煤層氣固井技術(shù)及增產(chǎn)措施

1、煤層氣固井技術(shù)及增產(chǎn)措施3.13.1煤層氣井固井技術(shù)煤層氣井固井技術(shù)3.23.2煤層氣井增產(chǎn)措施煤層氣井增產(chǎn)措施第三章第三章 煤層氣井固井技術(shù)及增產(chǎn)措施煤層氣井固井技術(shù)及增產(chǎn)措施教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)目的教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)目的掌握套管柱設(shè)計(jì)掌握煤層氣井固井方法掌握固井材料掌握煤層氣井壓裂工藝技術(shù)了解固井的有關(guān)計(jì)算了解其它增產(chǎn)措施Exploring and Drilling for Coalbed methane Gas固井準(zhǔn)備哪里可以找到易高產(chǎn)的煤層氣哪里可以找到易高產(chǎn)的煤層氣? ?有煤就有氣？實(shí)際上，大多數(shù)煤層氣是吸附在煤基質(zhì)中固井準(zhǔn)備3,md號(hào)煤滲透率15,md號(hào)煤滲透率3,MP號(hào)煤儲(chǔ)層壓力15,MP

2、號(hào)煤儲(chǔ)層壓力FZ002)(C(CH000413-34.23.12.5520.080.6053.770.68-26.61.882.0550600650700750010203010001200140016001800200022000500含氣量(m /t)3總礦化度（）mg/l海拔（）m地下水位（）m100050010003#含氣量 太原組地下水位山西組含水層礦化度太原組含水層礦化度15含氣量熱成因煤層氣帶輕微生物氣改造帶強(qiáng)烈生物氣改造帶滯流帶徑流帶補(bǔ)給區(qū) 固井準(zhǔn)備1)厚穩(wěn)定的物質(zhì)基礎(chǔ),T15煤SH3號(hào)較淺，滲透率中等較好，吸附強(qiáng)2)頂?shù)装澹骂^斷層、地下水分水嶺和露頭的水動(dòng)力封堵3)印支期與

3、燕山期變質(zhì)，無(wú)煙煤，鏡質(zhì)組反射率達(dá)4.0%,大量煤層氣4)熱成因氣和次生生物成因氣5)地下水在補(bǔ)給-運(yùn)移-匯聚過(guò)程中，形成了補(bǔ)給區(qū)-徑流區(qū)-滯流區(qū)。逸散帶，含氣量低；煤層氣含量中等，徑流區(qū)；滯流區(qū)高含氣量。我們?nèi)绾握业竭@些氣藏呢我們?nèi)绾握业竭@些氣藏呢? ? 地球物理學(xué)家通過(guò)氣藏反射的聲波找到它們，計(jì)錄聲波反射回來(lái)的時(shí)間 計(jì)算機(jī)處理這些數(shù)據(jù)，構(gòu)造出地下巖層系統(tǒng)的圖像Gas煤層氣煤層氣聲源接收器t = 1 sect = 1.2 sect = 1.42 sec固井準(zhǔn)備我們鉆一口井進(jìn)去我們鉆一口井進(jìn)去 ! ! ! ! ! !我們用什么鉆井？我們用什么鉆井？發(fā)現(xiàn)了氣藏之后我們?cè)摳墒裁?鉆井設(shè)備! 固井準(zhǔn)

4、備鉆井設(shè)備是什么？ 一套可以使我們鉆入地層的特殊設(shè)備。 一套鉆井設(shè)備由很多不同的部分組成:井架，地基，起重設(shè)備，發(fā)電機(jī)，鉆桿，鋼罐，泵，巖石碎屑處理設(shè)備，還有很多其他部件。鉆柱鉆頭起重設(shè)備由以下部分組成:天車(chē),游動(dòng)滑車(chē),游動(dòng)鋼絲繩,和一個(gè)用來(lái)起降游動(dòng)鋼絲繩的絞車(chē)。井架底座井架這幅圖畫(huà)的是鉆井設(shè)備上的起重設(shè)備. 這個(gè)設(shè)備被用來(lái)提升和放下鉆柱的。鉆柱是一根根10米(30ft)長(zhǎng)的鉆桿連接起來(lái)組成的。待用鉆桿在這里，30ft 長(zhǎng)的鉆桿被一根根加到鉆柱上。這樣鉆柱不停的被加長(zhǎng)，可以不停的朝地下鉆進(jìn)。固井準(zhǔn)備這是一幅鉆頭在巖層中鉆進(jìn)的示意圖鉆柱在地表被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)井眼底部的鉆頭旋轉(zhuǎn)。鉆頭上的“牙齒”把

