煤层气勘探方案.ppt

1、煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查第六章第六章 煤层气资源勘查的技术手段煤层气资源勘查的技术手段煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤层气资源勘查评价的目的煤层气资源勘查评价的目的 煤层气资源勘查的目的就是在不同阶段、采用一定煤层气资源勘查的目的就是在不同阶段、采用一定的技术手段，并依照不同的经济技术指标测算分析煤层气的技术手段，并依照不同的经济技术指标测算分析煤层气资源量的特点、分布状况、规模序列，为勘探开发部署、资源量的特点、分布状况、规模序列，为勘探开发部署、计划安排、工作量测算以及勘探开发效益分析提供科学的计划安排、工作量测算以及勘探开发效益分析提

2、供科学的依据。依据。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤层气资源勘查工作阶段的划分除遵循系统的煤层气资源勘查工作阶段的划分除遵循系统的原则以外，还应充分考虑综合的原则、地质的原则、原则以外，还应充分考虑综合的原则、地质的原则、认识的原则、技术经济的原则，以便对煤层气资源认识的原则、技术经济的原则，以便对煤层气资源勘查工作阶段进行合理划分。勘查工作阶段进行合理划分。选区阶段勘探阶段（区域勘探、预探、祥探）开发阶段对煤层气勘查研究的重点在对煤层气勘查研究的重点在普查选区普查选区阶段阶段。煤层气的勘查评价工作应与煤。煤层气的勘查评价工作应与煤的普查同时部署，着重了解勘查区内的普查同时部署，着重了解

3、勘查区内煤层气赋存的基本特征，并对其进一煤层气赋存的基本特征，并对其进一步工作的前景做出评价。步工作的前景做出评价。注意煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查主要根据煤田（或其他矿产资源）勘查（或预测）主要根据煤田（或其他矿产资源）勘查（或预测）和类比、野外地质调查、小煤矿揭露以及煤矿生产所获得的煤资和类比、野外地质调查、小煤矿揭露以及煤矿生产所获得的煤资源和气资源资料进行综合研究，以确定源和气资源资料进行综合研究，以确定煤层气勘查目标煤层气勘查目标为目的的为目的的资源评价阶段。根据选区评价的结果可以资源评价阶段。根据选区评价的结果可以估算煤层气推测资源量估算煤层气推测资源量。煤层气勘探：煤层气

4、勘探：是在评价选区范围内是在评价选区范围内实施了煤层气勘查工程实施了煤层气勘查工程，通，通过参数井或物探工程获得了区内关于过参数井或物探工程获得了区内关于含煤性和含气性含煤性和含气性的认识，的认识，通过通过单井和单井和/或小型井网开发试验或小型井网开发试验获得了开发技术条件下的获得了开发技术条件下的煤层煤层气产能情况和井网优化参数气产能情况和井网优化参数的煤层气勘查实际实施阶段。根据的煤层气勘查实际实施阶段。根据勘探结果可以计算勘探结果可以计算煤层气储量煤层气储量。煤层气开发：煤层气开发：指在勘探区按照一定的开发方案部署了一定井距指在勘探区按照一定的开发方案部署了一定井距的开发井网后进行的煤层

5、气资源的的开发井网后进行的煤层气资源的正式开发正式开发活动。煤层气通常活动。煤层气通常适合进行滚动勘探开发。适合进行滚动勘探开发。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查1 1、煤层气区域勘探阶段、煤层气区域勘探阶段煤层气区域勘探阶段是指从优选出的勘查目标区准备钻煤层气参数井开始，到获取煤层气储层参数获取煤层气储层参数的全过程。2 2、煤层气预探阶段煤层气预探阶段煤层气预探阶段是指从煤层气区域勘探获得煤层气储层参数开始，进一步优选煤层气参数井，进行压裂、单井排水采气试验等工作，直到获得单井煤层气工业气流获得单井煤层气工业气流的全过程。3 3、煤层气详探阶段、煤层气详探阶段煤层气详探阶段是指从煤层气

6、预探阶段获得单井煤层气工业气流开始，进行井组生产试验，获得井井组气产量、水产量、组气产量、水产量、气井压力气井压力等可靠生产数据，全部或大部探明勘探目标区的全过程。煤层气勘探煤层气勘探各阶段的划分及其定义各阶段的划分及其定义煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤层气田勘探要遵循：区域勘探煤层气田勘探要遵循：区域勘探预探预探详探三个阶段详探三个阶段阶段阶段作业任务作业任务目目 的的1 1参数井评价参数井评价确定目标区资源和潜力确定目标区资源和潜力确定钻井确定储层参数确定钻井确定储层参数2 2单井排采试验单井排采试验确定煤层气井生产潜力确定煤层气井生产潜力3 3井组排采试验井组排采试验确定煤层气目

