Progress in completion technology of deep coalbed methane development wells in Qinshui Basin
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摘要:
沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙度、高热演化程度的地质特征,在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下,需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。文章系统分析煤层气开发水平井常规单层套管完井技术、裸眼/筛管完井技术、套管+滑套完井技术的不同井身结构和井下工具类型,并对不同完井技术的适用条件和技术特点进行了论述。研究结果表明,常规单层套管完井技术施工工艺成熟,三开完井结构应用普遍,但不利于降本增效;二开完井结构仅适用于煤储层上覆地层较为稳定、无含水层或微弱含水层的地质条件;裸眼/筛管完井技术可减少煤层段的污染,但无法进行后期储层改造,适用于煤体结构完整、煤层渗透性强的储层;套管+滑套完井技术可省去压裂前的射孔作业,但井下工具的正常运行无法保障且后期压裂排量受到限制。针对U型开发井组中的生产直井,在井筒无法满足大规模压裂作业的前提下,提出了新型双层套管完井技术,该技术的原理是在老井筒中根据地质条件和老井特点通过优选套管和固井工具来重塑井筒,满足后期压裂工艺和保证压裂改造效果。其特点主要是在目的煤层顶板以上采用了水泥封固,配合高抗压、较大内径套管,使井筒能够满足高施工压力的大规模压裂,同时煤层段选用筛管,节约了射孔费用,还可有效避免排采阶段地层坍塌掩埋井筒煤层段。该技术在沁水盆地深部煤储层成功应用,试验成果表明其能够满足深部煤层气大规模、高施工压力下的压裂作业,具有推广前景。
Abstract:The deep coal reservoir in Qinshui Basin has the geological characteristics of low permeability to ultra-low permeability, local high saturation, low porosity and high thermal evolution degree. Under the development mode of vertical well/horizontal well + large-scale fracturing, it is necessary to adapt the completion technology to ensure the reservoir reconstruction and late production effect. This paper systematically analyzes the different well structure and tool types of conventional single casing completion technology, open hole/screen completion technology, casing + slip-sleeve completion technology, and discusses the applicable conditions and technical characteristics of different completion technologies. The results show that the conventional single-casing completion technology is mature, and the three-way completion structure is widely used, but it is not conducive to cost reduction and efficiency increase. The second well completion structure is only applicable to the geological conditions where the overlying strata is relatively stable and there is no aquifer or weak aquifer. Open hole/screen completion technology can reduce the pollution of coal section, but it can not carry out late reservoir transformation, and is suitable for the reservoir with complete coal structure and strong permeability of coal seam. Casing + slip-sleeve completion can eliminate perforation before fracturing, but the normal operation of downhole tools is not guaranteed and the fracturing rate is limited in the later stage. For producing vertical Wells in U-shaped development Wells, a new double-casing completion technology was proposed on the premise that the wellbore could not meet large-scale fracturing operations. The principle of this technology is to reshape the wellbore by selecting casing and cementing tools according to geological conditions and characteristics of the old wellbore, so as to meet the late fracturing process and ensure the fracturing reconstruction effect. It is mainly characterized by the use of cement sealing above the roof of the target coal seam, with high pressure resistance and large inner diameter casing, so that the wellbore can meet the large-scale fracturing of high construction pressure. At the same time, the selection of screen pipe in the coal seam saves the perforation cost, and can effectively avoid the formation collapse and bury the coal seam in the drainage stage. The technology has been successfully applied in deep coal reservoirs in Qinshui basin, and the test results show that it can meet the needs of deep coalbed methane fracturing operations under large scale and high construction pressure, and has the prospect of popularization.
