中国煤层气勘探开发技术

强化压袭和排采系统配套的工程工艺技木．应用遗套技术实现丁我国煤层气勘探的突破性盎屉。介绍了这套煤层气　勘探开发工程工艺技术的基本内窖、特点丑应用情况．　，　，　关键词＿塑Ｅ曼墨垫驾　苎技术　乏　三　，　、　第一作者简介梅世饼　男，５６岁．教授级高级工程师．１９６１年毕业于中南矿冶学院，理为华北石油她质局副　总工程师，从事煤层气勘探试验及科技攻关研究，是　八五　国家重点科技攻关珥日　煤层气勘探开发评价选区及工程　工艺技术攻关研究　课题负责人。　１煤层气工程工艺技术基础研究　２煤层气勘探开发技术方法　煤层气不仅是气源岩层，也是煤层气的储集层，了　２．１煤层气钻井取心技术　解和研究煤层气的产出机理和储层基本特征是建立和　研制开发了ＭＳ一２１５型绳索取心工具和与其配　形成适合煤层气勘探开发需要的技术基础　毫的工艺技术，能够全面满足煤层气井取心的技术要　煤层气是以吸附状态赋存在煤层中，其产出是降　求　该工具由三大部件组成・三管单动岩心管，钻头及　压一解吸一扩散一渗流的过程。它的产出与储层的等　打捞器。该取　Ｌ，Ｉ具有九项结构特点，包括：三管单动．　温吸附曲线、相对渗透率曲线、临界解吸压力、地层孔　隐蔽式双作用卡心机械，上挂下座中扶正机构，到位报　隙压力及吸附时间有关　它产出的经济性评价与孔隙　警机构，堵心摄警机构，薄壁超前阶梯取心钻头，绳索　压力，古气饱和程度　煤储层渗透率及水补给条件有　取心方式，双头螺纹，半台管。这些特点都是为了适应　关。对不同类型的煤层气储层应选择使用不同的工艺　和满足煤层气井取心提高煤心收获率、减少提钻时间　技术方法。　和出简时间（减少逸散气量）、保持煤心原始形态等特　煤层气储层与常规天然气储层存在的差别决定了　殊要求而研制的　各自的储气方式、储气能力，产能和开采方式，并对采　２．２煤层气试井技术　用的勘探开发技术产生重要影响。　２．２．１　注入／压降测试技术　注入／压降浸Ｉ试是最普　煤层气的古气量和等温吸附曲线的测定要求必须　遍适用的煤层气井测试方法。它是以恒定排量向地层　进行煤层取心，井保证其收获率和减少逸散气量。　注入洁净流体，注入一定时间后关井测其压力降落　根　煤层气的产出一般存在三十阶段，即单相水流动、　据注入期数据和／或关井压降期数据进行试井资料分　非饱和单相流动、两相流动，煤层的古气饱和程度决定　析解释，求取地层特性参数　注入／压降测试在注入期　了煤层气产出时的流动状态　由于产出铡试很容易出　易使地层压力增高，可能把地层压开而造成测试失败。　现非饱和流动和两相流动，它们会使测试分析变得复　另外，设计时要考虑井简储存效应和探测半径及关井　杂和模糊不清甚至无效。因此，需要研究发展以注入／　时间　因此正确地做好注入／压降测试设计尤为重要。　压降为代表的注入浸Ｉ试方法　测试管柱包括井下关井工具、封隔器、油管、筛管、　煤岩特殊的力学性质使煤层垂直水力裂隙临界深　电子压力计等。地面流程主要有连接管汇、注入泵、注　度大大浅于常规油气层　煤岩自然割理系统使煤层压　入流量记量系统和压力表等。设计内容主要包括注入　裂中常呈现多裂缝和复合裂缝。　流体设计、测试时间设计、地面注入最高压力设计和注　只有当储层孔隙压力降到临界解吸压力以下时才　入排量设计等。铡试资料的分析解释方法主要采用半　有甲烷气解吸产出。由于煤层气的产出是解吸和运移　对数直线法、典型曲线拟合法和霍纳法，可分别对均质　的过程，因此要求排采不能中逾间断面应连续进行，否　无限大储层、复合储层、双渗储层、垂直裂隙模型和变　则中途间断相当于从头做起　井简储存等测试压降数据进行数据分析　２．２．２段塞？则试技术它是通过对井旖加压力瞬变　（或水头），测试压力随时间的变化情况。段塞铡试分为　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９６年第４期　探矿工程　２７　降液面段塞测试、产出段塞测试及加压段塞测试。其中　降液面段塞最为常用，适用于低压地层，测试工艺简　单，数据分析也简单。产出段塞由于容易产生两相流动　从而使数据分析复杂化，因而在煤层气井中应用受到　限制。加压段塞与降液面段塞测试相似，但加压段塞测　试井口压力大于零，它适用于**衡或高压地层，但这　种方法施工较复杂，且易产生变井筒储存效应。　段塞测试管柱结构同注入／压降测试，但不需要井　析项目有：流变性能，滤失性能，破腔性能，表面性能　（表面张力和接触角），抑制性能，配伍性能，残渣含量　及基质渗透率伤害　２．４．３压裂设计及优化其基本程序和内容如下：　（１）压裂前地层评价ｆ（２）建立储层剖面（包括　、Ｋ和　Ｅ剖面等）；（３）选择压裂液及支撑剂；（４）选择压裂模　型，模拟预测裂缝几何形态ｆ（５）经济评价确定最佳压　裂半径；（６）制订具体蒲工作业程序和计划｝（７）进行施　下关井工具。常用的段塞测试资料处理分析方法是典　型线拟合法、褶积法和反褶积法。　２．２．３　ＤＳＴ测试技术它和常规油气井的ＤＳＴ测　工前测试压裂，修改完善设计参数；（８）加砂压裂，实时　检测、模拟与调控作业参数；（９）进行压裂后压裂压力　全过程历史拟合分析｝（１０）压裂后试井，分析压裂效　试方法相同，但由于煤层一般鞍浅，使得测试工具在座　封　开关测试阀方面相对较困难，因此需要选择合适温　度和硬度的封隔器胶筒，同时对测试阀开关延时作相　应调整。为防止气体解吸出现两相流动，煤层气井　ＤＳＴ测试要求其最低流动压力应高于储层临界解吸　压力。因此，ＤＳＴ｛魁试适用于灾饱和煤层气储层，且要　求临界解吸压力要比原始地层压力低很多。　２．２．４煤层气及其围岩原地应力测试技术原地应　力测试是采用注入泵以较大的恒定排量快速将地层压　开，然后关井测压降曲线，根据注入曲线不同的特征确　定破裂压力、重张压力、延伸压力及抗张强度等参数。　