7、标区确定煤层气目标区勘查阶段的作业任务和目的勘查阶段的作业任务和目的煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查1 根据已有资料，优选参数井井位；根据已有资料，优选参数井井位；2 物、化探普查工作，编制勘查部署方案；物、化探普查工作，编制勘查部署方案；3 钻井、地质设计、工程施工设计和煤层取芯设计；钻井、地质设计、工程施工设计和煤层取芯设计；4 钻井：钻井：获取地层及煤层层序、深度、厚度数据；进行地质录井和气测录井；煤获取地层及煤层层序、深度、厚度数据；进行地质录井和气测录井；煤层及其顶、底板取芯；层及其顶、底板取芯；5 取芯：取芯：按设计技术要求选用绳索式半合管取芯工具，煤层取芯率要求见按设计技术要

8、求选用绳索式半合管取芯工具，煤层取芯率要求见DZ/T 02162002；6 测井：测井：获取地层和煤层的深度及厚度参数；检查固井质量；获取地层和煤层的深度及厚度参数；检查固井质量；7 试井试井：应进行注入：应进行注入/压降法试井；压降法试井；8 煤的化验分析方法见煤的化验分析方法见GB 21291；煤层含气量测定方法见；煤层含气量测定方法见GB/T 195592004；煤的等温吸附试验方法见；煤的等温吸附试验方法见GB/T 195602004；9 根据地质参数优选煤层气井，进行压裂和单井排采；根据地质参数优选煤层气井，进行压裂和单井排采；10 根据煤层气井连续试采情况，确定下一步试验井组的部署

9、；根据煤层气井连续试采情况，确定下一步试验井组的部署；11 按照规范要求，计算地质储量和相应的可采储量；按照规范要求，计算地质储量和相应的可采储量；12 煤储层数值模拟，进行煤层气开发规模和潜力量化评价。煤储层数值模拟，进行煤层气开发规模和潜力量化评价。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查图图 1 煤层气勘查技术一般流程图煤层气勘查技术一般流程图地质地质-总 的 煤 层总 的 煤 层厚度厚度-煤 层 几 何煤 层 几 何形状形状-煤层深度煤层深度-断裂断裂-侵入岩体侵入岩体 完井完井-水力压裂高水力压裂高度度-可行的压裂可行的压裂数数-应力应力/深度剖深度剖面面 对比对比-灰分灰分-气体组份气

10、体组份-深度深度-释放时间释放时间 分析分析 深度深度 煤级煤级 灰分灰分 -面积面积-样品选择样品选择 -质量控制质量控制 可完井可完井煤层厚度煤层厚度 气含量气含量测定测定 等温等温吸附测定吸附测定-与气含量对与气含量对比比-选择选择/调节调节到平均条件到平均条件 潜在资源潜在资源 公司的公司的最低最低储量储量 公司的公司的最低投资最低投资收益率收益率 典型井典型井的模拟的模拟 工程成本工程成本 气市场气市场/价格价格煤层气煤层气井测试井测试 可能的可能的气资源量气资源量 渗透性渗透性构成分析构成分析 CBMFiscalPara-meters煤层气资源勘查一般技术流程煤层气资源勘查一般技术

11、流程煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤层气资源勘查一般技术流程煤层气资源勘查一般技术流程u通过二纬地震勘探了解区域构造特征与周边接触关系和断层发通过二纬地震勘探了解区域构造特征与周边接触关系和断层发育状况；查明主要煤系层段分布与埋深等；育状况；查明主要煤系层段分布与埋深等；u通过钻井取芯了解主要煤段的物性参数，准确获取煤储层参数；通过钻井取芯了解主要煤段的物性参数，准确获取煤储层参数；u通过取芯进行含气量测试、等温吸附实验、工业分析等；通过取芯进行含气量测试、等温吸附实验、工业分析等；u通过注入通过注入/压降测试获取渗透率、储层压力、原地应力等参数；压降测试获取渗透率、储层压力、原地应力等

12、参数；u通过压裂提高煤储层的导流能力，从而提高煤层气井产气量；通过压裂提高煤储层的导流能力，从而提高煤层气井产气量；u通过单井、井网排采试验获取单井、井组的产气数据；通过单井、井网排采试验获取单井、井组的产气数据；煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查地地 震震技术手段技术手段研究目标研究目标确定首选区域与井位确定首选区域与井位研究内容研究内容了解区域构造特征、煤层特征了解区域构造特征、煤层特征钻钻 井、测井井、测井了解煤层及顶底板储层物性了解煤层及顶底板储层物性获取准确煤储层参数获取准确煤储层参数取取 芯芯含气量测试、等温吸附实验、工业分析含气量测试、等温吸附实验、工业分析获取含气量、灰分、水

