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1、煤层气勘探方法与技术,吴 建 光 中联煤层气有限责任公司 2008 年 4月,大 纲,1.前言 2煤层气勘探开发原则与阶段划分 3 煤层气主要储层参数测试 4 煤层气钻井技术 5 煤层气物探技术 6 煤层气固井技术 7 煤层气完井与增产技术 8 煤层气排采技术 9 煤层气田集输工程,1. 前言,我国煤层气地面开发开始于1989年； “八五”期间，主要以引进消化美国的技术为特点； “九五期间” ，国务院批准成立“中联煤层气有限责任公司”，煤层气对外合作实行专营。我国煤层气勘探成绩显著； “十五”期间，初露煤层气产业化曙光； “十一五”国家更加重视煤层气资源勘探开发，出台了一系列优惠政策和措施，必
2、将促进煤层气产业化进程。,主要勘探地区遍布全国： 鹤岗、鸡西、依兰、铁法、沈北、阜新、珲春、寿阳、和顺、潞安、晋城、霍东、霍西、宁武、乡宁、大宁吉县、石楼、三交、临兴、保德-神府-准格尔、韩城、黄陵、吐哈、准南、淮北、丰城、盘江、恩洪、老厂等地区。 12个生产试验项目： 潘河、端氏、潘庄、韩城、枣园、樊庄、阜新、淮南、临兴、碛口、柳林、午城。,煤层气勘探登记区块: 64个;总面积81810.3km2。 分布在12个省/区,五项目进入煤层气开发试验； 产能达到近10108m3（2007年）,沁南樊庄,沁南潘庄,沁南潘河示范项目,沁南枣园,阜 新,煤层气是一种洁净能源 煤层气可以改善煤矿安全生产
3、煤层气可以有效减排温室气体 煤层气将拉动相关产业的发展,1.1煤层气勘探开发的重大意义,1.2 世界各国煤层气资源量,全世界煤层气总资源量约 91-260万亿立方米。 中国位居前三位。,单位：万亿立方米,1.3 我国煤层气资源分布特点,地理位置上既广泛又集中,沁水盆地和鄂尔多斯盆地是煤层气资源量最大的两大盆地，超过10万亿立方米，为规模开发提供了资源条件。,埋深适于开发的资源比例大 埋深1500米以浅煤层气资源为主，占 60%，有利于煤层气的勘探和开发。,1.3 我国煤层气资源分布特点,1.4全国已获煤层气探明储量,大 纲,1.前言 2煤层气勘探开发原则与阶段划分 3 煤层气主要储层参数测试
4、4 煤层气钻井技术 5 煤层气物探技术 6 煤层气固井技术 7 煤层气完井与增产技术 8 煤层气排采技术 9 煤层气田集输工程,2 煤层气勘探开发原则与阶段划分 煤层气与常规天然气的不同点,1、充分反映煤层气的特殊地质规律； 2、有利于中国煤层气产业的成长和发展； 3、科学性、实用性和可操作性。,2.1 煤层气勘探开发原则,煤储层的特点决定了煤层气在勘探期难于划分明显的阶段，最适合进行滚动勘探开发。 根据近年来煤层气勘探经验，划分为三个阶段： 1 战略选区 2 区域勘探 3 区块开发,2.2 煤层气勘探开发的阶段划分与地质评价,1 战略选区 在大的煤田区域内，确定煤层气勘探靶区。 2 区域勘探
5、 1）煤层气工程实施获得含煤性、含气性及相关的储层参数； 2）通过单井压裂、排采试验初步了解了产能； 3）通过实施小型先导性试验，获取井网优化参数、产能及可采性; 4）获取勘探区块煤层气探明储量。 3 区块开发 开发是指在勘探区域内，获得煤层气探明储量，按照设计的开发方案部署了一定井距的开发井网后进行的煤层气资源的正式开采活动。,2.2 煤层气勘探开发的阶段划分与地质评价,4 勘探方法 在煤层气田勘探开发周期中，要遵循的是选区勘探开发试验三个阶段。,各阶段的作业任务和目的,2.2 煤层气勘探开发的阶段划分与地质评价,2.2 煤层气勘探开发的阶段划分与地质评价,5 煤层气地质评价理论与技术 1）
