“低階煤、多煤層、薄煤層”煤層氣開發(fā)技術(shù)及其應(yīng)用

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低階煤、多煤層、薄煤層壓裂技術(shù)

沈陽煤層甲烷氣開發(fā)中心陳兆山周陽

一、前言近年來我國煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)主要集中于高階煤區(qū)，對于低階煤儲層及成藏規(guī)律的特性討論與實(shí)踐仍在探索和啟動(dòng)階段。我國的低階煤(rma*≤0.65%)分布非常廣泛，低階煤在物質(zhì)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)和孔隙構(gòu)成

上與中、高階煤有較大的差異，低階煤的吸附技能總體低于中、高階煤。因此，對于低階煤區(qū)而言，改善煤儲層滲透條件，建立良好的煤儲層解吸—擴(kuò)散—滲流通道是煤層氣開發(fā)勝利的關(guān)鍵。CoalbedMethane

一、前言琿春煤田八連城井田BLC-03井、BLC*-1004井、BLC*-1005井測井和地質(zhì)錄井中獵取的儲層特征參數(shù)：琿春煤田煤層結(jié)構(gòu)具有多煤層、薄煤層的特點(diǎn)

煤層總厚度17-25m

分布間距132-218m

可采煤層僅占45%≥o.8m

不可采煤層占55%0.8m

CoalbedMethane

一、前言琿春煤田Roma*/%一般在0.42%-0.67%之間，依據(jù)Roma*/%劃分煤階，琿春煤田屬于低階煤范疇?？紤]：琿春煤田具有低階煤、多煤層、薄煤層的特點(diǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性及設(shè)備規(guī)模技能

琿春煤層氣開發(fā)區(qū)選用水力攜砂壓裂及投球分壓原理對煤儲層進(jìn)行改造。針對這樣繁復(fù)的煤層結(jié)構(gòu)體系，我們首先將投球分壓壓裂工藝技術(shù)應(yīng)用于低階煤、多煤層、薄煤層、大井段儲層改造中。CoalbedMethane

二、煤儲層條件琿春煤田八連城—板石Ⅰ區(qū)煤層氣資源保存完好，區(qū)塊內(nèi)賦存煤炭儲量3.439108t,煤層氣資源量19.619108m3。1煤層平均埋藏深度較淺，煤層氣含氣量居中，徑直法實(shí)測煤層氣含量平均為6.20m3/t。

2煤儲層平均滲透率相對較高，孔隙率最大達(dá)20.12%,最小為5.6%,平均為12.48%。

3煤儲層屬正壓地層，其壓力梯度在1.011.05Mpa/100m,煤層儲氣壓力較高，含氣飽和度高，地質(zhì)構(gòu)造條件簡約。

CoalbedMethane

三、鉆井概況項(xiàng)目設(shè)計(jì)地面鉆井3口井，其中：參數(shù)井兼生產(chǎn)試驗(yàn)井1口，生產(chǎn)試驗(yàn)井2口，總鉆井工程量：1720m。完鉆深度523.90m,鉆遇煤BLC-03井層總厚度17.34m。BLC*1004井

完鉆深度569.42m,鉆遇煤層總厚度20.17m。完鉆深度550.91m,鉆遇煤層總厚度27.71m。

BLC*1005井

CoalbedMethane

三、鉆井概況琿春煤田八連城井田煤層氣鉆井工程井位布置圖(19煤層底板等高線)

15'

436035

48.5

436040

436045

17'

436050

43605575-52-333.43

43606075-45-308.24

436065

436070

436075

48.5

13'

00-4

F7

F1

11'

75-40-352.20514尖滅75-45-308.24

48.0

75-44-311.76

511-385.83

59-38尖滅

-350

-300

75-53-264.92

74-39-285.25

9'47.5

513-317.85521-266.38

412-320.51

810-302.99

14'

煤層氣開發(fā)較有利區(qū)16

F13

604-226.87

-350

F11

-300

48.0

F12

61-

511-311.55

75-43

47.5

10

12

14

74-38-279.01

12'

煤層氣開發(fā)不利區(qū)806-299.12520-268.78418-279.3074-42-344.41

47.0

74-33-324.10

18

47.0

612

-300

75-47-276.62

16'

807-280.93804-319.09

519-307.80

509-348.49

F13

74-32-359.22

74-37-298.23805-355.39795-278.74

46.5

-350

F14

00-3

413-316.43

7'