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0. 引 言
从不同角度对深部煤层气进行定义,一般认为处于地应力状态和(或)含气量“临界深度”之下的煤层气资源及其赋存状态和开发地质条件,属于深部煤层气范畴[1]。依据此定义,沁水盆地深煤层界定在750 m以深,在此深度以深,煤层气成藏特征开始发生转换[2]。21世纪以来,全国已开展五次煤层气资源评价,2 000 m以浅的煤层气资源量为30.05万亿m3,居世界第3位[3-5],而1 000~2 000 m范围内的煤层气资源量达到了18.87万亿m3[6],深部煤层气勘探开发将煤层气开发深度领域扩大了2~3倍,具备了整个煤层气行业跨越式发展的资源基础条件。目前深部煤层气的开发主要采用直井/水平井+大规模压裂的模式体系。近年来,业内许多企业在深部煤层气区块运用该开发模式均获得了高产。中石油煤层气公司大宁-吉县区块二叠系太原组的8+9号煤层垂深达到了2 100 m,煤层厚度4~12 m,吉深6-7平01井水平段长1 000 m,压裂11段,单段液量近3 000 m3,砂量350 m3,施工排量达到18 m3/min,投产后最高气量突破10万m3/d[7];中石化延川南区块某井区煤层埋深约1 280 m,平均压裂14段,排量介于18~22 m3/min,平均单段注入液量为2 646 m3,加砂量248 m3,单井日产气量介于2.5~5.5万m3/d,其中水平井3-P11井产量突破5万m3/d[8];中联煤层气公司临兴区块 “深煤一号”水平井完钻井深超过3 200 m,水平段长度接近1 000 m,压裂8段,累计注入液量超17 000 m3,加砂量超2 100 m3,投产后最终测试产量为6万m3/d[9]。但鉴于不同区块深部煤储层地质特征的差异性,水平井采用单一的完井技术势必会造成部分区块工程效果不理想、储层动用程度低、单井产能低、稳产周期短、长期低效或者不产气等问题[10]。
沁水盆地在中浅部煤层气开发[11]、煤矿区煤层气开发中均取得了成功,而对于超过1 000 m埋深的煤层气开发近几年刚起步。申建等[12]分析了沁水盆地不同深度条件下储层参数的变化规律,开展了CO2注入煤层增产效应的数值模拟研究,认为深部煤储层CO2封存优势显著,实现深部煤层气采收率显著增加,必须保证一定的CO2注入量;杨燕青等[13]利用地震相控反演技术,采用厚度标定、有效储层厚度分析、多尺度边缘检测和岩性识别等方法,对沁水盆地和顺横岭深部煤层气区块储层空间分布、煤层厚度、含气性、储层特性等进行了预测;申鹏磊等[14]在总结前期沁水盆地深部煤层气水平井地质导向实践经验的基础上,提出了集测井、定向、录井技术于一体的地质导向技术,最大限度优化水平井井眼轨迹,提高靶点着陆准确度和水平段煤层钻遇率,同时在分析了深部煤层气各种压裂技术后,自主研发了常规油管带压压裂新技术,试验效果显著,有效拓展了储层改造途径。
笔者在前人对煤层气开发井完井技术研究的基础上,深入沁水盆地深部煤层气开发井钻完井现场,通过跟踪分析,总结出在不同地质和工程条件下的深部煤层气开发井完井技术,同时针对深部煤层U型开发井组中的生产直井提出新的完井技术,该技术能够满足当下业内主流的大规模压裂作业,裂缝监测显示压裂效果显著,有利于形成规模性缝网系统,经后期排采实践,产气效果显著,具有良好的推广前景。
1. 研究区深部煤层气开发特征