根据关井压降曲线确定闭合压力。一般测四个周期　测　试地面流程及井下设备与进行渗透性的注入／压降测　试相同。采用双对数法和时间平方根法对裂缝闭合压　力进行分析。　．　２．３煤层气井完井捌ｔ　完井方式选择以产层封闭性和人口方式类型为依　据，提出完井方式分类如下：　完井方式　入口方式　强化方式　套管完井｛　包括屠间射孔’　ｒ　ｒ筛管　压裂　Ｉ棵眼｛裸眼　压裘　棵眼完井｛　乜；　２．４煤层气强化压裂技术　２．４．１　煤层力学物理眭质测试分析为进行压裂设　计、摸拟及压力分析　施工前对试验区目的层煤层及上　下围岩岩石力学物理性质参数进行实验测试分析，基　本实验测试内密包括：岩石弹性模量，泊抡比，抗压强　度，抗拉强度，抗剪强度（内摩擦角和牯聚力），硬度，密　度．比热及热导率，水份含量等　２．４．里压裂液实验评价与筛选进行的主要实验分　果，信息反馈。　２．４．４实时压裂模拟分析与处理技术该技术是利　用先进的压裂模拟与计算机手段，井采用配套作业技　术，对实际压裂数据进行实时检测与分析处理　井将分　析结果及时反馈到作业操作中，从而实现优化设计向　优化蕊工的转化　采用的压裂模拟软件系统为集合三　维模型，该系统具有与压裂仪表指挥车直接通讯的功　能。与此相配套的施工技术包括：微型压裂，小型压裂，　微脉冲试验，携砂段塞，阶梯降捧量和瞬间停泵。　２．４．５压裂压力分析技术采用压裂压力全过程历　史拟合技术，通过应用实测压裂作业数据和储层参数，　将模型模拟计算的压裂净压力以历史拟合的方式与实　测压裂净压力进行拟合，通过调整与压力响应相关的　储层参数，使模型计算净压力与实测净压力一致，在此　基础上分析解释水力裂缝发育形态及压裂液效率等参　数。该方法解决了常规压裂压力分析中模型计算压力　与实测压力不一致等技术缺陷，使裂缝发育分析的可　靠性和精度都大为提高，可分析处理多裂缝和复合裂　缝发育情况。　利用压降模拟分析方法确定出与特定裂缝阻塞机　理相关的压降特征，以此压降法为基础对煤层压裂中　常见的异常高作业压力进行机理诊断分析，也为完井　和强化方案的改进提供依据　２．５煤层气排采技术　在勘探阶段煤层气井排采工作目的在于准确地、　连续长时间地记录产出的气量、水量、渣面高度、套管　压力、出砂或／和出煤屑情况、水质变化等。根据所采集　的数据进行储层工程研究，以预测产能曲线和进行勘　探区的经济评价。排采技术的内容包括：（１）排水采气　方法选择｝（２）井下管柱结掏设计；（３）单井捧采地面流　程设计；（４）排采生产工作制度建立；（５）排采动态数据　采集与分析。　维普资讯 http://www.cqvip.com

探矿工程　１９９６年第４期　３应用情况　口井产气量经压裂均由压裂前小于５ｍ　／ｄ提高为超　（１）用ＭＳ一２１５型煤层气井取心工具及配套工艺　过工业气流标准产量，各井平均产气量超过ｌＯ００ｍ　／　技术，在榔林工区５口井使用，共在煤层中取心４６回　ｄ，单井最高产气量超过７０００ｍ。／ｄ　次．总平均收获率达９０．４３　。　（５）建立丁科学舍理的小型井网排采工作制度和　（２）从１９９１年至１９９５年先后在淮南、安阳、澄河、　工艺流程。自柳林试验区开始排采以来．已在７口井排　柳林试验区对ｌ５口井进行５１次煤层气井注入／压降　采１　６０井月ｔ取得大量排采数据　和段塞测试，建立丁柳林试验区地应力剖面。对４十地　区的勘探评价提供丁正确的参数　４参考文献　（３）在上述４个地区ｌ４口井中依据储层不同条　：ｉ　黄景诚等．珙屡气译文集．河南科学技术出版社，ｉ９９０　件，研究应用了套管射孔完井、裸眼完井等不同完井方　Ｃ２３　Ｊｏｈｎ　Ｗ．Ｅｌｙ，Ｓｔｅｐｈｅｎ　Ａ　Ｈｏｌｄ［ｔｃｈ．Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈ－　法，取得实践经验和良好应用效果。　ｎｏ　Ｌｏｇｉｅｓ　ｄｅｐｅｎｄ　ｏｎ　ｃｏａｌ　ｓ㈣ｅｂａｒａｃｔｅｒｉｓｔ［ｅｓ．ｏｉｌ　８Ｌ　Ｇａｓ　（　）在淮南　安阳、柳林３十试验区成功地完成１８　Ｊｏｕｒｏａｌ，１９９０，（７）　次大型加砂压裂，¨次测试压裂。其中柳林试验区７　Ｃｏａｌｂｅｄ　Ｍｅｔｈａｎｅ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｍｅｉ　Ｓｈｉｚｉｎ　Ｌｉ　Ｚｈｉｇａｎｇ　Ｌｉｕ　Ｍａｏｓｈｅｎ　Ｃｈｅｎ　Ｗｅｉｌｏｎｇ　（Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００６）　Ｃｏａｌｈｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｉｓ　ｗｅｌｌ　ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ　ａｓ　ａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｃｕｌｐｒｉｔ　ｆｏｒ　ｍｉｎｉｎｇ　ｈａｚａｒｄｓ　ａｎｄ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ．Ｃａｎ　ｉｔ　ｂｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙ　ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ？