第三讲-地面抽采煤层气 教学课件

第三讲地面抽采煤层气一、地面抽采程序二、开发井网三、钻井四、固井五、完井第一页，共五十七页。一、煤层气地面抽采程序井网设计确定井位确定井类（资料、试验、生产）收集地层资料、建立岩性剖面设计（钻井、完井、固井、井底连通方式、增产措施、试采）施工（钻井、完井、压裂、试采）第二页，共五十七页。二、煤层气开发井网设计井网类型选择煤层气布井方式分为4种：1）矩形井网2）棱形井网3）“W”形井网4）单井排采。煤层中的面割理方向渗透性好，端割理方向上渗透性受到限制，从而导致整个储层的渗透性也是非均质的。

可以利用非均质地层井间干扰现象，采取适当的布井方式，来提高单井产量。

一般以矩形井网为好。第三页，共五十七页。第四页，共五十七页。二、煤层气开发井网设计2优化井网井距

优化目的：就是设计合理的井距。

因为单井控制面积的大小直接影响着产气的高峰出现的早晚和成本的高低。

优化依据：渗透率参数，根据渗透率参数可得到单井控制面积和累积产气量、产气率之间的关系。

优化方式：井距需要进行数值模拟计算。第五页，共五十七页。第六页，共五十七页。第七页，共五十七页。三、钻井设计

钻井设计包括四个部分：1）钻井地质设计2）钻井工程设计3）钻井施工进度设计4）钻井成本预算钻井设计是组织钻井生产和技术应用的基础，进行单井成本预算和决算的重要依据。第八页，共五十七页。三、钻井设计

钻井地质设计要明确提出设计依据、钻探目的、设计井深、目的层、完钻层位及原则、完井方法、取资料要求、井身质量、生产套管尺寸及强度要求、阻流环位置及固井水泥上返高度等.第九页，共五十七页。三、钻井设计

钻井地质设计要为钻井工程设计提供邻区、邻井资料，提供地层气、水及岩石物性，提供地层剖面，地层倾角及故障提示等资料。第十页，共五十七页。三、钻井设计

钻井工程设计必须以钻井地质设计为依据。

钻井工程设计达到的目的：1）应有利于取全取准各项地质工程资料；

2）保护煤层，降低对煤层的伤害;3）保证井身质量符合钻井地质设计的要求；

4）为后期作业提供良好的井筒条件。第十一页，共五十七页。三、钻井设计1钻井设计的主要内容(1)选择地面井位。在地质条件允许的范围内，根据水源、井场道路、泥浆池位置及井场施工条件等选择钻井井位。(2)确定井身结构并选择钻机。钻机选择依据主要是井深，所选钻机不得超过其最大负荷能力的80%。第十二页，共五十七页。三、钻井设计(3)确定钻头类型、尺寸及数量.(4)设计钻柱与下部钻具组合.(5)钻井参数设计。(6)钻井液设计。(7)固井设计，包括套管柱设计数据、套管柱强度设计、注水泥设计及固井要求。第十三页，共五十七页。三、钻井设计(8)井控装备及工艺技术要求.(9)固相控制要求.(10)防止煤层伤害的技术措施及要求.(11)环境保护要求.(12)钻井施工进度设计.(13)全井成本预算.(14)提交资料要求。第十四页，共五十七页。三、钻井设计1.关于泥浆问题：

钻井工程设计要根据钻井地质设计提供的邻井、邻区试气压力资料等，设计钻井液密度、水泥浆密度和套管程序。钻井工程设计必须提出安全措施和环境保护要求。第十五页，共五十七页。三、钻井设计2关于井身结构设计：井身结构是指一口井下入套管的层次、尺寸、深度，各层套管相应的钻头尺寸以及各层套管的水泥返高.井眼中下入的套管柱分为表层套管、技术套管(或称中间套管)和产层套管(或称生产套管)三种类型.

第十六页，共五十七页。三、钻井设计具体井身结构设计要明确如下：1.裸眼井段的长度及深度.

在裸眼井段中，应使钻井过程中不发生井漏2.