5、巖石磨成碎屑。鉆井泥漿被泵入鉆桿內(nèi)部，從鉆頭的噴嘴流入環(huán)形空間。環(huán)形空間是鉆桿和井壁之間的空間。泥漿將巖屑循環(huán)帶到地表，在那里這些巖屑被移除。 鉆井泥漿循環(huán)3) 泥漿和巖屑混在一起從環(huán)形空間向上提升，帶到地表。濾網(wǎng)5) 巖屑被從泥漿中濾除，形成巖屑堆。這些巖屑將會(huì)被運(yùn)走并處理。 4) 混合物通過(guò)在地表的濾網(wǎng)。1) 干凈的泥漿被泵從泥漿池中抽出，注入鉆桿當(dāng)中。2) 泥漿從鉆頭的流出，進(jìn)入到鉆桿和套管之間的環(huán)形空間，把鉆頭切下的巖屑向上帶出。6) 干凈的泥漿透過(guò)濾網(wǎng)，回到泥漿池。泥漿泵鉆井的工序首先用大鉆頭鉆一小段井眼然后鋼制的套管被下入井中，并用水泥固定套管的外側(cè)，防止井眼塌陷。0200固井準(zhǔn)備

6、下一步，一個(gè)小一些的鉆頭在第一個(gè)套管內(nèi)部開(kāi)鉆。這個(gè)鉆頭從上一個(gè)套管的底部鉆出一個(gè)新的井眼。2000500然后在這個(gè)新的井眼中也下套管，并用水泥固定。固井準(zhǔn)備如前，再鉆一個(gè)更小的井眼，再下相應(yīng)的套管，防止塌陷。固井準(zhǔn)備用這種方法，井眼分段鉆進(jìn)，直到目標(biāo)儲(chǔ)層被鉆穿。他們通過(guò)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行測(cè)井知道是否形成氣藏。 測(cè)井是用電纜將設(shè)備下到井下，記錄巖石的物理屬性，如電阻，孔隙度，密度，放射性，孔隙壓力等等。地質(zhì)學(xué)家如何辨別地層中是否形成氣藏？如果有氣藏，我們?cè)谏a(chǎn)層段下最后一次的套管, 用水泥固定。固井準(zhǔn)備然后在井眼內(nèi)用射孔槍進(jìn)行射孔，擊穿生產(chǎn)層段部分的井壁套管。固井準(zhǔn)備在井眼里放入生產(chǎn)氣管, 用封隔器

7、把生產(chǎn)層段和上部的套管空間分隔開(kāi)氣管封隔器固井準(zhǔn)備最后，這口井的氣體被采到地面的管線(xiàn)，這些管線(xiàn)把井和地面的生產(chǎn)設(shè)備連接起來(lái)。地面的生產(chǎn)設(shè)備將生產(chǎn)出的流體中的水、氣分離分離器水氣氣水分離器水煤層氣從那里，煤層氣會(huì)被進(jìn)一步提煉，之后被賣(mài)到市場(chǎng)上。儲(chǔ)氣罐固井準(zhǔn)備最后，煤層氣產(chǎn)品賣(mài)到市場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，為我們的房屋供暖。固井準(zhǔn)備尺尺寸的套管串，并在其周?chē)⑷胨噙M(jìn)寸的套管串，并在其周?chē)⑷胨噙M(jìn)行行固井。固井。 返返影響固井質(zhì)量，另一方面水泥漿滲入煤層對(duì)煤層造成傷害。影響固井質(zhì)量，另一方面水泥漿滲入煤層對(duì)煤層造成傷害。晉城地區(qū)的潘晉城地區(qū)的潘2 2井和晉試井和晉試1 1井均發(fā)生過(guò)固井水泥漿漏失問(wèn)題。井均發(fā)