13、分等获取含气量、灰分、水分等注入注入/压降测试压降测试渗透率、储层压力、原地应力等渗透率、储层压力、原地应力等获取相关储层物性参数获取相关储层物性参数压压 裂裂压裂液量、泵注程序、煤岩力学性质压裂液量、泵注程序、煤岩力学性质优化压裂工艺，提高导流优化压裂工艺，提高导流排排 采采单井产气量、井组产气量等单井产气量、井组产气量等获取单井、井组产气数据获取单井、井组产气数据数值模拟数值模拟历史拟合和动态预测历史拟合和动态预测产气潜力评价产气潜力评价提交储量提交储量确定边界、探采方法、计算储量确定边界、探采方法、计算储量提交储量报告提交储量报告煤层气勘查的一般技术流程煤层气勘查的一般技术流程u通过数值

14、模拟技术对产气潜力评价；通过数值模拟技术对产气潜力评价；u最后确定边界，计算储量，提交储量报告。最后确定边界，计算储量，提交储量报告。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 垂直井：是从地面垂直井：是从地面打直井穿过煤层进行打直井穿过煤层进行采气，采气，是主要的钻井是主要的钻井方式方式。采空区钻井采空区钻井：从采：从采空区上方由地面钻井空区上方由地面钻井到煤层上方或穿过煤到煤层上方或穿过煤层，也可在采煤之前层，也可在采煤之前钻井。钻井。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查对直井的分类见表对直井的分类见表 分类原则分类原则种类种类钻开煤层的层数钻开煤层的层数单煤

15、层和多煤层井单煤层和多煤层井钻井类别钻井类别参数井、试验井（组）和监测井参数井、试验井（组）和监测井埋深埋深浅煤层井和深煤层井浅煤层井和深煤层井垂直井分类方法垂直井分类方法 参数井主要通过钻区域探井取准煤心，进行产能评价；试验井参数井主要通过钻区域探井取准煤心，进行产能评价；试验井组进行工业性开采评价；监测井用于生产过程的压力监测。组进行工业性开采评价；监测井用于生产过程的压力监测。一般井深控制在一般井深控制在300-1500m属浅煤层井，埋深大于属浅煤层井，埋深大于1500m的为的为深煤层井。深煤层井。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查水平井水平井有两种：有两种：在巷道打的水平抽放瓦斯井；

16、在巷道打的水平抽放瓦斯井；从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井）。从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井）。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查丛式井丛式井煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 煤层气完井分为五种类型：裸眼完井、套管完井、混合完裸眼完井、套管完井、混合完井、裸眼洞穴完井及水平排孔衬管完井井、裸眼洞穴完井及水平排孔衬管完井。完井是指裸眼井钻达设计井深后，使井底和油层以一定结构连通起来的工艺。是钻井工作最后一个重要环节，又是采油工程的开端。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 （1）裸眼完井裸眼完

17、井 裸眼完井是钻到煤层上方地层下套管固井，再钻开生产层段的裸眼完井是钻到煤层上方地层下套管固井，再钻开生产层段的煤层，产生煤层保持裸眼或用砾石充填。（只在储集层以上用套管煤层，产生煤层保持裸眼或用砾石充填。（只在储集层以上用套管封固完井）封固完井）这种完井方式费用最低，但强化作业时，井控条件降低，煤层这种完井方式费用最低，但强化作业时，井控条件降低，煤层坍塌会导致事故。这种完井方式一般用于单厚煤层井。坍塌会导致事故。这种完井方式一般用于单厚煤层井。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查（2）套管完井套管完井 套管完井法是国内外最为广泛和最重套管完井法是国内外最

18、为广泛和最重要实用的一种完井方法，包括套管射孔要实用的一种完井方法，包括套管射孔完井和尾管射孔完井。完井和尾管射孔完井。一一.套管射孔完井套管射孔完井 套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管穿油层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部并注水泥固井，最后射孔，至油层底部并注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层一定深度，从而建立起油（气）流的层一定深度，从而建立起油（气）流的通道。图通道。图1为直井套管射孔完井示意图。为直井套管射孔完井示意图。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 二尾

19、管射孔完井二尾管射孔完井 尾管射孔完井是在钻头钻至煤层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上。再对尾管注水泥固井，然后射孔。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查（3）混合完井混合完井 混合完井是裸眼完井与套管完井方式在同一口混合完井是裸眼完井与套管完井方式在同一口井中使用。依据地层条件而定，一般用于多煤层。井中使用。依据地层条件而定，一般用于多煤层。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 （5）裸眼洞穴完井裸眼洞穴完井 裸眼洞穴完井方法是在裸眼完井的基础上发展起来的一种独特的煤层气完井方式。在较高的生产压差作用下，利用井眼的不稳定性

