理论42、2。2煤层气开发技术43、国内煤层气开发利用现状及主要技术分类、国内煤层气资源分布情况53、国内煤层气开发利用现状 7、煤层气钻井完井技术浅谈74、煤层气井钻井完井的特别性、。煤层造穴技术 9、2、2井眼轨迹控制技术94、2。水平井与洞穴井连通技术10多分支水平井技术0。5充气欠平衡钻井技术 10、煤层绳索取心技术117煤层气防塌技术 14、2、8煤储层保护技术114、3煤层气井完井技术14、3。1煤层气固井储层保护技术124。、2防腐蚀固井技术1结 论14参考文献151、世界煤层气资源分布我国是世界第一煤炭生产大国,同时我国的煤层气资源也十分丰富。依照国际能源署（I

2、EA）的统计资料和我过煤层气资源评价结果,全球煤层气资源量估计超过20,0分布在12个主要产煤国,其中俄罗斯,加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资源量均超过10。经评价测定,我国在深埋300-0范围内煤层气资源量为3、4,与我国陆上天然气资源量相当,位居世界第三位。因此,如何更好地研究煤层气开采钻井应用技术,关于促进我国能源转型,提高我国整体资源运用效率和环保质量均有重要的意义、2、国外煤层气开发利用现状及技术理论2、1国外煤层气开发利用现状美国、加拿大和澳大利亚等国煤层气勘探开发比较活跃,其中美国是世界上煤层气商业化开发最为成功、产量最高的国家、1、1美国美国煤层气总资源量2万亿、全美含煤

3、盆地大约有1个,已有3个进行了资源评价。依照地质理论,这个盆地可分为东部大盆地和西部大盆地两类。西部大盆地拥有美国煤层气资源的0以上。东部大盆地的煤层气主要分布在上石炭统宾夕法尼亚系的多层薄煤层中,煤层稳定,埋藏较浅,以高挥发分烟煤为主,煤层呈常压或低压状态,煤层气含量和煤层渗透率均较高,以黑劳士盆地为代表;西部大盆地的煤层气主要分布在白垩系早第三系煤层中,煤层厚度较大,但变化大,煤阶较低,埋深几百至三千米以上,煤层气含量较高,煤层渗透率高,煤层压力从低压到超压,以圣胡安盆地为代表。美国煤层气工业起步于0世纪70年代,在8年代初,美国通过采煤前预抽和采空区井抽放回收煤层气,并开始进行地面开采煤

4、层气试验,1997年其产量达320亿立方米,基本形成产业化规模。美国利用地面钻孔水力压裂开采煤层气技术和煤层气回收增强技术。00年美国煤层气年产量达0亿立方米,成为重要的能源。美国煤层气开发迅速取得成功,主要原因有以下两方面:一是具有良好的煤层气地质资源条件和完善的基础设施;二是煤层气开发初期政府的宏观调控政策特别是卓有成效的财政支持、政策法规鼓舞和开放的市场,使美国领先取得煤层气商业开发的成功（司光耀,2009）、2加拿大加拿大煤层气资源特别丰富,加拿大1个盆地和含煤区煤层气资源量为（17、6）,其中,阿尔伯达省是加拿大最主要的煤层气资源区。据阿尔伯达地质调查估计,阿尔伯达地下煤层拥有煤层气

5、1540亿,最终可回收量为200亿。因为加拿大西部地区煤层气开发有巨大潜力,因此加拿大煤层气勘探开发工作主要集中在西部。西部的艾伯特省及大不列颠哥伦比亚省的丘陵地区,煤层厚度大且含气量高。且近几年,由于以下原因,加拿大的煤层气开发得到了长足发展:（1）政府大力支持煤层气的发展;（2）加拿大主要是低变质煤,多分支水平羽状井,连续油管压裂等技术的成功应用降低了煤层气开采成本;（3）北美地区常规天然气储量和产量下降,供应形势日趋紧张,天然气价格日益上升,给煤层气的发展带来了机遇、仅00年,加拿大新增000口煤层气生产井,2004年又钻井15口,现煤层气生产量总计约11215133亿a。2、澳大利亚澳