8、生過(guò)固井水泥漿漏失問(wèn)題。 要求高。由于要求高。由于煤層氣井井淺、地層溫度低、煤層孔隙壓煤層氣井井淺、地層溫度低、煤層孔隙壓力低力低，煤層段要求水泥漿具有，煤層段要求水泥漿具有低密度、低失水和高強(qiáng)度低密度、低失水和高強(qiáng)度的特的特點(diǎn)，點(diǎn)，還要在考慮降低成本的條件下提高固井質(zhì)量。還要在考慮降低成本的條件下提高固井質(zhì)量。 通過(guò)介紹固井技術(shù)目的、難點(diǎn)、核心、要求？通過(guò)介紹固井技術(shù)目的、難點(diǎn)、核心、要求？ 套管水泥套管水泥。 了解了套管的定義后，固井過(guò)程要求對(duì)井身結(jié)構(gòu)有充分了解才能去采用相應(yīng)的措施去固井段固井。圖圖3-8-1-1 套管類(lèi)型套管類(lèi)型（a）正常壓力井；（）正常壓力井；（b）異常壓力井）異常壓力

9、井井身結(jié)構(gòu)套管井徑鉆頭尺寸常用組合1、能有效的保護(hù)產(chǎn)層，使不同壓力梯度的產(chǎn)氣層不受泥漿污染損害。2、應(yīng)避免漏、噴、塌、卡等復(fù)雜情況產(chǎn)生，為全井順利鉆進(jìn)創(chuàng)造條件，使鉆井周期最短。3、鉆下部高壓地層是所用的較高密度泥漿產(chǎn)生的液柱壓力，不致壓裂上一層套管處薄弱的裸露地層。4、下套管過(guò)程中，井內(nèi)泥漿液柱壓力和地層壓力之間的壓差，不致產(chǎn)生壓差卡套管事故 井身結(jié)構(gòu)確定的原則及依據(jù)對(duì)井身結(jié)構(gòu)有了一定的了解，固井？設(shè)計(jì)套管柱？)/1 (gmqLW)(21HHgPfmc:井下套管柱在某一點(diǎn)所受的外擠壓力:固井時(shí)鉆井液密度(kg/m3 )地層流體密度(kg/m3)H1:水泥返高以上套管柱長(zhǎng)度(m)H2:水泥封固段

10、內(nèi)套管柱長(zhǎng)度(m)g:重力加速度(9.81m/s2) 上式計(jì)算所得外擠壓力減去套管內(nèi)流體所產(chǎn)生的壓力，則為該點(diǎn)套管實(shí)際所承受的外擠壓力。:m套管外鉆井液密度套管外鉆井液密度(kg/m(kg/m3 3););g:g:重力加速度重力加速度(9.81m/s(9.81m/s2 2) )111)(LgLLGLGPmgbL 套管柱設(shè)計(jì)方法有等安全系數(shù)法、邊界負(fù)荷法和最大載荷法。套管柱設(shè)計(jì)方法有等安全系數(shù)法、邊界負(fù)荷法和最大載荷法。目前國(guó)內(nèi)外普通用等安全系數(shù)法。目前國(guó)內(nèi)外普通用等安全系數(shù)法。 所謂等安全系數(shù)法，即在套管柱上各段的最小安全系數(shù)等于所謂等安全系數(shù)法，即在套管柱上各段的最小安全系數(shù)等于 （或大于）

11、所規(guī)定的某個(gè)安全系數(shù)值。（或大于）所規(guī)定的某個(gè)安全系數(shù)值。圖圖3-8-2-6套管柱受力示意圖套管柱受力示意圖 軸向拉力、外擠壓力及內(nèi)壓軸向拉力、外擠壓力及內(nèi)壓力在套管柱各截面上不是均勻力在套管柱各截面上不是均勻分布的。軸向拉力自下而上增分布的。軸向拉力自下而上增加；外擠壓力自下而上減??；加；外擠壓力自下而上減??；內(nèi)壓力從有效內(nèi)壓力（內(nèi)壓力內(nèi)壓力從有效內(nèi)壓力（內(nèi)壓力與外擠壓力的差值）來(lái)看，一與外擠壓力的差值）來(lái)看，一般總的趨勢(shì)自下而上增加。般總的趨勢(shì)自下而上增加。 在設(shè)計(jì)中為了達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的原則，在設(shè)計(jì)中為了達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的原則，整個(gè)套管柱整個(gè)套管柱應(yīng)由不同鋼級(jí)、壁厚和扣型的套管所組成，應(yīng)