与浅部煤储层相比,深部煤储层有其相对独立的地质特征[15]。以沁水盆地中东部深部煤储层为例,储层内煤体结构以碎裂结构和碎裂−碎粒结构为主,煤质热演化程度高,渗透率平均为0.08~0.11 × 10−15 m2,属低渗-特低渗储层,孔隙度为3.12%,孔隙类型以微孔为主,含气饱和度介于51.97%~123.88%,局部为过饱和状态[16],富含部分游离气。煤岩割理、裂隙较发育(图1),煤层顶底板封盖能力较好。此外,区块尺度上断裂较为发育,受之影响煤储层小微构造也普遍发育,煤层地应力高且非均质性强,可改造性较差。
目前研究区深部煤层气主要采用地质工程一体化的开发模式。前期对煤储层及含气赋存特征进行研究,查明区域内煤层气富集和成藏规律,并进行了资源量的评估,然后通过三维地震对区域内煤层形态和构造特征进行精细解释,结合勘探井获取的储层特征参数开展有利区的预测。开发井型主要以直井和水平井,或二者相结合为主,包括L型水平井、川字型水平井组、U型对接井组、多分支水平井组等类型。常规直井完井工艺较为简单,而水平井完井结构复杂多变,根据区块储层物性、电性、含气性和裂隙性及后期储层改造工艺的不同而进行完井技术优选。
武乡南和和顺横岭煤层气勘查区块位于沁水盆地中东部,沁水复向斜的东部,总体以近北北东向的褶皱发育为主(图2)。武乡南区块整体为北北东走向、向西倾斜的单斜构造,在此基础上发育次一级的小褶皱,地层倾角平均3°~8°,中小断层密集,区内主要发育3号和15号煤层,平均埋深
1400 ~1850 m,厚度为1.6~4 m,煤体结构以碎裂−碎粒煤为主(图3);和顺横岭区块以褶皱发育为主,地层倾角变化明显,局部倾角可达11°~18°稳定发育煤层为15号煤,深度1 550~2 200 m,煤层平均厚度5~6 m,煤体结构以碎粒型为主(图4)。通过前期综合评价,分别圈定有利区进行勘探开发。两个区块内共实施三维地震(面元:20 m×20 m)197.2 km2,控制断层(≥5 m)421条,查明陷落柱(直径≥50~60 m)78个;完钻煤层气水平井63口,获取煤岩芯样308个,各类煤质、水质和气样等检测化验达975次。较为典型的煤层气井,采用套管完井和水泥浆固井技术,例如,CN-36-1井,3号煤层垂深1 455 m,水平段长810 m,压裂9段,投产65 d开始见气,最高气产量突破
8100 m3/d,后因产气通道不稳定,气量衰减较快;HL-L-02井,15号煤层垂深1 703 m,水平段长760 m,投产160 d开始见气,最高气量为7 600 m3/d,目前正在稳定排采。(图5)2. 沁水盆地深部煤层气完井技术
2.1 常规单层套管完井
常规单层套管完井是目前深部煤层气开发普遍采用的完井技术,有两种技术类型:
1)三开水平井套管完井。一开采用ø311.2 mm钻头,钻至稳定基岩,下入ø273.1 mm表层套管;二开采用ø241.5 mm钻头,钻至目的层着陆,下入ø193.7 mm技术套管;三开采用ø171.5 mm钻头在煤层中钻进,水平段下入ø139.7 mm的生产套管至井口。此种完井技术施工工艺成熟,对煤储层适应性强。煤层的力学性质、煤体结构决定了井眼稳定性,加之钻井工程方面水平段轨迹的平滑度是影响套管是否能成功下入井底的关键。若后期煤储层改造选用连续油管底封拖动压裂工艺,施工排量普遍较低(排量一般不超过8 m3/min),叠加地应力后套管也不易变形,此时三开套管可以不利用水泥封固;若后期煤储层改造选择采用泵送桥塞-套管注入方式,需要满足中、大规模压裂时(排量超过12 m3/min),为降低套管变形的风险、保证压裂效果和生产期井筒抽采运行的稳定,三开套管应进行水泥封固(图6)。