75-12-388.19

74-31-316.43

46.0

16797819-299.08789-278.99

F1

60-186-398.05

F26

74-26-396.84801-333.44

74-30-352.77818

-300

F10

45.5

-350

817-269.4574-25尖滅

75-49-256.25

-300

408-387.80

10'

508-348.02

F6

-350

F6

794-336.64

791785-269.98834-320.55780-249.38

F24

417尖滅

F4

-250

45.0

355

271

-300

259

-324.1

14

10

12

74-24尖滅268-346.98

260261262264-345.8-345.2-341.1

-335.8

-313.7

258

-321.1

334

257

-313.2

F2

256

-310.9

8

254

-306.4250

792-309.96-310.2

F45

270

-306.2

253

-314.0

248

272-310.1

249

12

-317.4

332

12

14

-350

14

-334.9

-325.3

16

16

-418.5

247

407

331

168

-326.2

336-339.7

-418.6

507-330.82337338339341342343-330.8-332.0-342.6-343.7-341.8

-338.3

241

402405

346349347-358.6-354.2

-349.4

-340.2

317318-359.7

205-394.1

-419.4

75

316

202

208

787319-316.7320219230-327.1106107110-326.4-336.9-347.4

314315-370.2-381.9

-392.7

223222

H476

328

66

-498.1

-396.4-417.7213

214-394.2

235570

78-419.6

217218-370.5

207

101102103104-388.0-403.9-418.3

321

-339.8

-419.

-419.7

-419.3

7

-400

239

-326.8

-356.3

105

-367.6

353

J5

J6

34

-419.727

359354

J2-419.8-421.6

-424.3

53-424.1

-339.8352-419.5

44.5

788-365.61611-328.5615612-326.2-329.1616

51

52

602

-327.4

601

-326.4

120

604605-330.4

-334.3

122

-339.8137-326.6

20

833-318.15774

-250

409-390.87

煤層氣開發(fā)較有利區(qū)344345-340.7

-418.7

-336.4

-350

-419.2

74-28-319.28

166

-418.6

167

-335.6

-326.7

八連城煤礦40645-441.362

-418.5

-421.3

82

306

403

-417.48

301

-461.3

21-421.3300

329

-420.7305

-326.5240

-340.0

404-398.3

309

-421.3

-443.3

181

78-420.

16

400

313

-404.1

主井225

182

-446.0

H364-482.4

83

-420.6

H2-420.3

副井H1-420.0

24

358

136

610

614621620619-339.1-339.9

-343.2608-351.3

607

-339.1

F16

F21

74-23-389.10

628

-341.1

783-341.27

627

-337.0

-300

-338.7

F1

5

506-372.16

50-3

44.0

74-22BLC-102經(jīng)距：43603965緯距：743985標(biāo)高：28.00設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

F18

BLC-101經(jīng)距：43604265緯距：743995標(biāo)高：28.00設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

784

BLC-103經(jīng)距：43604110緯距：743725標(biāo)高：28.00設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

14

-400

F20

經(jīng)距：43604415緯距：743765標(biāo)高：28.00設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

420

825-340.02

經(jīng)距：43606500緯距：743779標(biāo)高：27.00設(shè)計(jì)井深：550

m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

八連城煤礦西采區(qū)43.5BLC-105經(jīng)距：43604325緯距：743500標(biāo)高：28.00設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

12

777-371.9974-21828-388.26

827-363.17

764-370.05BLC-03經(jīng)距：43606400緯距：743580標(biāo)高：27.00設(shè)計(jì)井深：580m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

F30

BLC-104

9

648

BLC-04

410-380.13

-400

經(jīng)距：43605950緯距：743325標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：600m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

BLC-01

經(jīng)距：43606245緯距：743320標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：600m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井(參數(shù)井)

BLC-10經(jīng)距：43606545緯距：743313標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：600m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

BLC-15經(jīng)距：43606845緯距：743313標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

0515

0603

F2314

1612.83F768-449.14

18.79

762-348.77

43.0

BLC-0614.15815-389.57經(jīng)距：43606035緯距：743033標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：620m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

BLC-08經(jīng)距：43606399緯距：743018標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：630m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

BLC-11經(jīng)距：43606700緯距：743024標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：600m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

F19

-450

503-481.21

經(jīng)距：43606207緯距：742787標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：650m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

10

42.5

F8

15

16

769-441.47

10

F25

15.81

826-415.64

-400

F17

BLC-07BLC-09經(jīng)距：43606555緯距：742761標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：650m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