20、，在井壁煤岩发生破坏后允许煤块塌落到井筒中，进而形成物理洞穴（自然裸眼洞穴完井）。或者人工施加压力（从地面注气），使井壁煤层发生破坏，再清除井底的煤粉，进而形成物理洞穴（动力或人工裸眼洞穴完井）。（4）水平排孔衬管完井水平排孔衬管完井 适用于深层低渗透煤层，一般适用于厚1.5m以上的煤层。优点：能提供与煤层的最大接触面积，尤其是各向异性煤层。缺点：钻完井过程中易发生割理系统堵塞、闭合等现象，伤害煤层渗透率。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 （1）确定井类）确定井类 在勘探新区为建立地质剖面、掌握煤层及围岩的地质资料、估算在勘探新区为建立地质剖面、掌握煤层及围岩的地质资料、估算资源量布置资源

21、量布置取心井取心井；利用利用试验井试验井了解煤层和围岩的地应力和渗透性，掌握煤层的延伸了解煤层和围岩的地应力和渗透性，掌握煤层的延伸能力、闭合压力和最小压裂压力，选择压裂方向、进行压裂设计；能力、闭合压力和最小压裂压力，选择压裂方向、进行压裂设计；打打生产井生产井开发煤层甲烷；开发煤层甲烷；利用利用观测井观测井了解气藏工程参数，掌握煤层气井生产动态。了解气藏工程参数，掌握煤层气井生产动态。（2）设计钻井方式）设计钻井方式 确定钻井方式的主要依据：目的煤层最大埋深、地层压力、地层确定钻井方式的主要依据：目的煤层最大埋深、地层压力、地层组合和井壁稳定条件。组合和井壁稳定条件。可分为可分为浅层煤层气

22、钻井和深层煤层气钻井浅层煤层气钻井和深层煤层气钻井。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 浅煤层钻井浅煤层钻井地层压力一般很低（等于或小于正常压力），需要依据储层地层压力一般很低（等于或小于正常压力），需要依据储层压力选择清水、泡沫泥浆或空气介质钻井。压力选择清水、泡沫泥浆或空气介质钻井。深煤层钻井深煤层钻井有的压力较高（大于正常压力），煤层段井壁稳定性差，因有的压力较高（大于正常压力），煤层段井壁稳定性差，因此使用泥浆液可以实现平衡压力的目的。此使用泥浆液可以实现平衡压力的目的。（3）设计完井方式）设计完井方式 确定完井方式的主要依据：埋深、井壁稳定性、地层水文性质、地层压确定完井方式的主要

23、依据：埋深、井壁稳定性、地层水文性质、地层压力、开采方式以及可采气量与总投资对比的经济性。力、开采方式以及可采气量与总投资对比的经济性。依据地质条件依据地质条件：单煤层井可以是裸眼稳定砾石充填和泡沫砾石充填完井：单煤层井可以是裸眼稳定砾石充填和泡沫砾石充填完井、裸眼筛管历史充填完井和套管完井。、裸眼筛管历史充填完井和套管完井。多煤层井多煤层井：一般采用套管完井和套管：一般采用套管完井和套管-裸眼完井。裸眼完井。（4）确定固井方式）确定固井方式 确定固井方式的主要依据：煤储层压力和开采方式。确定固井方式的主要依据：煤储层压力和开采方式。从保护储层固井出发可采用三种固井方式：从保护储层固井出发可采

24、用三种固井方式：低密度水泥浆固井、分级注低密度水泥浆固井、分级注水泥和绕煤层固井水泥和绕煤层固井。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 （5）钻井中期作业）钻井中期作业 在资料井中应考虑取心作业和在裸眼井段进行注入在资料井中应考虑取心作业和在裸眼井段进行注入-压降法试井以及渗压降法试井以及渗透率测试和透率测试和DST产能测试作业。产能测试作业。（6）确定煤层入口方式）确定煤层入口方式 在裸眼完井中，为消除钻井液对产层的影响和增大压裂效果，常使用水在裸眼完井中，为消除钻井液对产层的影响和增大压裂效果，常使用水力切割。力切割。（7）经济和成本的可行性评价）经济和成本的可行性评价 （8）作钻井和完井