12、由不同鋼級(jí)、壁厚和扣型的套管所組成，使各段套管使各段套管柱最小安全系數(shù)等于（或大于）所規(guī)定的安全系數(shù)值柱最小安全系數(shù)等于（或大于）所規(guī)定的安全系數(shù)值（即等安全系數(shù)法）。（即等安全系數(shù)法）。為了避免反復(fù)計(jì)算和設(shè)計(jì)，為了避免反復(fù)計(jì)算和設(shè)計(jì)，在煤層氣井中，先對(duì)下在煤層氣井中，先對(duì)下部（自下而上）進(jìn)行抗擠設(shè)計(jì)，而后對(duì)上部（自下而上）部（自下而上）進(jìn)行抗擠設(shè)計(jì)，而后對(duì)上部（自下而上）進(jìn)行抗拉設(shè)計(jì)，最后校核抗內(nèi)壓強(qiáng)度。進(jìn)行抗拉設(shè)計(jì)，最后校核抗內(nèi)壓強(qiáng)度。在煤層壓力較高的煤層氣井，則首先進(jìn)行抗內(nèi)壓在煤層壓力較高的煤層氣井，則首先進(jìn)行抗內(nèi)壓設(shè)計(jì)，選出滿(mǎn)足抗內(nèi)壓強(qiáng)度的套管，然后再進(jìn)行抗擠和設(shè)計(jì)，選出滿(mǎn)足抗內(nèi)壓強(qiáng)度

13、的套管，然后再進(jìn)行抗擠和抗拉設(shè)計(jì)?？估O(shè)計(jì)。 :1HgPmbcmSHgPc11cmSgPcH/2211inaTbiinaTjiiqTSPL/ 1111iniisSPP 我們對(duì)套管設(shè)計(jì)的受力分析有了一定了解，現(xiàn)在？未水化的水泥顆粒。未水化的水泥顆粒。A級(jí)：深度范圍 01828.8 m，溫度76.7。B級(jí)：深度范圍 01828.8 m，屬中熱水泥，溫度至 76.7，有中抗硫和高抗硫兩種。C級(jí)：深度范圍01828.8 m，溫度至 76.7，高早期強(qiáng)度水泥，分普通、中抗硫及高抗硫三種。D級(jí)：深度范圍1828.83050 m，溫度76127，用于中溫、中壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。E級(jí)：深度范圍 3

14、0504270 m，溫度76143，用于高溫、高壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。F級(jí)：深度范圍為 30504880 m，溫度 110160，用于超高溫和超高壓條件，分為中抗硫及高抗硫兩種。G級(jí)及H級(jí)：深度范圍為 02440 m，溫度093，分為中抗硫及高抗硫兩種。J級(jí)：深度范圍為 36604880 m，溫度49160。API水泥的分類(lèi)國(guó)產(chǎn)以溫度系列為標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥1、水泥漿性能水泥漿密度干水泥密度 3.053.20 gcm3，水泥完全水化需要的水為水泥重量的20左右；使水泥漿能流動(dòng)加水量應(yīng)達(dá)到水泥重量的4550；水泥漿密度1.80 1.90 gcm3之間。水灰比：水與干水泥重量之比。水泥漿的稠