BLC-12經(jīng)距：43606888緯距：742790標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：600m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

813-481.44

-450

圖BLC-04煤層氣設(shè)計(jì)井

例-350

111209036.703.41m3/t-485.45全煤厚度煤田鉆孔23煤底板標(biāo)高煤層氣采樣井2.0m3/t

CoalbedMethane42.0

11

7

-500

811尖滅

6m

全煤層等厚線

含氣量等值線

斷

層

13

631-438.89

15.30

647-438.89

煤層底板等高線

井田界線

436035

436040

436045

436050

436055

436060

436065

436070

436075

1742.542.0

-350

-350

46.5

1074-36-301.07822-375.63

518尖滅

50-3

1275-48-346.18796-339.04-300

820-299.35

14-300

517

46.0

74-35-275.43

75-40-284.05

790-261.80

823-302.90

-35074-29-333.13786252-307.5

45.5

74-34

516尖滅

1614837-310.56

609-249.38838-294.72

12701尖滅

781-248.28

24

45.0

222018831-259.13

-347.5-345.9265267-350.9269

-300

75-50-291.87832尖滅

773-297.71921-244.44621-285.68

-420.2

-446.9

3

-420.8

100p-419.8

609

-367.6

-340.7500

350-419.6

633836-282.55-300

-326.7

116

356

-326.4244-326.

132

119

133

357

816-370.82772-350.49640-385.98BLC-05經(jīng)距：43606260緯距：743830標(biāo)高：27.00設(shè)計(jì)井深：560m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

501624-349.79

4242

44.5

503-347.6-323.4243-350.8506246-354.3507623-342.1625-360.6508-339.3

778-3178.74821-353.17

板922-304.71766

618

779-336.54

煤

層氣開發(fā)有利區(qū)18775-351.3517.41771-336.27767824-373.70

830-317.81

石702-253.47

840-344.28776-360.42

Ⅰ區(qū)634

44.0

-350

-30016.35BLC-13763-319.49

839-356.71

-300

-350BLC-14

BLC-02經(jīng)距：43606100緯距：743580標(biāo)高：27.00設(shè)計(jì)井深：580m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

經(jīng)距：43606700緯距：743576標(biāo)高：26.50設(shè)計(jì)井深：550m井別：生產(chǎn)試驗(yàn)井

43.5

20.66

765-369.34

14.44

761-307.48

43.0

12

18.22

639-391.79

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓1、水力攜砂壓裂及投球分壓原理

水力攜砂壓裂是通過大排量的高壓水，攜帶支撐劑壓裂，改造煤層的裂縫系統(tǒng)。投球分壓是為了克服儲層壓力梯度影響，人為安排液體流向，使壓裂段內(nèi)煤層有效受益，一般用于壓裂層段間距較大地區(qū)。

CoalbedMethane

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓

投球前液體流向

投球后液體流向

CoalbedMethane

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓2、水力攜砂壓裂主要技術(shù)參數(shù)選擇水力攜砂壓裂的主要技術(shù)參數(shù)選擇取決于煤

儲層特性條件，包括所壓裂改造煤層段的深度、煤層厚度、煤層裂隙發(fā)育狀況及相關(guān)水文地質(zhì)條件。

CoalbedMethane

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓設(shè)計(jì)選擇基本參數(shù)：

8m3/min清水+2%KCL+1‰助排劑

套管壓裂

階梯式加砂

填砂分層20/40目石英砂

適時(shí)投球平均10%

泵排量

壓裂液配置

加砂方式壓裂方式

分層組支撐砂壓裂方式

投球方式

攜砂比

加入KCL抑制泥質(zhì)水敏性膨脹；助排劑可肯定程度上降低壓裂液的返排阻力，并克服水張力對微細(xì)通道的阻力影響。

CoalbedMethane

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓3、詳細(xì)壓裂層段組合與劃分壓裂層段內(nèi)煤層厚度一般在3-8m以上層段間距在30m以下

基本原那么分組層段間有足夠的填砂高度，一般不低于10m

以BLC*-1005井為例

見煤總厚度27.71m,壓裂改造段:385.50539.00m,壓裂層段組合為4層組。CoalbedMethane

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓起止深度層段厚度煤層厚度539.00516.30m22.7m4.35m0.500.300.50516.30516.80517.45517.75519.60519.75520.25520.85521.20521.50521.80522.85523.30524.20524.45525.75526.20527.80528.45528.85529.60530.25530.65532.25532.60533.10533.85535.00536.00536.35537.00537.40538.55539.00539.35539.90540.35540.60540.85541.65542.200.800.500.650.301.850.150.500.600.350.300.301.050.450.900.251.300.451.600.650.400.750.650.401.600.350.500.751.151.000.350.650.401.150.450.350.550.450.250.250.800.55