6、大利亚煤炭资源量为。7,煤层平均含气量为0、81、8/t,煤层埋深普遍小于100m,渗透率多在1m,煤层气资源量为（81）,主要分布在东部悉尼、鲍恩、莫尔顿苏拉特和加里里4个含煤盆地:鲍恩盆地该区煤层渗透率低和水平应力高,估算的煤层气资源量为、悉尼盆地最大煤层气潜在地区,位于悉尼城市边区,煤层气资源量约为加里里盆地二叠纪至第三纪盆地,面积14万,盆地内煤层较薄和不连续。依照钻井获得数据,煤层渗透率尽管比鲍恩盆地高,但甲烷含量比鲍恩盆地低、莫尔顿-苏拉特盆地-侏罗与白垩纪盆地,面积30万,含有厚的和不连续煤层,但具有煤层气潜力。目前澳大利亚煤层气开发和试验工作主要在新南威尔士州和昆士兰州。澳大利

7、亚煤层气的勘探始于176年。20世纪末,充分吸收美国煤层气资源评价和勘探、测试方面的成功经验,针对本国煤层含气量高、含水饱和度变化大、原地应力高等地质特点,成功开发和应用水平井高压水射流改造技术,使鲍恩盆地煤层气勘探开发取得了重大突破、澳大利亚的一些矿井已广泛应用水平钻孔、斜交钻孔和地面采空区垂直钻孔抽放技术。1998年澳大利亚煤层气产量只有0。56,而到06年底就达到18,现已进入商业化开发时期、2、1、4俄罗斯俄罗斯煤层气资源量占世界第一位,为713俄煤田正尝试对煤层气进行回收利用以减小由甲烷引起的温室效应、俄专家认为,利用煤层气发电有广阔前景,所产生的电能可用于煤矿生产或向外供应。除了发

8、电,从煤矿抽出的煤层气在去掉煤颗粒和水分并提高浓度之后,还可用于工业生产或居民采暖,也可用作汽车燃料。俄专家认为,对煤层气的利用有助于开拓新的煤业发展方向,增加就业岗位并提高煤业经济潜力、由于煤层气燃烧比煤燃烧产生的二氧化碳少,用其部分替代煤炭进行采暖和发电,可不能产生太大的温室效应。因而除了能够改善地区生态环境外,还可减缓全球气候变暖的趋势。据媒体报道在俄已加入京都议定书的条件下,俄各煤矿今后将会更加重视使用煤层气的回收技术,以控制本国温室气体的排放、德国、英国、波兰、印度、等国家也在进行煤层气资源的评价和勘探,但到目前为止,除美国、澳大利亚和加拿大等国之外,其他国家都还没有形成大规模的商业

9、化开发、造成这种局面的原因估计有三点:一是煤层气作为一种特别规天然气,其前期工作需要大量的资金投入,假如没有优惠的税收政策支持,特别难吸引资金;二是未能完全解决各自存在的关键技术问题;三是运作时间长、由于煤层气本身的特别性,从地质评价到工业开采一般需要相当长的时间,大量投资在短期内难以得到回报、2国外煤层气勘探开发、利用的理论与技术、2。1勘探开发理论20世纪0年代初,美国通过对含煤盆地群煤层气成藏条件研究探究,取得了煤层气“排水降压解吸扩散渗流”产出过程的认识突破。并以此为依据,经过理论研究与勘探开发实践的多轮相互反馈,提出了北美西部落基山造山带高产走廊的煤层气成藏模式,形成了以煤储层双孔隙

10、导流、中煤阶煤生储优势与成藏优势、低渗极限与高煤阶煤产气缺陷、多井干扰、煤储层数值模拟等为核心的煤层气勘探开发理论体系。90年代后,美国又提出“生物型或次生煤层气成藏”理论（Scot,93）,实现了自身煤层气地质理论突破。目前国外煤层气理论研究和勘探取得的认识,主要有以下几个方面:一是利用有机地球化学手段（主要是同位素研究）,同一盆地不同部位,有时是一种成因占主导地位,有时是两种成因共存,有时甚至是三种成因混合。二是受岩浆岩影响的煤储层具典型的微孔结构和裂隙,且生气量大,含气量高,甲烷浓度也高达95。三是褐煤和低煤化烟煤的煤层气勘探开发深度已突破1m。四是开展了地质构造对煤储层割理、煤层气含量

