第七章 煤层气井增产技术(压裂、洞穴完井等)

洞穴完井技术
洞穴完井技术的适宜条件：
美国的实践表明，适宜洞穴完井的最主要的储层条件是高渗高压，其 次还要求煤层厚度适中、煤层顶板稳定、煤的硬度适宜等。之所以必须高 渗高压，主要机理是：只有高渗高压才能注入雾化气体到煤层中，才能高 效造穴和洞穴的外围的有效的放射状的人造裂缝。否则，要么无法形成增 产所必需的洞穴和放射状裂缝（如河北唐山煤矿因煤硬度较大而导致洞穴 完井失败），要么洞穴坍塌严重，无法保持洞穴的有效性（如河南荥巩煤 田因煤属于典型的构造煤而导致洞穴完井失败）。
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煤层气井增产技术
裸眼扩径
洞穴完井
水力压裂
第一节 裸眼洞穴完井技术
发展历程
洞穴完井是20世纪80年代发展起来的一种完井技术，其最早的形 式是裸眼完井。 直到1977年阿莫科公司用裸眼技术完成了卡恩 (Cahn)1号井并发现较强的气产量后，才有意识地对裸眼井段进行下 套管扩眼。之后，许多公司相继在圣胡安盆地北部煤层气采用这一技 术，人们开始认识到其潜在的优势。 1986年Meridian 石油公司开始在圣胡安盆地使用类似的裸眼完井技 术， 使煤坍塌增大井下洞穴，才真正发展为裸眼洞穴法完井技术。 现在美国有许多作业者已经用裸眼洞穴完井技术代替了对煤层进行水 力压裂处理。
洞穴完井技术
钻孔结构
裸眼洞穴法完井钻孔结构
（1） 造穴后不下套管， 适用于稳定性 较好的储层， 是目前普遍采用的钻孔结 构。 （2） 造穴后下入套管， 可适用于稳定 性较差的储层。 （3） 侧孔造穴， 在已有的钻孔中造斜， 形成一个侧孔， 在侧孔中完井， 以降 低钻探费用。 （4） 造穴失败， 改用水力压裂法完井。
洞穴完井技术
完井效果评价
煤层气井内不规则洞穴的声纳测井曲线
裸眼洞穴法完井效果检 验是通过试井或试生产 实现的。通过完井前后 试井或试生产获得的渗 透率和产出速率的比较 ，就可评价完井强化的 成功与否。另外，通过 声波测井可确定洞穴的 形状和大小
洞穴完井技术
实际完井效果
裸眼洞穴完井方法增产效果十分明显，如 美国圣胡安盆地的“FAIRWAY层”，采用洞 穴完井就取得了较好的结果，其产量比水 力压裂增加了3-20倍。从圣胡安盆地已钻 的4000多口煤层气井来看，有三分之一是 采用裸眼洞穴完井，这三分之一洞穴完井 的井产气量占整个盆地产量的76%。
1988~2000年圣胡安盆地和总美国煤层气产量对比图
洞穴完井技术
设备
洞穴完井技术地 面设备
洞穴完井技术
设备
洞穴完井技术地 下设备
洞穴完井技术
设备
洞穴完井技术整 体设备
现场作业
洞穴完井技术
典型的井场布置示意图
现场作业
洞穴完井技术
洞穴完井技术
侧来自百度文库水力喷射形成湍流 达到更好的冲刷、清洗
煤屑的效果
洞穴完井技术
洞穴完井的优点：
造穴完井工艺对煤层伤害小； 洞穴完井的增产效果更加明显； 施工作业费用较低。
洞穴完井的缺点：
事实上，煤层气洞穴完井开发技术仅仅在美国的圣胡安盆地取得了极 大的成功，且主要集中在所谓的“Fairway”区带（高渗富集区带）显示出 极好的增产效果，因此该方式具有较大的局限性。
《煤层气开发与开采》
第一章 绪论 第二章 煤层气储层特征 第三章 煤层气钻井技术与工程设计 第四章 煤层气工程管理与质量控制 第五章 煤层气测井 第六章 煤层气钻井 第七章 煤层气增产技术 第八章 煤层气排采控制理论与工艺技术 第九章 煤层气数值模拟
第七章 增产技术与增产机理
煤层气裸眼完井技术 煤层气水力压裂技术 注氮气/二氧化碳提高采收率技术 注氮气多煤层连续油管压裂技术
第一节 裸眼洞穴完井技术
概念
通过人工向井筒内高速注气、水或气水 混合物，然后瞬间排放；或者在井中下 入喷咀射流冲刷煤层，在井底形成一个 比井径更大的空腔，即物理洞穴。在造 洞穴过程中，洞穴周围产生了大量张剪 性裂缝，这些裂隙将原有裂隙系统连接 成网络，使洞穴周围渗透率增高，这种 有效提高产量的完井和增产技术即为裸 眼洞穴完井技术。
第一节 裸眼洞穴完井技术
2、裸眼洞穴完井 造穴过程
第一步：形成洞穴区
第一节 裸眼洞穴完井技术
造穴过程
第二步：形成塑形及张裂区
第一节 裸眼洞穴完井技术
造穴过程
第三步：形成挠性区
第一节 裸眼洞穴完井技术
增产机理
加速注入流体与快速 卸压使储层物性改善 的过程中，在钻孔周 围形成4个变动带：洞 穴、塑形带、张性破 坏带和最外部挠动带
洞穴完井技术
洞穴完井技术的量化储层条件：
裸眼洞穴法完井对储层有严格的要求。 适合采用该技术的储层渗透性要 好， 最好渗透率在20md以上，煤级在高挥发分烟煤A以上、埋深在600～ 1000m 范围内， 储层压力在1.2*10-2MPa/m之上。在此条件下，采用裸眼 洞穴法完井时渗透率是最关键因素（煤层本身必须有发育完好的自然裂隙 系统）。在任何一个煤盆地中，必定存在高渗储层，在高渗储层发育区， 必定存在渗透性较好的储层段。寻找这类储层是裸眼洞穴法完井的关键。
洞穴完井技术
洞穴完井的增产机理：
通过动力造穴工艺，在形成 一定规模的洞穴的基础上，还 会在洞穴的外围形成一些放射 状人造裂缝及诱导裂隙，人工 放射状裂缝切截天然裂隙，使 原始闭合的天然裂缝重新开启， 形成纵横交错的裂缝网络，使 近井处渗透率大大提高，同时 应力得到释放，煤的比表面积 增加，便于煤中吸附气的解吸 和扩散。从而实现解堵和增产 效果。
近井地带的空化区和塑性裂缝 渗透率增强区（挠动带）的平面示意图
洞穴完井技术
增产机理
（1）实际洞穴 就是在煤层重复性坍塌和煤屑的清除过 程中形成的。 这就增了煤层的裸露面积，同时也消除 了煤层在钻井过程中受到的伤害 （2）在井筒周围形成一定范围的破碎带 （图2-3-8），使煤层内一些处于封闭状 态的原始微裂缝相互沟通，在面割理方 向也增加了微裂缝的数量。 （3）在破碎带周围形成挠动带。由于应 力释放作用会在剪切破碎带以外产生一 定的挠动效果，这种挠动效果相当于一 种压力波的冲击作用，从而在煤层形成 一个半径约60m左右的渗透率升高区，即 挠动带。