2)二开水平井套管完井。一开采用ø311.2 mm钻头,钻至稳定基岩,下入ø244.5 mm表层套管;二开采用ø215.9 mm钻头钻至目的层着陆后,继续水平段钻进至完钻,下入ø139.7 mm的套管串至井口(图7)。其中二开套管串需选用分级箍、封隔器、可打捞式堵塞器等工具对造斜段进行固井,避免水平煤层段在压裂施工时高压压裂液以套管与井壁之间环空为通道返出井口,造成安全事故,同时可有效预防煤储层上部地层因长时间裸露引起的井壁坍塌对煤层造成的伤害和污染。这种完井技术可有效的减少施工周期和节约投资,但仅适用于煤层气开发阶段,且煤储层上覆地层较为稳定,且不含含水层或含弱含水层的地质条件。
常规单层套管完井是目前业内常用的完井技术,沁水盆地和顺横岭和武乡南深部煤层气开发区块采用该技术完井的占比为90%以上。开发区内主力煤层之一为太原组的15号煤,煤层连续稳定发育,厚度为3.5~7 m,深度1 400~2 200 m,受构造运动影响,煤层起伏较大,幅度大于10 m的褶曲平均3~5条/km2,区内上覆地层总体较为稳定,但局部含有较强含水层。常规单层套管完井技术可以配套不同开次的钻井及不同的压裂改造工艺,应用范围广泛。
2.2 裸眼/筛管完井
裸眼/筛管完井技术通常用于煤体结构完整、煤层渗透性强的储层条件,例如沁水盆地南部的潘庄区块[17]。对于深部煤层而言,针对水敏性强的煤储层或煤层顶、底板含强含水层,且压裂会与之沟通造成“淹井”时,通常采用水平段裸眼完井或筛管完井技术,井型可为L型井、羽状多分支水平井等。
水平井裸眼完井技术一开采用ø311.2 mm钻头钻至稳定基岩,下入ø244.5 mm表层套管;二开采用ø215.9 mm钻头钻进,着陆目的煤层后,下入ø177.5 mm技术套管;三开采用ø152.4 mm钻头在煤层中钻进至终孔完井(图8)。裸眼完井适用于煤层结构稳定、钻井过程中不易垮塌的区域,主要优点是避免了水泥浆侵入对煤储层的污染,同时减少了水平段套管的费用。但是,因井眼水平段裸露,后期排采过程中,井壁浸泡时间过长容易失稳而坍塌,造成有效水平段减少,降低煤层气稳产周期。
水平井筛管完井技术一开采用ø425.4 mm钻头钻至稳定基岩,下入ø377.2 mm表层套管;二开采用ø311.2 mm钻头钻进,着陆目的煤层后,下入ø244.5 mm技术套管;三开采用ø215.9 mm钻头在煤层中钻进至设计井深,下入ø114.3 mm筛管总成(图9)。下入的筛管总成管柱结构从井底向上依次为:引鞋+盲管+密封筒+筛管+悬挂器[18]。
在筛管入井过程中,为了防止遇阻,可在其内部采用冲管串进行水流循环洗井作业,冲洗井筒内煤粉和钻屑至地面,确保筛管下入的流畅性和安全性。这种完井技术的主要优点是,由于水平段采用大口径、小筛管的井身结构,完钻后井壁的自然坍塌可形成井筒径向长距离的洞穴和扩展出更多微裂缝,从而更加增大了流体的渗流面积。由于全井筒口径偏大,对钻井设备钻进参数的选择和人员素质提出了较高的要求。
裸眼/筛管完井技术因其本身的完井结构无法满足后期压裂改造,对于深部煤储层低渗、高地应力的地质条件,其应用范围受到限制。目前仅在构造简单、渗透率较高异常的深部煤储层局部区域配合羽状多分支水平井应用,沁水盆地深部煤储层应用井数不到10口,其较多应用在浅部煤储层。
2.3 套管+滑套完井
在水平井三开套管完井中,按照预先设定的分段压裂距离,随生产套管下入多个带不同尺寸球座的滑套和封隔器,待所有封隔器座封后进行正常套管试压,后期通过投球打开指定滑套进行压裂(图10)。这种完井技术可省去后期储层改造时的射孔作业,适用于稳定性较高的煤层,缺点主要有:①无法保证所有封隔器的座封;②受球座内径的制约,井筒有效过流面积减小,压裂排量受限;③由于水平段没有固井,压裂时,压裂液可能通过套管与井壁之间环空沟通相邻压裂段,影响压裂效果。为了避免上述缺点,通常选用某种智能滑套,这种滑套是通过智能夹筒的计数记忆功能来实现指定滑套打开,同时水平段可正常进行固井,满足后期大规模压裂对井筒的需求(图11)。