25、设计）作钻井和完井设计 同常规油气井在程序和工艺技术上存在许多相似之处，除采用常规钻井同常规油气井在程序和工艺技术上存在许多相似之处，除采用常规钻井和完井设计外，主要考虑其特殊性。和完井设计外，主要考虑其特殊性。如：煤心取心应避免使用常规取心筒、钻头以短齿为宜、钻井参数在煤如：煤心取心应避免使用常规取心筒、钻头以短齿为宜、钻井参数在煤层段应暂时不采用优化参数，而采用层段应暂时不采用优化参数，而采用”四低参数四低参数“，即低钻压、低转速、低，即低钻压、低转速、低循环压力和低的冲击力。循环压力和低的冲击力。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤层气甲烷井的钻井与完井一般程序流程框图煤层气甲烷井的钻

26、井与完井一般程序流程框图煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查直井井身结构设计流程图直井井身结构设计流程图l 第一，应满足钻井、完井和生第一，应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数的需要；产的需要以及获取参数的需要；l 第二，应充分考虑到出现漏、涌第二，应充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地）；需要（一般应留有余地）；l 第三，能保障钻井工程安全、优第三，能保障钻井工程安全、优质、快速、低成本施工。质、快速、低成本施工。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查开钻程序开钻程序钻头尺寸钻头尺寸套管类型套管类型套管尺寸套管尺寸一开一开311.

27、1表层套管表层套管244.5二开二开215.9生产套管生产套管139.7（177.8）20m煤煤244.5mm表套表套311.1mm钻头钻头139.7mm215.9mm上返上返200m30m井身结构示意图井身结构示意图煤层气井常规钻井井身结构表煤层气井常规钻井井身结构表复杂地层条件下煤层气井钻井井身结构复杂地层条件下煤层气井钻井井身结构开钻程序开钻程序钻头尺寸钻头尺寸套管类型套管类型套管尺寸套管尺寸一开一开444.5表层套管表层套管339.7二开二开311.1技术套管技术套管244.5三开三开215.9生产套管生产套管139.7煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤层气钻井技术煤层气钻井技术5

28、0m30m测量井深 m全角变化率(0)/25m井深 m最大水平位移 m05001.25001050010001.3100020100015001.4150030直井井身质量要求标准直井井身质量要求标准煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 测定煤层气含量。含气量是评价煤层气可采性的一个重测定煤层气含量。含气量是评价煤层气可采性的一个重要指标，也是煤层气储量计算和预测产量与开采期限的重要指标，也是煤层气储量计算和预测产量与开采期限的重要参数。要参数。测定煤的吸附等温线。吸附等温线用于确定煤层气的临测定煤的吸附等温线。吸附等温线用于确定煤层气的临界解吸压力、解吸时

29、间及可采储量。界解吸压力、解吸时间及可采储量。割理、裂隙描述及方向测定。包括割理或裂隙的频数、割理、裂隙描述及方向测定。包括割理或裂隙的频数、方向、长度、宽度和矿化程度。这些数据是预测储层条件方向、长度、宽度和矿化程度。这些数据是预测储层条件下流体扩散、渗透趋向等所必需的，其中割理或裂隙的方下流体扩散、渗透趋向等所必需的，其中割理或裂隙的方向，是设计布井方向和射孔或割缝方向的重要依据。向，是设计布井方向和射孔或割缝方向的重要依据。进行煤的工业分析进行煤的工业分析(煤岩、煤质、煤级、孔隙度等煤岩、煤质、煤级、孔隙度等)。1 1、煤层气井的取心目的、煤层气井的取心目的煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资

30、源勘查 高的煤心采取率。提供足够数量的煤心，满足各种高的煤心采取率。提供足够数量的煤心，满足各种测试要求和保证测试精度。测试要求和保证测试精度。短的气体散失时间。减少取心时间和出筒装罐时间，短的气体散失时间。减少取心时间和出筒装罐时间，提高含气量测定的准确性。取心时间与取心方法和井提高含气量测定的准确性。取心时间与取心方法和井深有关，取心后装罐时间一般应小于深有关，取心后装罐时间一般应小于15 min。较大的煤心直径。通常以较大的煤心直径。通常以7.610.2 cm较为适宜，以较为适宜，以提高生产层评价质量。提高生产层评价质量。保持完好的原始结构。进行割理、裂隙描述与方向保持完好的原始结构。进

31、行割理、裂隙描述与方向测定，反映储层真实面目。测定，反映储层真实面目。降低煤心污染程度，提高数据质量。降低煤心污染程度，提高数据质量。2 2、煤层气井取心必须满足的要求、煤层气井取心必须满足的要求煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查(1)(1)常规取心常规取心 在钻进过程中通过提取钻柱来采取在钻进过程中通过提取钻柱来采取 井壁取心是一种岩心采取率低时的补救办法，岩心井壁取心是一种岩心采取率低时的补救办法，岩心通常是由装有弹头的空管（可被射入地层）组成的绳索通常是由装有弹头的空管（可被射入地层）组成的绳索工具从钻井井壁采取的工具从钻井井壁采取的（3 3）绳索取心）绳索取心 绳索取心是目前在煤层气