Ｉｔ　ｔｏｏｋ　ａ　ｌｅｎｇｔｈｙ　ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｃｕｒｖｅ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｔｈｅ　ａｎ　ｓｗｅｒ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｈａｓ　ｍａｄｅ　ｉｔ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｒｔ　ｔｈｉｓ　ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｇａｓ　ｉｎｔｏ　ｎｅｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｔｏ　ｂｅ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ｐｅｏｐｌｅ．　Ｃｈｉｎａ’ｓ　ｃｏａｌｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ｅｎｏｒｍｏｕｓ．ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｒｅｇａｒｄｉｎｇ　ＣＢＭ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｃｅｎｔ　ｔｅｎ　ｙｅａｒｓ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｓｔ　ｆｏｕｒ　ｙｅａｒｓ　ｈａｖｅ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｉｎ　ａ　ｆｕｌｌ　ｓｅｔ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｉｓ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕ　ｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｐａｃｋａｇｅ　ｈａｓ　ｌｅｄ　ｔｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｂｒｅａｋｔｈｒｏｑｇｈ　ｉｎ　Ｌｉ—　ｕｌｉｎ　ｐｉｌｏｔ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　Ｓｈａｎｘｉ．Ｓｉｘ　ｗｅｌｌｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ａｌｌ　ｙｉｅｌｄｅｄ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｓｉｎｇｌｅ　ｗｅｌｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎ　ｅｘｃｅｓｓ　ｏｆ　７０００ｍ　／ｄ，ｔｈｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ　ｓｈｅｄｓ　ｌｉｇｈｔｓ　ｔＯ　ｍａｓｓｉｖｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｔｈｉｓ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ：　（１）ＣＢＭ　ｗｅｌｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｃｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　（２）ＣＢＭ　ｗｅｌｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　（３）ＣＢＭ　ｗｅｌｌ　ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　（４）ＣＢＭ　ｗｅｌｌ　ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　（５）ＣＢＭ　ｗｅｌｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　ＣＢＭ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｉｓ　ｒａｔｈｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｆｉｔ　ｉｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｇｅｏｌｏｇｉｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｐａ—　ｒａｍｅｔｅｒｓ［ｏｒ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｔｉｍｅ，ｗｅ　ｈａｖｅ　ａ　ｇｏｏｄ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ｂｕｔ　ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｌｏｎｇ　ｗａｙ　ｔｏ　ｇｏ　ｂｅｆｏｒｅ　ｒｅａｃｈｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃｏｍｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