11、以及煤层气、水产能影响的研究、五是运用核磁共振技术（MI）研究甲烷气体分子在煤孔隙中的流动、六是储层测试分析和数值模拟技术日趋完善。发明了瞬变流法甲烷扩散系数测试技术,开展了煤储层渗透率与压应力、孔隙压力关系实验,修正了相对渗透率实验,尤其是广泛开展了同相多组分（二氧化碳、甲烷、氮气）定成分膨胀或定体积压缩吸附/解吸实验,讨论了二氧化碳、氮气不同注入速度和不同注入期对甲烷生产的影响,并在煤层气排采试验中进行了大量应用。在数值模拟方面发展了平衡吸附模型和非平衡吸附模型,开发了煤层气产能模拟新的模型和软件。2煤层气开发技术煤层气开发技术主要包括压裂开采技术、裸眼洞穴完井开采技术、羽状分支水平井开发

12、技术等。压裂技术是煤层气开发过程中的关键技术。其重要性在于对产层进行改造,以提高生产层的产量。目前国外针对不同储层采纳的压裂技术主要有交联凝胶压裂、加砂水力压裂、不加砂水力压裂和氮气泡沫压裂,各项技术均已过关。此外,在生产实践中采纳了多次压裂。煤层气井裸眼洞穴完井技术起源于美国西部圣胡安盆地煤层气开发,该技术就是在裸眼完井后,人为地在裸眼段煤层部位多次注空气或泡沫憋压放喷使煤层崩落,形成一个稳定的大洞穴,同时消除估计已发生的地层损害,且在井眼周围形成特别大面积的含有大量张性裂缝的卸载区,提高井筒周围割理系统的渗透性,使井眼与地层之间实现有效连通而达到增产的目的。该技术仅适用于含水和高渗透率煤层

13、,对含水极少或不含水的煤层实施洞穴完井将堵塞裂隙孔道,降低渗透率,对煤层的伤害污染特别大、煤层气定向羽状分支水平井技术是由美国DX国际公司开发的,它是指在一个主水平井眼的两侧钻出多个分支井眼作为泄气通道。在煤层内钻羽状分支水平井,每个羽状分支井由口分支水平井,口洞穴排采直井组成,水平井主水平井眼长10以上,主水平井眼两侧钻14个分支,分支井眼长200800m、每个羽状井组由4个多分支水平井组成,总进尺、m,一个井组控制、8（相当于1口直井的开采面积）、该项技术主要适用于中、高煤阶低渗透含煤区,通过增加煤层裸露面积,沟通天然割理、裂隙,提高单井产量和采收率,解决低渗区单井产量低、经济效益差的问题

14、:高含气薄煤层也可采纳这一技术。此外,还有沿煤层钻井和一体化抽采技术、注氮气、二氧化碳增产技术、试井技术、排采技术、煤层气开发与采煤一体化、集气与储运技术和环保技术等、在此不一一介绍。3、国内煤层气开发利用现状及主要技术分类3、1国内煤层气资源分布情况新一轮全国煤层气资源评价结果表明,我国42个主要含气盆地埋深000m以浅煤层气地质资源量3、8,埋深50以浅煤层气可采资源量0、9煤层气资源主要分布在东部、中部、西部及南方等四个大区,地质资源量分别为1、3、1、5、。、4、,占全国的3、8%、28和13,青藏地区为44。,占、1%;可采资源量分别为4、2。0、2、1、7,占全国的0%、1、2和1

15、6%。从层系分布看,中生界和上古生界煤层气资源最为丰富,地质资源量分别为20、5和16。3,占全国的5和4%,新生界分布较少。从深度分布看,我国煤层气资源埋深小于00m的资源量最大,地质资源量1。,可采资源量6、3,分别占全国的9%和58;101500的煤层气地质资源量10。,可采资源量。6,分别占全国的29和42%;1500200的煤层气地质资源量1。9,占全国的32。从地理环境分布看,煤层气资源集中分布于丘陵、山地和黄土塬地区,其地质资源量分别为12、。和6、3,分别占全国的%、22和7%;可采资源量分别为。、1。和3、,占全国的3、4%和2、依照单层煤厚、含气量、煤层埋深、煤层渗透率和煤