15、化時(shí)間水泥漿從配制開(kāi)始到其稠度達(dá)到其規(guī)定值所用的時(shí)間。API標(biāo)準(zhǔn)：從開(kāi)始混拌到水泥漿調(diào)度達(dá)到 100 BC（水泥稠度單位）所用的時(shí)間。API標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在初始的 1530 min時(shí)間內(nèi)，稠化值應(yīng)當(dāng)小于 30 BC。好的稠化情況是在現(xiàn)場(chǎng)總的施工時(shí)間內(nèi)，水泥漿的稠度在50 BC以?xún)?nèi)。水泥漿性能與固井的關(guān)系水泥漿的失水 一般用30分鐘的失水量表示。水泥漿的凝結(jié)時(shí)間從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時(shí)間。對(duì)于封固表層及技術(shù)套管，希望水泥能有早期較高的強(qiáng)度。以便于盡快開(kāi)始下一道工序。通常希望固完井候凝 8 左右，水泥漿開(kāi)始凝結(jié)成水泥石，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.3MPa以上即可開(kāi)始下一次開(kāi)鉆。水泥石強(qiáng)度能支撐和加強(qiáng)套管。能承受鉆

16、柱的沖擊載荷。能承受酸化、壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)的壓力。水泥石的抗蝕性C3A 3%，C4AF+2C3A 24%加入礦渣、石英砂等提高抗硫能力。2、水泥的外加劑（1）加重劑：重晶石、赤鐵粉等?？墒顾酀{密度達(dá)到 2.3 gcm3。（2）減輕劑：硅藻土、粘土粉、瀝青粉、玻璃微珠、火山灰等?？墒顾酀{的密度降到l 45 gm3。（3）緩凝劑：丹寧酸鈉、酒石酸、硼酸、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、羧甲基羥乙基纖維素等。（4）促凝劑：氯化鈣、硅酸鈉、氯化鉀等。（5）減阻劑：奈磺酸甲醛的縮合物、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、木質(zhì)素磺化鈉等。（6）降失水劑：羧甲基羥乙基纖維素、丙烯酸胺、粘土等。（7）防漏失劑：瀝青粒、纖維材料等。3、

17、特種水泥（1）觸變性水泥：當(dāng)水泥漿靜止時(shí)，形成膠凝狀態(tài)，但在流動(dòng)時(shí)，膠凝狀態(tài)被破壞，它的流動(dòng)性是良好的。（2）膨脹水泥：水泥漿凝固時(shí)，體積略有膨脹。一般用于高壓氣井。（3）防凍水泥：用于地表溫度較低地區(qū)的表層套管固井。（4）抗鹽水泥（5）抗高溫水泥（6）輕質(zhì)水泥提高注水泥質(zhì)量的措施1、對(duì)注水泥質(zhì)量的基本要求（l）對(duì)固井質(zhì)量的基本要求水泥漿返高和水泥塞高度必須符合設(shè)計(jì)要求；注水泥井段環(huán)空內(nèi)的鉆井液頂替干凈；水泥石與套管及井壁巖石膠結(jié)良好；水泥凝固后管外不冒油、氣、水，不互竄；水泥石能經(jīng)受油、氣、水長(zhǎng)期的侵蝕。（2）在固井中常出現(xiàn)的固井質(zhì)量問(wèn)題井口有冒油、氣、水的現(xiàn)象。不能有效地封隔各種層位，開(kāi)采

18、時(shí)各種壓力互竄。因固結(jié)質(zhì)量不良在生產(chǎn)中引起套管變形，使井報(bào)廢等。%環(huán)形空間截面積環(huán)形水泥漿面積頂替效率環(huán)形空間體積環(huán)形水泥漿體積頂替效率2、影響注水泥質(zhì)量的因素（1）頂替效率低，產(chǎn)生竄槽。 注水泥段： 注水泥段任一截面：竄槽：由于水泥漿不能將環(huán)空中的鉆井液完全替走，而使環(huán)形空間局部出現(xiàn)未被水泥漿封固住的這種現(xiàn)象。形成竄槽的原因：套管不居中；井眼不規(guī)則；水泥漿性能及頂替措施不當(dāng)。接觸時(shí)間、頂替速度及流態(tài)、水泥漿流變性等。3、提高注水泥質(zhì)量的措施（1）提高頂替效率，防止竄槽；采用套管扶正器，改善套管居中條件；注水泥過(guò)程中活動(dòng)套管，增大水泥漿流動(dòng)的牽引力調(diào)整水泥漿性能，使其容易頂替鉆井液；注水泥過(guò)程中使水泥漿在環(huán)空的流動(dòng)