32、钻井中最常用的一种取心绳索取心是目前在煤层气钻井中最常用的一种取心方法。它通常需要在地面钻探设备的基础上，增加一套方法。它通常需要在地面钻探设备的基础上，增加一套卷扬机系统和附加一些井下设备，取心时用绳索快速提卷扬机系统和附加一些井下设备，取心时用绳索快速提出岩心。出岩心。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查绳索取心工具结构绳索取心工具结构煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查1 1、煤层气固井的技术难点、煤层气固井的技术难点 煤层气井井深一般为煤层气井井深一般为300-1500m300-1500m，地温和地层压力较低，目的层（煤，地温和地层压力较低，目的层（煤层）胶结强度低、松散，在煤层段易发

33、生井漏、井壁坍塌形成层）胶结强度低、松散，在煤层段易发生井漏、井壁坍塌形成”大肚子大肚子“。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查2、煤层气固井要求、煤层气固井要求 （1）水泥环要有足够的强度，满足强化作业、增产措施的需要；）水泥环要有足够的强度，满足强化作业、增产措施的需要；（2）固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害；）固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害；（3）由于煤层气开采周期长，在整个生产过程中要维持煤产层的）由于煤层气开采周期长，在整个生产过程中要维持煤产层的地层稳定，同时要为煤层气采出提供一可靠的上升通道。地层稳定，同时要为煤层气采出提供一可靠的上升通道。3、煤层气固井技术、

34、煤层气固井技术 在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，实现近在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，实现近平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层气井固井的核心。平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层气井固井的核心。研究认为宜采用以下固井方法：研究认为宜采用以下固井方法：煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查（1）空心微珠低密度水泥浆固井技术 低密度水泥浆（约低密度水泥浆（约1.34g/cm3）是指密度低于常规油气井水泥）是指密度低于常规油气井水泥浆密度（约浆密度（约1.85g/cm3）。关键技术是水泥浆降重材料的选择和水）。关键技术是水泥浆降重材料的选择和水泥浆配方的研

35、究，按照密度材料进行分类分为加固体降重材料水泥泥浆配方的研究，按照密度材料进行分类分为加固体降重材料水泥浆（空心微珠水泥浆和粉煤灰水泥浆）和加发泡剂或空气水泥浆浆（空心微珠水泥浆和粉煤灰水泥浆）和加发泡剂或空气水泥浆（泡沫水泥浆和充气水泥浆等）。（泡沫水泥浆和充气水泥浆等）。降重材料类型降重材料类型性能对比性能对比固体固体水泥石强度高、施工工艺技术简单、成本低水泥石强度高、施工工艺技术简单、成本低发泡剂或空气发泡剂或空气水泥石强度低、施工工艺技术复杂、成本高水泥石强度低、施工工艺技术复杂、成本高降重材料水泥浆特性对比分析表降重材料水泥浆特性对比分析表煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 研究认

36、为空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，是较研究认为空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，是较为理想的煤层气固井水泥浆。为理想的煤层气固井水泥浆。空心微珠是粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用下团空心微珠是粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用下团缩形成的空心球体。具有密闭、粒细、质轻、壁薄的特点，配置的缩形成的空心球体。具有密闭、粒细、质轻、壁薄的特点，配置的水泥浆具有以下性质：水泥浆具有以下性质：（a）密度低，一般可配置）密度低，一般可配置1.2-1.5g/cm3的低密度水泥浆；的低密度水泥浆；（b）原浆失水量大，常温、）原浆失水量大，常温、7Pa条件下，一般在条件下，一般在

37、3-4L/30min；（c）稠化时间长，原浆稠化时间在）稠化时间长，原浆稠化时间在300-400min之间；之间；（d）水泥石强度低，比普通水泥石低约）水泥石强度低，比普通水泥石低约30%。因此，在普通水泥中加入空心微珠不能直接用于煤层气固井，因此，在普通水泥中加入空心微珠不能直接用于煤层气固井，必须进行逐个筛选试验，加入降失水剂、调凝剂和增强剂。必须进行逐个筛选试验，加入降失水剂、调凝剂和增强剂。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 使用常规水泥控制水泥返高可以在一定程度上降低水泥浆的液柱使用常规水泥控制水泥返高可以在一定程度上降低水泥浆的液柱压力，达到防止固井时井漏和降低固井对煤层伤害的目