生产套管的尺寸及深度生产套管应满足开采的要求，一般不小于51/2in。3.根据地层，由内向外确定套管层次和两相邻层套管间隙。4.根据地层确定各层套管的下入深度和水泥返高5.增产措施和预防下套管时不会发生压差卡钻的措施。总的宗旨是：井身结构设计由下往上，套管设计由内向外进行，具体复杂程度决定底层复杂程度第十七页，共五十七页。三、钻井设计生产套管和各层套管尺寸确定后，即可确定所需钻头尺寸。套管内径与欲通过的钻头外径之差值，最小不得小于6mm。第十八页，共五十七页。三、钻井设计确定井身结构的原则及依据：(1)能有效地保护煤层，降低钻井液对不同压力梯度煤层的伤害.(2)能避免漏、喷、塌、卡等复杂情况发生，为安全钻进创造条件.(3)下套管过程中，不会因井内钻井液液柱压力和地层压力之差产生压差卡钻。第十九页，共五十七页。三、钻井设计套管的作用

表层套管：用以封隔上部松软的易塌易漏地层，安装井口，控制井喷，支承技术套管和生产套管。

技术套管:用以封隔用钻井液难于控制的复杂地层，保证顺利钻进.

生产套管:用以将产层与其它地层以及不同压力的产层分隔开，形成煤层气通道，保证长期生产，满足开采和增产措施的要求。第二十页，共五十七页。第二十一页，共五十七页。三、钻井设计第二十二页，共五十七页。三、钻井设计3钻具组合的设计钻头的选择钻铤直径与长度的确定钻具组合型式（满眼、钟摆）的确定稳定器（扶正器）数量及布置位置的确定减震器与震击器安放位置的确定。钻杆规格的确定第二十三页，共五十七页。三、钻井设计4钻井液设计

泥浆性能参数：

粘度、失水、切力（静切力、动切力、含砂量）钻井液类型的选择固相控制：

级别、方式、设备煤层气钻井对泥浆的特殊要求：对储层不造成伤害第二十四页，共五十七页。三、钻井设计5取心技术设计(1)尽可能保证煤心完整，取心收获率高。(2)起钻时间短，出心速度快.(3)基本保持煤心在井下的原始状态，气量损失小。(4)能从煤心直观地观查井下煤层的裂隙发育情况。（5）取心部位记录准确第二十五页，共五十七页。四、固井设计第二十六页，共五十七页。四、固井设计1套管串设计受力计算：轴向力（拉力、压力）、内压力、外压力安全系数确定：抗拉安全系数为1.50~2.00，常用1.80；抗外挤安全系数为1.00-1.50，常用1.125；抗内压安全系数为1.00~1.75，常用1.10。确定套管壁厚、钢级、接头螺纹型式。第二十七页，共五十七页。四、固井设计套管靴、浮箍、底胶塞、顶胶塞、水泥头的选型扶正器选型与布置分级箍选型及安放第二十八页，共五十七页。四、固井设计2水泥浆设计前置液、水泥浆液、后置液的密度、用量。水灰比确定、水泥总量、用水总量。水泥添加剂的加量。第二十九页，共五十七页。四、固井设计3注水泥作业设计内管柱注水泥、反向注水泥、多级注水泥。水泥返高的确定与测量方法选择第三十页，共五十七页。五、完井技术煤层气井完井应达到的目的:(1)使井筒与煤层的天然裂隙和裂隙系统能有效地连通，有利于煤层气向井简运移。(2)有效封堵出水地层和不同压力体系的煤层，有利于进行增产措施和采气作业。(3)最大限度地降低钻井和完井作业对煤层的伤害，提高产气能力。(4)克服井塌和煤层出砂，便于清除井简内的煤屑，保障煤层气井长期生产。第三十一页，共五十七页。五、完井技术1先期裸眼完井

先期裸眼完井是指在煤层顶部下入套管并固井，然后钻开煤层投产的完井方法。(1)煤层埋藏深度较浅，厚度适中，渗透率大，含气量大，裂隙系统发育，煤层均质性较好、稳定.(2)顶板岩性稳定、致密，不易垮塌，顶底板不出水。(3)对煤层不进行大规模的改造，目的煤层为单一煤层或可视为单一煤层。(4)能卡准煤层深度。第三十二页，共五十七页。五、完井技术将套管鞋下入顶板内，套管鞋与煤层的距离不要大于2m，越靠近煤层越好。第三十三页，共五十七页。五、完井技术先期裸眼完井的优点:1.简化了井身结构和套管程序;2.由于完井井段为单一煤层，有利于实施对煤层的保护；3.避免了固井、射孔和压裂作业对煤层的伤害;4.完井施工工艺简单5.节约了固井、射孔和压裂作业费用，完井成本低。