BLC*-1005井第一壓裂段中粒砂巖煤層泥巖煤層礫巖泥巖煤層中粒砂巖粉砂巖炭質(zhì)泥巖泥巖中粒砂巖煤層細(xì)粒砂巖泥巖礫巖細(xì)粒砂巖粗粒砂巖粉砂巖煤層泥

巖煤層中粒砂巖細(xì)粒砂巖泥巖中粒砂巖煤層泥巖粗粒砂巖煤層泥巖炭質(zhì)泥巖泥巖煤層泥巖細(xì)粒砂巖泥巖細(xì)粒砂巖泥巖中粒砂巖粉砂巖

516.3020.27

55

520

55

射孔厚度加砂量前置壓液裂攜液砂液

6.80m

30煤523.30

0.45

55

0.40

30m3

①530

0.65

55

0.75

400m331煤539.00

0.35

55

0.45

300m3

投球分壓539.0022.704.35(25)

55

540

CoalbedMethane

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓BLC*-1005井第二壓裂段474.15474.600.40475.00475.65476.75477.300.65477.95478.50479.104.650.450.400.651.100.550.650.550.60中粒砂巖粉砂巖煤層炭質(zhì)泥巖礫巖細(xì)粒砂巖煤層細(xì)粒砂巖炭質(zhì)泥巖

474.6016.65

起止深度474.00475.00層段1.0016476.95厚度477.951.0016

496.03474.60m21.43m5.96m

480

煤層厚度

482.10482.350.60482.95483.751.35485.10485.90486.25487.80488.050.80488.85490.20491.30491.60492.55492.85493.15493.65493.77494.46494.64494.98495.20496.03

3.000.250.600.801.350.800.351.550.250.801.351.100.300.950.300.300.500.120.690.180.340.220.83

中粒砂巖泥巖煤層泥巖煤層細(xì)粒砂巖炭質(zhì)泥巖中粒砂巖泥巖煤層細(xì)粒砂巖礫巖細(xì)粒砂巖礫巖粉砂巖煤層細(xì)粒砂巖泥巖煤層粉砂巖煤層泥巖煤層

②490

485.102.7544

射孔482.35厚度加砂1.0016量

8.93m

487.85488.85

35m3

0.300.690.340.83

投球分壓(40)496.0321.435.96

CoalbedMethane

前置壓液492.85裂496.033.1851攜35液砂液

400m3400350750

350m3

四、煤層氣開采壓裂組合及投球分壓起止深度層段厚度

457.95425.25m423.100.551.350.801.150.602.100.350.601.201.050.501.051.951.050.300.201.200.451.550.401.400.202.400.351.15

BLC*-1005井第三壓裂段礫巖細(xì)粒砂巖粉砂巖煤層粉砂巖細(xì)粒砂巖粉砂巖細(xì)粒砂巖礫巖細(xì)粒砂巖粉砂巖中粒砂巖細(xì)粒砂巖煤層炭質(zhì)泥巖泥巖中粒砂巖煤層粉砂巖礫巖細(xì)粒砂巖泥巖細(xì)粒砂巖泥巖煤層424.45425.251.15426.40427.00429.10429.45430.05431.25432.30432.80433.85

32.7m20煤426.40

425.2522.10425.25426.401.15

煤層厚度射孔厚度加砂量

6.75m9.45m21煤439.00

430

435.801.05436.85437.15437.35438.55439.00440.55440.95442.35442.55444.95445.30446.45

0.45

435.80439.003.20

440

③445.30446.451.15

40m323煤446.451.15

前置400m3壓液裂攜23煤液砂400m3液

0.500.55

448.75449.45449.80450.30451.30451.85454.05455.00455.30456.05

2.300.700.350.501.000.552.200.950.300.751.900.152.60

細(xì)粒砂巖礫巖粉砂巖煤層細(xì)粒砂巖煤層粉砂巖泥巖炭質(zhì)泥巖泥巖煤層泥巖細(xì)粒砂巖

450449.80451.852.05

457.95

1.90

457.95458.10460.70

457.9532.706.75

投球分壓(40)

456.05457.951.90

460

Coalbed

Methane