6、战略选区阶段的区域地质评价 确定潜在的勘探区； 2）勘探阶段的地质评价 部署专门的煤层气实物工作量，获得更为可靠的储层参数。进一步认识勘探区煤层气开发潜力，优选开发区块进行小型先导性试验；建立气水产量与压力和时间的对应关系，建立产能曲线，了解储层裂隙发育情况和渗透率的各向异性； 3）开发阶段的地质评价 运用储层模拟技术进行井网优化和钻井、完井及增产方式选择；开发经济、技术可行性分析。,大 纲,1.前言 2煤层气勘探开发原则与阶段划分 3 煤层气主要储层参数测试 4 煤层气钻井技术 5 煤层气物探技术 6 煤层气固井技术 7 煤层气完井与增产技术 8 煤层气排采技术 9 煤层气田集输工程,3.1
7、 煤层气主要储层参数测定方法,1 煤岩基质特性测定,2 天然裂隙系统特性测定,3.1 煤层气主要储层参数测定方法,3.2 煤层气主要储层参数的测定,1 储集能力测定 采用兰格繆尔等温吸附线测定，其方程式： V=VLP/PL+P V吸附量；P压力；VL兰氏体积；PL兰氏压力 等温吸附线的应用以下四个方面: 1) 评价煤层的最大吸附能力； 2）预测生产过程中煤层气的临界解吸压力； 3）预测生产过程中压力降低时煤层气产出量和产出速率； 4）确定储层初始含气饱和度。,2 含气量测定 直接法直接测量从试验煤样中释放出的气体； 间接法利用实验室测定的等温吸附等参数计算获得。 直接法测定煤层气含量，包括三个
8、部分：损失量、实测解吸量、残余量。 Q=32.0368（VLL+ Vm + Vrd）/m Q 含气量；VLL损失量；Vm解吸量；Vrd残余量；m煤样重量 换算成干燥无灰基: Qdaf=32.0368（VLL+ Vm + Vrd）/mad(1-Aad-Mad),3.2 煤层气主要储层参数的测定,3 渗透率测定 控制煤层气产量的最重要的储层特征之一，通过试井估算ka、p、s等未知参数。试井数据是精确估算原地裂隙系统渗透率的唯一方法。 应用于煤岩双孔隙度储层模型的方程如下：,3.2 煤层气主要储层参数的测定,4 煤层气井常用试井方法 1）钻杆测试（DST） 2）段塞测试法 3）注入/压降测试法 4）
9、水箱测试法 5）多井干扰测试法,3.2 煤层气主要储层参数的测定,大 纲,1.前言 2煤层气勘探开发原则与阶段划分 3 煤层气主要储层参数测试 4 煤层气钻井技术 5 煤层气物探技术 6 煤层气固井技术 7 煤层气完井与增产技术 8 煤层气排采技术 9 煤层气田集输工程,4 煤层气钻井技术 直井按其目的一般分为参数井、参数+生产试验井、生产井。直井以其工艺简单、成本低等特点，得到的大量的应用； 水平井按其工艺一般分为水平井、多分支水平井、U型井、短半径水平井等。水平井以其单井产量高、资金回收快等特点，也越来越受到关注。,多分支水平井与直井特点对比,4.1 直井钻井的主要工艺及特点 1 常规钻井
10、 1)技术成熟，对施工设备的要求较低； 2)地质条件的适用性较强； 3)钻井过程中，井壁稳定性较好，且能够完成较为详实的录井工作； 4)不足是钻速较慢，对储层伤害较大，单井建井周期长。,4.1 直井钻井的主要工艺及特点 钻井程序与井身结构特点,钻井工程质量控制 井身质量：井身、井斜、井底位移等； 钻井液质量：密度、失水、固相含量等； 固井质量：水泥浆比重，水泥返高，胶结程度等； 录井质量：岩屑录井，泥浆录井，气测录井等；,4.1 直井钻井的主要工艺及特点,2 空气冲击钻的特点,1）空气潜孔锤钻进效率高 2）对储层伤害较小 3）对环境污染小 4）设备自动化程度高，易于搬迁，适合丘陵地区施工 5）
11、自动化程度的提高，大大降低了工人劳动强度,4.1 直井钻井的主要工艺及特点,车载顶驱空气钻机：T685,空气冲击钻系统配置以沁南为例,T685WS顶驱车载钻机主要设备,空气潜孔锤钻头,3 直井煤层的保护措施 1)减少钻井液固相含量或采用空气欠平衡钻井技术； 2)尽量缩短煤层暴露时间； 3)固井质量控制。,4.1 直井钻井的主要工艺及特点,1 水平井的钻井特点 1) 多分支水平井实现割理和裂隙更有效连通，使气、水快速产出； 2) 多分支水平井避免了固井、压裂对煤储层的伤害； 3)多分支水平井控制范围大，降低了地面集输工程的成本； 4)多分支水平井减少了地表植被破坏，更加有利于环境保护; 但多分支