这种完井技术对井轨迹的平滑度和井筒的稳定程度要求很高,适用于稳定不易坍塌的煤储层。多年来在沁水盆地中~浅层煤层气开发中应用较多,后因井下工具多,工具失效概率大而影响了其进一步应用。近年来智能滑套也停留在数口井的试验阶段。但这不失为完井提供了另一种思路,而一体化工具的改进是这种完井技术的发展方向。
综上所述,以上3种完井技术应用条件和特点各有不同(表1),虽然不同完井技术对于煤层气产量的高低直接影响不大,但其是钻井和后期压裂、排采的重要衔接工序,完井技术的匹配和适应性决定了整个井筒的质量、裂缝扩展程度所需的压裂规模大小、排采设备及工艺的选用等,间接制约了煤层气产量。
表 1 深部煤层气井三类完井方式差异性对比Table 1. Comparison of differences in three completion methods for deep coalbed methane wells完井技术 优点 缺点 适用地质条件 施工数量/口 常规单层套管完井 工艺成熟,安全稳定;二开完井技术可节约成本、降低施工周期 不利于降本增效;二开完井技术对钻井轨迹要求高;受非煤段完井工具影响大 对任何煤储层均适用;二开完井技术特别适用于开发阶段煤层及其纵向地层稳定 235 裸眼/筛管完井 避免了水泥浆污染,裸眼完井可节约套管费用 水平段裸露,后期井眼易垮塌;难以进行二次改造 煤体结构完整、渗透性极强 8 套管+滑套完井 节约压裂前射孔费用;工艺具有特定的发展和改进方向 对井轨迹平滑度和井筒稳定要求高;受井下工具质量规格影响大;不能实现全通径,不利于压裂改造 煤储层稳定、不易垮塌 2 3. U型开发井组中生产直井新型完井技术
采用U型对接井组进行深部煤层气开发时,工程井通常采用常规的三开套管完井井身结构,而生产直井井身结构为:一开井眼尺寸ø311.2 mm,配合ø244.5 mm的表层套管;二开井眼尺寸ø215.9 mm,配合ø177.8 mm生产套管。为了水平煤层段的对接,生产井目的煤层段采用ø177.8 mm玻璃钢套管,并在对接前进行套管磨铣和煤层掏穴(图12)。
由于煤层小微构造发育、煤层易垮塌及工程质量管理等主客观因素,U型对接井组在钻完井施工中经常达不到预期效果,主要表现为有时工程井水平段达不到设计长度,不能够延伸到生产井,或者水平段方位与生产井相对方位出现较大偏差,最终导致工程井与生产井对接失败。在后期储层改造中,未对接成功的工程井可以按照类似单一水平井完井方式进行压裂作业。但是这种施工方式舍弃了原有的生产井,造成巨大的施工成本,且产气效果难以预料。
如果将生产井继续使用,因目的煤层已“掏穴”,且套管抗压强度低,后期针对生产井压裂时也无法达到安全施工的条件。目前通常采用以下几种解决和补救措施:
1)改变生产井压裂工艺,将光套管压裂改变为油管压裂,由原套管承压转化为油管承压压裂,这种方法简单,能够达到压裂施工压力要求,但油管内径小,无法提高压裂施工排量,达不到大排量体积压裂改造煤层的目的,同时油管串在煤层顶板以上稳定层位须安装封隔器,以将油套环空进行封隔,但压裂施工后,封隔器位置以下套管易出现变形,影响后期煤层气下泵排采。
2)在生产井ø177.8 mm套管中下入ø127 mm套管+滑套+封隔器的管柱,压裂前封隔器座封,并投球打开滑套,然后进行正常压裂。这种工艺的特点是套管串结构繁琐,井下小组、构件多,容易发生质量事故;适配的滑套和封隔器规格特殊,需要定制;封隔器座封后没有相应的验封措施;滑套存在无法打开的风险;压裂过程中两层套管之间环空极易发生串压的安全事故。
3)在生产井ø177.8 mm套管中下入ø127 mm套管至已掏穴煤层,并进行水泥固井。这种方法可以满足大排量压裂对井筒承压能力的要求,但在固井作业时,掏穴段可能形成“大肚子”水泥墩,影响后续射孔的穿透性和压裂流体压力的有效传递,减弱储层改造效果,同时水泥粉粒可能堵塞产气通道以影响产气。