16、层压力特征等五项参数指标,进行综合评价,将煤层气资源分为类、类和类三个资源类别。类、类和类地质资源量分别为12、9、0和、8,占全国的35、60和;可采资源量分别为4、6、5。和0、6,占全国的43、5和5。我国煤层气资源具有主要含气盆地集中分布,中小盆地资源量有限的特点。地质资源量大于1的含气盆地（群）有鄂尔多斯、沁水等9个盆地（群）,鄂尔多斯盆地资源量最大,为9、,占全国的27,其次为沁水盆地,资源量为4。,占全国的1%;地质资源量在0、11之间的含气盆地（群）川南黔北等1个盆地（群）;地质资源量在0、00、1之间的含气盆地（群）有阴山等个盆地（群）;地质资源量小于0、02的含气盆地（群）

17、有辽西等11个盆地（群）。2国内煤层气开发利用现状我国煤层气开发利用起步较晚,其发展大体可分为三个时期。第一时期（20世纪00年代末）:为减少煤矿矿井瓦斯灾害的井下抽放与利用时期,这一时期所抽放的瓦斯基本上都被排到大气中,特别少对其进行利用。第二时期（0世纪70年代末90年代初）:为煤层气勘探开发试验初期和煤层气井下抽放利用时期。我国先后在抚顺龙凤矿、阳泉矿、焦作中马村矿、湖南里王庙矿等矿区地面钻孔0余个,同时进行了水力压裂试验和研究。同时,大量的煤层气井下抽放和利用项目进一步展开,至1993年,井下抽放系统年抽放量达,部分地区已开始将其用于工业和民用取暖。第三时期（20世纪90年代初开始至今

18、）:为煤层气勘探开采试验全面展开和井下规模抽放利用时期。这一时期开始引进国外煤层气开发技术,开展了煤层气的勘探试验,取得了实质性突破。煤炭、地矿、石油系统和部分地方政府积极参与此项工作,许多国外公司如美Txaco、Arc、Phlli、Gea石油公司及澳大利亚的Lowe石油公司等也积极投资在中国进行煤层气勘探试验、中国煤层气地面勘探工作开始于189年,到目前为止已在1个省、自治区登记了4个煤层气勘探区块,勘探区块总面积为81803。其中,具有煤层气商业化开发前景的十大重要勘探区块是沁水盆地南部、沁水盆地北部、大宁吉县区块、陕西韩城区块、神府保德区块、阜新盆地、宁武盆地、准噶尔盆地、恩洪老厂区块及

19、沈北铁法地区。、煤层气钻井完井技术浅谈我国利用地面钻井进行煤层气开发始于2世纪80年代, 80年代后期至9年代初,联合国开发计划署（简称UNDP）资助中国原煤炭工业部和地质矿产部在山西柳林、晋城、阳泉及安徽淮南、河南安阳、河北唐山、东北铁法等地区进行有针对性的煤层气钻探试验。其中,原地矿部华北石油地质局采纳ZJ32钻机共钻9口井,煤层埋深410,采纳直径为127m套管射孔完井,形成了以山西柳林煤层气试验区为代表的煤层气勘探钻井、“MS21绳索取煤心、“LBM”低固相钻井液和完井等工艺技术。然而煤层气单井产量较低（02600m3/）,且产量递减快、与此同时,美国的CF、AR、no、ARCO、PL

20、LIS等公司纷纷介入中国煤层气的勘探开发,其钻井完井技术基本上利用我国现有的技术。到目前为止,已在东北、江南和山西等地区钻了多口试验井,均为套管射孔压裂完井、初步达到工业气流的煤层气井有口,分布在柳林、潘庄、胡底、铁法和屯留地区。最高产气量700/d,最低2600/,其余煤层气井试采产气量为100/d不等、4、1煤层气井钻井完井的特别性煤层气钻井完井技术是建立在煤层地质力学性质及开采要求基础之上的。煤层具有不同于其他储层的特别地质特性表现在以下几个方面:1、井壁稳定性差,容易发生井下复杂故障。煤层机械强度低,裂缝和割理发育,均质性差,存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定,在钻井完井过程