12、水平井钻井工艺技术复杂，钻井成本高；适用范围窄，要求目标煤层稳定，煤体结构完整、煤岩强度较高。,4.2 水平井钻井技术,多分支水平井与直井对比,2 多分支水平井的关键环节 1)地质认识的程度，并非所有的地区所有的煤层都适合钻多分支水平井，因此在施工前必须对目标煤层进行深入的研究； 2)连通技术，连通一般此依靠旋转磁场定位系统来实现； 3)井眼轨迹控制，利用LWD或MWD、EMWD等监测井眼轨迹方位、井斜、工具面来实现井眼轨迹控制； 4)井眼稳定性控制。一是要优化井身结构设计；二是合理控制钻井液体系；三是钻进过程中，采取相对稳定的井眼工程技术措施。,4.2 水平井钻井技术,4.2 水平井钻井技术
13、,3 多分支水平井煤层的保护措施 1)钻井液性能控制； 2)完成井眼进尺后，采取替浆洗井措施； 3)采用平衡钻井或欠平衡钻井技术。,4 实例分析 以晋城为例，根据地质条件和煤层特性提出两种井身结构： 方案一，在距水平井井口200m且与主水平井眼在同一剖面上设计1口垂直井，与主水平井眼在煤层内贯通，保持井眼打开，用于排水采气 方案二，主水平井下泵直接抽排水采气，分支井同方案一,洞穴沟通两井,45,45,100m,煤层,主水平井眼,分支水平井眼,口袋,方案一,4.2 水平井钻井技术,方案一钻井工艺,多分支水平井示意图：,生产井,工程井,方案一井身结构,工程井井身结构和套管程序,多分支水平井双井连通
14、U型井,方案二井身结构,工程井井身结构示意图：,多分支水平井主要设计原则,主水平井眼一般采用中（小）曲率半径和“直增增稳（水平）”的连增复合型剖面，井眼轨迹圆滑、摩阻和扭矩小，造斜点选在煤层顶部砂岩或泥岩层内； 分支井眼采用中曲率半径“增稳”剖面，与主水平井眼呈45夹角。,水平井轨迹设计采用双增剖面、双控制点 无线随钻测斜定向技术 煤层随钻地质导向技术 煤储层保护技术 侧钻技术,多分支水平井采用新技术,大 纲,1 前言 2 煤层气勘探开发原则与阶段划分 3 煤层气主要储层参数测试 4 煤层气钻井技术 5 煤层气物探技术 6 煤层气固井技术 7 煤层气完井与增产技术 8 煤层气排采技术 9 煤层
15、气田集输工程,煤层气物探技术主要介绍煤层气地震勘探和煤层气测井技术。 5.1 煤层气地震勘探技术 地震勘探主要目的是对地质构造研究、探测，裂隙的探测技术尚不完善，探测煤储层的裂隙处在研究中。,5 煤层气物探技术,裸眼井 标准测井（4） 双侧向（DLL）、自然电位（SP）、自然伽马（GR）、双井径（CAL）。 综合测井（9） 双测向 （DLL）、微球形聚焦（MSFL）、自然伽马（GR）、自然电位（SP）、双井径（CAL1）（CAL2）、补偿密度（DEN）、补偿中子（CNL）、补偿声波（AC）、井温（TEMP） 套管井 全井进行声幅、自然伽马、套管接箍测井、声波变密度测井,5.2 煤层气测井技术,
16、大 纲,1 前言 2 煤层气勘探开发原则与阶段划分 3 煤层气主要储层参数测试 4 煤层气钻井技术 5 煤层气物探技术 6 煤层气固井技术 7 煤层气完井与增产技术 8 煤层气排采技术 9 煤层气田集输工程,6.1煤层气固井技术与工艺 1煤层气固井技术要求 水泥返高计算： H（Fd/10-m）hd/(c-m) Fd煤储层破裂梯度，kPa/m； m固井时井内钻井液密度，g/cm3；hd煤层深度，m； c最大水泥浆平均密度,g/cm3； 水泥浆密度计算方法： =Fd/10-100Po/h 式中: 最大水泥浆平均密度，g/cm3； Fd煤储层破裂梯度，kPa/m； h煤层气井垂深, m ； Po固井时水泥浆流动压力和摩阻压降之和，MPa。,2 煤层气固井施工工艺要求 煤层气井表层套管固井水泥浆返至地面。 煤层气井生产套管固井应采用低密度（1.6g/cm3）、抗压强度大于14MPa，水泥浆上返至最上一个目的煤储层以