在对比研究不同规格套管的匹配关系后,提出新型双套管完井技术。该技术是在原生产井完井结构中继续下入ø127 mm第三级套管,第三级套管的管串组合由下至上依次为套管、筛管、球座、封隔器、分级箍、套管至井口(图13)。
该新型双套管完井技术主要工艺流程为:
1)对生产井进行通洗井,通洗至已掏穴煤层以下井底,保证井筒畅通。
2)下刮削器刮削ø177.8 mm套管内壁至遇阻位置,起出刮削管柱。
3)按照ø127 mm套管+筛管+球座+封隔器+分级箍+ø127 mm套管的顺序组合套管串,依次入井,并确保筛管段与掏穴煤层段位置相吻合。
4)封隔器座封且验封合格。
5)投球憋压,打开分级箍旁通阀。
6)通过ø127 mm套管向井内注入水泥浆,水泥浆通过分级箍旁通阀从ø127 mm第三级套管和ø177.8 mm生产套管之间环空返出地面。
7)用清水顶替水泥浆,理想状态为井筒内和封隔器以下环形空间内无水泥浆液。
8)侯凝48 h,下入钻头清扫井筒内残留水泥,并对井筒进行试压30 MPa,稳压15 min为合格。
9)试压合格后,磨铣井筒内球座。
该完井技术既保证了煤层顶板以上井眼的密封性,使井筒抗压强度大大增加,又使掏穴煤层段免受水泥的污染,提高煤层段渗透性。其主要优势在于能够满足高压力下的大规模体积压裂改造储层目标的实现。
据统计,目前沁水盆地和顺横岭和武乡南深部煤层气区块有U型对接井组27组,对接成功率为70.37%。同时,对于U型井组,为了保证工程井水平煤层段钻进和对接施工的连续性,一般优先施工生产直井,而深部煤储层微小构造发育导致的低对接成功率,又促使水平工程井无法正常施工,两个区块内尚有已完钻而未对接的生产直井45口,这些对接失败的和已完钻未对接的生产直井都可应用该完井技术进行改造。虽然该完井技术是在深部煤层气U型井组中的生产直井内研发的,但完井思路和完井井身结构对于直井和水平井在不同的生产阶段发生套管变形后的井筒改造也具有较大适用性,具有良好的推广前景。
4. 压裂和生产效果
和顺横岭煤层气勘查区块HL-U-01 V井为一口掏穴生产直井,掏穴煤层为15号煤层,煤层垂深1 566.45~1 571.7 m,煤层厚度范围内全部掏穴,技术测量煤层洞穴最大直径达到475 mm。该区域煤质为无烟煤,碎裂−碎粒型煤体结构,含有1~3层夹矸,测试煤层破裂压力48.73 MPa,属典型的深部高应力区煤层。该井生产套管为ø177.8 mm、J55钢级的无缝钢管,抗压强度30.06 MPa。在采用新型双层套管完井技术中,选用直径127 mm,P110钢级的套管串组合,配合TF-105 MPa套管头,整体抗压强度达到了96 MPa。采用活性水压裂施工时(图14),当前置液刚注入煤层后,由于掏穴影响,施工压力波动幅度较大,短时间后压力达到稳定状态,说明形成了较为平直的水力裂缝[19]。该井压裂效果明显,最高施工压力为57.7MPa,排量达到16 m3/min,累计压裂液
2759.23 m3、加砂300.03 m3,全程无间断安全完成了大排量、大规模的储层改造作业。地面微地震监测显示该井压裂裂缝扩展范围广、沟通面积大,且裂缝形态复杂[20]。从压裂1/5时间开始,即压裂液注入约570 m3,地面微地震监测能量开始增加(图15a);至2/5时间,压裂液注入约