21、中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻甚至埋掉井眼等井下复杂。、煤层易受污染,实施煤层保护措施难度大。煤层段孔隙压力低且孔隙和割理发育,极易受钻井液、完井液和固井水泥浆中固相颗粒及滤液的污染;但在钻井完井过程中,为安全钻穿煤层,防止井壁坍塌,又要适当提高钻井液完井液的密度,保持一定的压力平衡。这就必定会增加其固相含量和滤失量,加重煤层的污染。因此,存在着防止煤层污染和保证安全钻进的矛盾,从而使实施煤层保护较油气层更为困难。、煤层破碎含游离气多,取心困难。煤层机械强度低,一般煤层取心收获率低,完整性差。而且煤层气井都是选择在含气量较高的煤区,割心提升时,随着取心筒与井口距离的缩短,煤心中游离气不断逸出,

22、当达到一定值时会将煤心冲出取心筒,造成取心失败。4、煤层气井产气周期长,对井的寿命要求高、煤层气主要是吸附在煤层缝、隙表面上的吸附气,它的产出规律与天然气正好逆向,须经过较长时间的排水降压后才慢慢地解吸、据有关资料介绍,煤层气井少可供开采2年以上,因此对井的寿命要求特别高。4、煤层气井钻井技术、2、1煤层造穴技术为了易于实现水平井与洞穴井在煤层中成功对接同时建立气液通道,需要在洞穴井的煤层部位造一洞穴,洞穴的直径一般为0。8。5m,高为2m。目前有两种造穴方式,即水力造穴和机械工具造穴。水力射流造穴法利用了高压水射流破碎岩石的能力,施工中用钻具把特别设计的水力射流装置送入造穴井段,开泵循环,使

23、循环钻井液经过小喷嘴时产生高压水力射流,破坏煤储层,形成洞穴、机械工具造穴法利用了机械切削的原理,用钻具把特别设计的机械装置送入造穴井段,然后通过液压控制方式使造穴工具的刀杆张开,并在钻具的带动下旋转,切削储层,形成满足实际需要的洞穴。井眼轨迹控制技术煤层气多分支水平井定向控制的主要参数包括:井斜角、方位角、垂深。为了特别好地将井眼轨迹控制在煤层中,采纳地质导向技术进行井眼轨迹适时监测与控制。首先利用前期地震的资料建立区块的地质模型,然后利用从LWD随钻监测到的储层伽玛、电阻率参数来修正地质模型并调整井眼轨迹。另外,定向工程师能够结合综合录井仪实时监测到的钻时和泥浆返出的岩屑,判断钻头是否穿出

24、煤层。1、各井段钻具组合主井眼垂直段重点控制井斜,因此常用塔式钻具组合、假如直井段增斜较严重,应使用钟摆钻具等纠斜钻具组合。主井眼造斜段一般常用“导向马达+MW”的定向钻具组合,施工过程中要确保工具的造斜率能够达到设计要求,使井眼轨迹在煤层中顺利着陆。水平段及分支一般采纳“单弯螺杆LD减阻器”的地质导向钻具组合钻进。通过连续滑动钻进的方式实现增斜、降斜;通过复合钻进的方式稳斜,既达到了连续钻进的目的,又可依照需要随时调整井眼状态,有效提高了钻井速度和轨迹控制精度。2、分支侧钻工艺煤层中的各分支是在裸眼中侧钻完成的,裸眼侧钻是煤层气分支井钻井中的难点、由于煤层比较脆,因此煤层气多分支井的侧钻不同