38、的。在进行注压力，达到防止固井时井漏和降低固井对煤层伤害的目的。在进行注水泥设计时，以煤层孔隙压力为主要依据，以水泥浆液柱压力与煤层水泥设计时，以煤层孔隙压力为主要依据，以水泥浆液柱压力与煤层孔隙压力基本平衡确定水泥返高，同时将水泥浆失水控制在孔隙压力基本平衡确定水泥返高，同时将水泥浆失水控制在100ml以以内。在煤层压力较高，技术套管下入深的井可以采用这种固井方法。内。在煤层压力较高，技术套管下入深的井可以采用这种固井方法。dmcmcHrrrrH）（）（/1水泥浆返高计算公式：水泥浆返高计算公式：式中：Hc水泥上返深度，m；r1最小漏失压力当量密度，g/cm3；rm固井前钻井液密度，g/cm

39、3；rc固井水泥浆密度，g/cm3；Hd最小漏失压力处深度，m。对煤层气固井时水泥浆上返到煤层顶板以上对煤层气固井时水泥浆上返到煤层顶板以上200m左右为宜。左右为宜。（2 2）控制水泥返高）控制水泥返高煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 绕煤层固井是消除固井作业对煤层伤害最有效的固井技术。其基绕煤层固井是消除固井作业对煤层伤害最有效的固井技术。其基本思路是在套管串中主力煤层部位安装绕煤层固井工具，注水泥时，本思路是在套管串中主力煤层部位安装绕煤层固井工具，注水泥时，水泥浆到底煤层底部时经绕煤层固井工具进入导流管并从煤层顶部进水泥浆到底煤层底部时经绕煤层固井工具进入导流管并从煤层顶部进入环空

40、。入环空。绕煤层工具水泥浆不与煤层接触，避免了固井水泥浆对煤层的伤绕煤层工具水泥浆不与煤层接触，避免了固井水泥浆对煤层的伤害，由于固井套管与水泥间无水泥环，减少了射孔阻力，增加射孔弹害，由于固井套管与水泥间无水泥环，减少了射孔阻力，增加射孔弹穿透深度，有利于后期作业穿透深度，有利于后期作业 分级注水泥固井是将固井水泥浆产生的液柱压力部分分解到已凝分级注水泥固井是将固井水泥浆产生的液柱压力部分分解到已凝固的一般水泥上，从而降低对煤层的压力，实现近平衡压力固井。固的一般水泥上，从而降低对煤层的压力，实现近平衡压力固井。（3 3）绕煤层固井技术）绕煤层固井技术（4 4）分级注水泥固井）分级注水泥固井

41、煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查4 4、煤层气井固井质量检测与评价、煤层气井固井质量检测与评价1井温测井井温测井主要应用于确定套管外水泥浆返高，也作为水泥充填程度的补充解释。主要应用于确定套管外水泥浆返高，也作为水泥充填程度的补充解释。2声幅和变密度测井声幅和变密度测井固井质量情况：利用声幅和变密度测井分井段解释两个界面水泥胶结固井质量情况：利用声幅和变密度测井分井段解释两个界面水泥胶结程度，特别是目标煤层上下各程度，特别是目标煤层上下各30m井段固井质量。井段固井质量。3固井质量评价固井质量评价固井质量评价分为四级：固井质量评价分为四级：优良声幅值优良声幅值10%，变密度图上地层波显示清

42、晰；，变密度图上地层波显示清晰；合格声幅值合格声幅值1020%；基本合格声幅值基本合格声幅值2030%；不合格声幅值不合格声幅值30%。煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查评评 级级 指指 标标评评 级级 级级 别别优优 良良合合 格格基基 本本 合合 格格不不 合合 格格 声幅值声幅值 /%/%（固井质量声幅测井）（固井质量声幅测井）第一界第一界面面声幅值声幅值10101010声幅值声幅值20202020声幅值声幅值3030声幅值声幅值3030；第二界第二界面面地层波强、清地层波强、清晰晰地层较强、较清地层较强、较清晰晰地层波较弱、可地层波较弱、可以辩认以辩认地层波弱、难辩认地层波弱、难辩认

43、 套管试压套管试压试压压力试压压力/MPa/MPa技术套技术套管管1212达不到基本合格达不到基本合格生产套生产套管管202030min30min降压情况降压情况 /MPa/MPa0.50.5用现场水对设计用的水泥做用现场水对设计用的水泥做48h48h抗内压强度试抗内压强度试验验 /Mpa /Mpa 1414套管柱质量、组合、下置深度套管柱质量、组合、下置深度符合设计符合设计生产套管用微珠低密度水泥生产套管用微珠低密度水泥固井，水泥浆密度固井，水泥浆密度 /（g/cmg/cm3 3）1.60,1.60,水泥浆的返深达到设计要求。水泥浆的返深达到设计要求。生产套管环空水泥返高为最上目的煤层以上生