1060 m3,裂缝形态雏形逐渐形成,东西翼裂缝长度扩展明显(图15b);至3/5时间,压裂液注入约1600 m3,网状裂缝开始形成(图15c);至4/5时间,压裂液注入约2150 m3,网状裂缝连成一片,形态基本形成,主裂缝及次级裂缝方位明显(图15 d);压裂结束后,裂缝延伸扩展结束,整体走向为东-西向,北西向也存在一条明显裂缝(图15e)。两翼裂缝扩展尺寸近似,东翼缝长150 m,方位NE102°,西翼缝长160 m,方位NW58°和NW110°(图15f)。目前该井已进入排采期的气水两相流阶段(图16),产气量约
3000 m3/d,产水量在10 m3/d上下波动,套管压力和井底流压保持平稳。此外,另一口与该完井方式相同的生产井累计产水1826 m3,见套井底流压6.8 MPa,且套管压力持续增高,具有较好的产气潜力[21]。5. 结 论
1)沁水盆地深部煤层气储层具有煤质热演化程度高、碎裂-碎粒型煤体结构、低-特低渗透率、局部过饱和等特征。因煤层顶底板封盖性好,地应力高且非均质性较强,发展出与之匹配的完井工艺技术。
2) 沁水盆地深部煤层气开发井的完井技术主要有常规单层套管完井、裸眼/筛管完井、套管+滑套完井等,每种完井技术均适用于不同的地质和工程条件。常规单层套管完井技术可按钻井开次分为三开结构和二开结构,三开结构完井成熟,储层适用性强,但成本较高,二开结构完井适用于稳定的上覆地层和微弱含水层的地质条件;裸眼/筛管完井技术适用于煤体结构完整,煤层渗透性高的地质条件,井壁易坍塌、排采阶段维护和修井困难是这种井身结构的软肋;套管+滑套完井技术可以节约射孔费用,但井内管串组合复杂从而对操作水平要求较高,较小的内径同样限制了大规模压裂的实施。
3)针对U型井组中生产井没有被对接成功或后期排采效果不理想,自主开发出新型套管完井技术,该技术的优点主要是目的煤层顶板以上采用了水泥封固,配合高抗压、较大内径套管,使井筒能够满足高施工压力的大规模压裂,同时煤层段选用筛管,节约了射孔费用,还可有效避免排采阶段地层坍塌掩埋井筒煤层段。应用该完井技术,压裂排量可达16 m3/min,施工加砂300 m3以上,压裂效果显著。目前已改造的生产直井产气量达
3000 m3/d。另外,研究区对接井中30%失败的生产直井和已完钻未对接的生产直井均可应用该技术进行完井,同时直井和水平井在不同的生产阶段发生套管变形后的井筒重塑也具有适用性,推广前景良好。4)沁水盆地深部煤层气前期开发中,均进行了不同井型的试验和推广,主要为直井、水平井和U型井组,各种井型在不同区块均取得了局部良好的效果,但由于水平井和U型井组在钻完井过程中,工艺繁琐且环环相扣,暴露出的问题也较多,本文研究的完井工艺适用于前期钻井,同时为后期压裂改造工艺提供更多的选择空间。
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表 1 深部煤层气井三类完井方式差异性对比
Table 1 Comparison of differences in three completion methods for deep coalbed methane wells
完井技术 优点 缺点 适用地质条件 施工数量/口 常规单层套管完井 工艺成熟,安全稳定;二开完井技术可节约成本、降低施工周期 不利于降本增效;二开完井技术对钻井轨迹要求高;受非煤段完井工具影响大 对任何煤储层均适用;二开完井技术特别适用于开发阶段煤层及其纵向地层稳定 235 裸眼/筛管完井 避免了水泥浆污染,裸眼完井可节约套管费用 水平段裸露,后期井眼易垮塌;难以进行二次改造 煤体结构完整、渗透性极强 8 套管+滑套完井 节约压裂前射孔费用;工艺具有特定的发展和改进方向 对井轨迹平滑度和井筒稳定要求高;受井下工具质量规格影响大;不能实现全通径,不利于压裂改造 煤储层稳定、不易垮塌 2 -
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