第三十四页，共五十七页。五、完井技术先期裸眼完井的缺点:1.井筒稳定性差2.不利于修井、后期强化增产和分层开采3.在采气过程中对煤粉的控制和清除比较困难.第三十五页，共五十七页。五、完井技术2后期裸眼完井后期裸眼完井是指在钻完全部设计井深后，将生产套管下至煤层顶部并固井的方法。后期裸眼完井除要求具备先期裸眼完井条件外，主要适用于对煤层深度掌握不够准确的煤层气井。第三十六页，共五十七页。五、完井技术将套管鞋下入顶板内，套管鞋与煤层的距离不要大于2m，越靠近煤层越好。第三十七页，共五十七页。五、完井技术后期裸眼完井的优点:1.降低了固井作业对煤层的伤害，同时也避免了射孔和压裂作业对煤层的伤害;2.完井施工工艺比射孔完井简单，节约了固井、射孔和压裂作业费用，完井成本较低。第三十八页，共五十七页。五、完井技术后期裸眼完井的局限性:1.井筒稳定性差，不利于修井、后期强化增产和分层开采;2.在采气过程中对煤粉的控制和清除比较困难，3.与先期裸眼完井比较，完井作业实施煤层保护的难度较大。第三十九页，共五十七页。五、完井技术3筛管完井

筛管完井是指在钻穿煤层后，把带筛管的套管柱下入煤层部位，然后注水泥封隔煤层顶部以上的环形空间完井.筛管完井有时也叫衬管完井.(1)煤层埋藏深度较浅，厚度适中，渗透率、含气量

大，裂隙发育，煤层均质性和稳定性较差。(2)顶板岩性稳定、致密，不易垮塌，顶底板不出水。(3)对煤层不进行大规模的改造，目的煤层为单一煤

层或多煤层不要求分层开采。第四十页，共五十七页。第四十一页，共五十七页。五、完井技术筛管完井有如下优点:1.避免了固井作业、射孔和压裂作业对煤层的伤害;2.节约了固井、射孔和压裂作业费用，完井成本较低;3.简稳定性较好，有利于修井，便于清除井简内的煤粉.筛管完井的局限性：

完井工艺相对复杂，与先期裸眼完井比较，完井作业实施煤层保护的难度较大等。第四十二页，共五十七页。五、完井技术4裸眼洞穴完井

裸眼洞穴完井技术是指反复采用井口增压并迅速卸压的方法.使煤层段井眼垮塌，在煤层段形成一个大而稳定的空腔的完井技术.

因为实施这种完井技术对煤层产生了很大的作用力.改善了煤层的内部裂隙和原始裂缝的结构，因而又被称为动力裸眼完井技术。第四十三页，共五十七页。五、完井技术裸眼洞穴完井使用条件：(1)煤储层压力高，渗透率高，煤体结构和机械性质适合造洞穴，并能保持稳定.煤层埋深适中，含气量大于15m3/t煤，渗透率大于5X10-3μm2，孔隙压力梯度大于0.01MPa/m，厚度大于5m.(2)顶板岩石致密，机械强度高，在煤层井段形成洞穴时能承受其上覆岩石压力而不垮塌，顶底板不出水。第四十四页，共五十七页。第四十五页，共五十七页。五、完井技术

完井工艺流程如下:(1)将双壁钻具下入井底，循环清除井底沉渣.(2)关闭防喷器，通过双壁钻具向井内注入完井液，泵压，当注入压力超过煤层破裂压力时，煤层发生张性破裂.然后迅速卸压，使煤层段产生剧烈的“压力激动”，发生剪切破坏，煤层向井简崩落形成洞穴.在卸压时部分煤屑经双壁钻具喷至地面。第四十六页，共五十七页。五、完井技术5射孔完井射孔完井又分套管射孔完井和尾管射孔完井.第四十七页，共五十七页。五、完井技术1)套管射孔完井套管射孔完井是指钻完全部井深，下套管、固井并将煤层用水泥封住后，用射孔器射穿套管、水泥环和部分煤层，构成煤层与井简的连通通道.

套管射孔完井对多数煤层气井都适用。第四十八页，共五十七页。第四十九页，共五十七页。五、完井技术套管射孔完井技术的优点:(1)对地层条件没有限制，适用范围广。(2)层间封隔好，便于分层进行后期作业。(3)有利于水力压裂和采气作业。(4)井简稳定，寿命长，便于修井，为长期生严创造了条件。套管射孔完井技术也有其局限性:

对煤层伤害环节多，完井作业对煤层伤害大。第五十页，共五十七页。五、完井技术2)尾管射孔完井尾管射孔完井是指将技术套管下至煤层顶部并固井，然后再钻完全部井深，下入尾管并悬挂在技