25、于油井的侧钻,侧钻过程中首先要起钻至每一个分支的设计侧钻点上部,然后开始上下活动钻具,将钻柱中的扭力释放后开始悬空侧钻。侧钻时采取连续滑动的方式,严格控制ROP30S参数（30的平均机械钻速）。侧钻时将工具面角摆到0,首先向左/右下方侧钻,形成了一条向下倾斜的曲线。因为钻柱处于水平井眼的底部,而不是中心线部位,0的工具面角能够让钻头稳定地和井眼接触,以防止振动引起煤层的跨塌。滑动侧钻至设计方位和井斜后开始复合钻进,钻进过程中要紧密注意摩阻扭矩的变化。、水平井与洞穴井连通技术两井连通过程中采纳的技术为近钻头电磁测距法。这一概念是在199年提出的。随着两井对接技术服务的市场需求,到199年该技术得

26、到了进一步发展并逐渐走向成熟。硬件构成主要包括永磁短节和强磁计或探管。当旋转的永磁短节通过洞穴井附近区域时,探管能够采集永磁短节产生的磁场强度信号,最后通过软件可准确计算两井间的距离和当前钻头位置。4、2、4多分支水平井技术多分支水平井是指在主水平井眼的两侧不同位置分别侧钻出多个水平分支井眼,也能够在分支上接着钻二级分支,因其形状像羽毛,国外也将其称为羽状水平井。多分支水平井技术是近年来发展起来的一项快速开采煤层气资源的先进技术;该技术集钻井、完井和增产于一体,是开发低压、低渗煤层的主要手段。4、2、5充气欠平衡钻井技术充气欠平衡技术是煤层气开发的一种先进技术,这项技术在国外已广泛地应用于油气

27、勘探和开发领域,美国0以上的煤层气井都是采纳欠平衡技术。在我国欠平衡钻井在煤层气行业的研究和应用起步较晚,但仍然取得了喜人的成果。目前我们将这项技术应用在连通水平分支井的施工中,在煤层气钻井中采取向连通的直井内注气的方法,来实现欠平衡的目的、2、6煤层绳索取心技术煤层具有层系多、易破碎的特点,选择合适的取心方式和工具成为提高效率和收获率的关键、为了对煤储层进行评价研究,需要采取煤心确定煤岩的结构、煤阶、渗透率、裂缝（割理）展布及大小等煤层参数。同时还要做解析、吸附试验等,并据此来计算开采区煤层气储量,预测产气量。为井网布置、射孔、压裂设计等提供依据。因此与常规油气井取心相比,煤层气井取心有其特

28、别性。7煤层气防塌技术针对煤层气施工的特点,结合油气井聚合物防塌体系,形成了K盐聚合物防塌体系,重点在提高钻井液的抑制性,同时使钻井液具有一定的造壁性、保护井壁和悬浮、携屑能力。这种体系既解决了煤层气井钻进过程中井壁坍塌问题,又满足了井控的要求。在煤层气工业开采初期,采纳裸眼法完井,然而这种完井方法受到特别多限制,包括完井层数（通常只有一个）和井眼估计出现坍塌;下套管的井对煤层暴露有限,煤层气不能有限的采收、煤层气水平分支井采纳小井眼能够防止煤层的坍塌,就是连通分支后,在煤层段上部的技术套管内下入桥塞座封,然后填水泥封固,使每个直井都独立生产,从而大大提高采收率。、8煤储层保护技术煤储层保护一

29、直是整个钻井完井过程施工中必须重点考虑的问题之一。钻井液完井液对煤储层污染程度如何,直截了当影响到目的煤层物化参数的正确评价及产能的精确评估、而在水平分支井中有效的幸免了这一难题。在煤层气井钻井施工过程中,针对该地区的岩性特点采纳了低固相钻井液和清水两套体系。煤层段以上和连通段采纳低固相钻井液,以安全钻井为主;煤层水平段延伸以清水钻井为主。由于采纳了两套钻井液体系,较好地预防了上部地层复杂情况的发生,同时对下部煤层段也做到了有效的保护。主要措施有以下几个方面:分层钻井液体系及维护处理方法;合理选择处理剂的配伍性;利用欠平衡设备采纳充充气欠平衡钻井技术;缩短完井时间,减少井下事故、3煤层气井完井技术3、1煤层气固井储层保护技术由于煤层气机械强度低,易破碎,裂缝发育,常规固井水泥浆密度大,形成压差大,易造成地层漏失,滤液和固相颗粒堵塞孔道等伤害,影响煤层气