深层煤层气工程技术现状及展望

  [中国石化新闻网2024-01-24]
  □陶兴华
  2018年以来，我国逐步开展1500米以深煤层气勘探评价试验，各区域结合深层煤层气工程地质特征开展了系列工程工艺试验，取得了较大进展：佳南1H井埋深2550米，水平段2211米，产量5.4万立方米/日；大牛地气田阳煤1HF井埋深2875米，水平段1030米，产量超10万立方米/日；大宁-吉县部署10座井场35口井，建设产能3.8亿立方米/年。
  深层煤层以原生结构为主，相比较非常规页岩油气开发，煤层井壁稳定难度大、储层改造要求高。
  在井身结构优化设计方面，实现了由直井向水平井、水平井丛式井组转变，一个井台部署2～8口水平井，同时由三级井身结构优化为二级井身结构，一开套管下深增加，封隔易漏失层位，钻井周期缩短39%。
  提速技术方面，实现造斜段、稳斜段一趟钻，着陆段+水平段一趟钻。
  在提高薄煤层钻遇率方面，要求严格水平段轨迹控制，通过建立地质模型，采用近钻头测量工具，轨迹实时优化及随钻实时决策，形成了精细化轨迹控制技术，目前平均钻遇率达97%。
  在提高井壁稳定性技术方面，采用“强封堵、合理抑制、适宜流变、低滤失”防塌钻井液措施，从“封堵防塌、井眼清洁、润滑防卡”三个方面研发复合盐水聚合物钻井液，引入固壁剂、纳米封堵剂及乳化沥青等材料，强化对煤层的吸附能力和对微孔缝的广谱封堵能力。
  在提高深层煤层气水平井固井质量技术方面，采用一次注双密度双凝水泥浆措施，尾浆采用高强韧性防窜水泥浆体系，前置液采用高效冲洗型，并配套新型旋转浮鞋、低摩阻刚性滚珠和刚性螺旋扶正器等井下附件工具和固井施工远程监控与专家支持系统。
  煤层气经济勘探开发的重点在储层改造，近年来，煤层气储层改造技术逐步进步。理念上，借鉴页岩气大规模压裂改造技术，由基质酸压向体积压裂转变；技术上，由“压得开”向充分利用割理特征实现深煤层“压得碎”转变；效果上，由“多造缝”向充分支撑的“多造有效缝”转变。前期针对深部煤层煤体结构好、割理裂隙发育且多方解石填充特点，采用“剪切+溶蚀+支撑”组合缝网体积酸压技术，扩大深部煤层气有效泄流范围。借鉴页岩气体积压裂思路，采用极限体积压裂，增大用液量和加砂强度，形成“超大、超密、充分支撑体积缝网”。
  目前，深层煤层气勘探取得一定突破，但要实现规模效益建产还面临诸多挑战，在基础研究、适配性工程工艺技术及降本增效等方面需进一步攻关。
  一是强化深层煤层气基础理论研究及设计。需要从物理、化学、力学、机械及耦合因素创新开展深层煤层气井壁失稳机理研究；开展深部煤层、岩石力学参数室内试验，获取关键地质参数；通过煤岩压裂物理模拟试验，采用离散元方法模拟考虑隔离面的缝网起裂与扩展，刻画缝网形态、几何尺寸及方位，明确缝网形成主控因素，揭示缝网形成与扩展机理；综合考虑地质复杂、管柱强度、摩阻、水力清洁等开展设计，提升工程设计系统化理念；开展大数据、人工智能技术在煤层风险防控、提速提效、方案优化等方面的应用研究，提升实时预警、随钻分析及区域多井分析能力，为快速决策提供依据，提升钻完井科学化水平。
  二是攻关煤层长裸眼水平井钻井技术。采用二级井身结构水平井开发是大幅降本的有效途径，针对长裸眼段泥岩煤层开展井壁稳定、薄弱地层防漏、水平段有效延伸、井眼清洁、套管安全下入、长水平段固井等开展攻关，有效保障安全快速钻进，实现优快钻井。
  三是开展煤岩缝网压裂工艺技术研究。在易加砂、主缝高导流、次缝能导流的支撑剂粒径组合方面，不同条件的段簇优化方面，低伤害、低成本的一体化压裂液体系研发方面，加强研究，结合煤层特征、水平段长、井距、累产、综合成本等，建立经济压裂评价方法，明确压裂规模，实现高效压裂。
  四是探索集约式大井台钻完井模式。进行丛式井组评价分析，综合煤层发育、钻机摆放、压裂作业模式等因素明确最佳井组部署方式，针对大井组大偏移距三维水平井建立综合延伸极限预测模型，攻关大偏移距长水平段三维水平井钻井有效延伸技术；以安全施工为前提，强化入井液处理技术研究应用，提升钻井液、压裂液重复利用率，实现降本增效。
  （作者单位：石油工程技术研究院）