44、产套管环空水泥返高为最上目的煤层以上200m200m，正、负值，正、负值m m101030305050注1：固井质量声幅测井，技术套管水泥候凝36h；生产套管水泥候凝48h。注2：若有部分封固段水泥环胶结质量较差时，而目煤层上下各有30m以上优质水泥环可视为单层封固合格。注3：水泥浆密度低于1.30g/cm3时，声幅值可在表值基础上增加10%验收。如30%声幅值40%为基本合格。注4：固井质量不合格的井，经中联公司认可的补救措施达到上述标准者，视为补救固井合格。注5：表层必须用G级以上水泥固井，水泥要返至地面。技术套管水泥返高按设计。固井质量验收评级标准固井质量验收评级标准煤及煤层气资源勘查煤

45、及煤层气资源勘查 煤层气地质录井作业流程图煤层气地质录井作业流程图常规录井常规录井特殊作业时的录井特殊作业时的录井取芯录井取芯录井研究地质任务书及已有录井资料研究地质任务书及已有录井资料编制地质录井施工设计编制地质录井施工设计钻前准备及验收钻前准备及验收岩岩屑屑录录井井钻钻时时录录井井钻钻井井液液录录井井煤煤层层录录井井煤煤层层录录井井岩岩层层录录井井测测井井作作业业固固井井作作业业试试井井作作业业采采样样解解吸吸现场资料整理分析现场资料整理分析完井验收及资料移交完井验收及资料移交编制煤层气钻井地质报告编制煤层气钻井地质报告资料汇总、分析研究资料汇总、分析研究四、煤层气地质录井四、煤层气地质录

46、井煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 （1）煤强度的影响）煤强度的影响 由于煤杨氏模量小，泊松比高，天然割理及节理发育，使煤的抗由于煤杨氏模量小，泊松比高，天然割理及节理发育，使煤的抗拉、抗压强度比较低。拉、抗压强度比较低。（2）正压差伤害）正压差伤害 在正压差作用下，钻井液中的胶体颗粒和其它细微颗粒被吸附在在正压差作用下，钻井液中的胶体颗粒和其它细微颗粒被吸附在煤层气的孔隙喉道上，钻井液滤液的侵入又可能发生各种敏感性反应煤层气的孔隙喉道上，钻井液滤液的侵入又可能发生各种敏感性反应。（3）固相伤害）固相伤害 钻井液中所含固相颗粒分为粗粒（大于钻井液中所含固相颗粒分为粗粒（大于2000 m m

47、）、中粗粒（）、中粗粒（250-2000 m m）、细粒（）、细粒（44-250 m m）、微粒（）、微粒（2-44 m m）和胶体颗粒）和胶体颗粒（小于（小于2 m m）。）。五、钻井完井过程对煤储层的伤害五、钻井完井过程对煤储层的伤害煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查 钻井液中不同粒径的固体颗粒，特别是其中的微粒和胶体颗粒钻井液中不同粒径的固体颗粒，特别是其中的微粒和胶体颗粒会沿着煤层的割理和孔隙进入煤层，对煤层气的运移通道产生填会沿着煤层的割理和孔隙进入煤层，对煤层气的运移通道产生填充和堵塞。充和堵塞。（4）强亲水伤害）强亲水伤害 煤层气储层的低孔隙度、低渗透率、强亲水性、大比表面积，

48、煤层气储层的低孔隙度、低渗透率、强亲水性、大比表面积，造成了高束缚水饱和度。造成了高束缚水饱和度。在储层原始状态下，原始含水饱和度一般低于束缚水饱和度。在储层原始状态下，原始含水饱和度一般低于束缚水饱和度。当使用水基钻井液将煤储层打开时，很强的毛细管作用力使地层当使用水基钻井液将煤储层打开时，很强的毛细管作用力使地层强烈吸水，而正压差作用下的渗流则加剧了水侵深度，直到储层强烈吸水，而正压差作用下的渗流则加剧了水侵深度，直到储层吸水达到束缚水饱和度为止。吸水达到束缚水饱和度为止。水量增加形成的水膜将使煤层产生水量增加形成的水膜将使煤层产生“水锁水锁”，造成永久性伤害，造成永久性伤害。煤及煤层气资

49、源勘查煤及煤层气资源勘查钻井地质资料的汇交（钻井地质资料的汇交（1）1、设计部分设计部分地质录井施工设计地质录井施工设计气测录井设计气测录井设计取芯施工设计取芯施工设计 2、随钻地质资料、随钻地质资料地质记录或日志地质记录或日志地质班报表地质班报表地质日报地质日报录井剖面草图（非煤系段录井剖面草图（非煤系段1：500，煤系段，煤系段1：200）简易水文观测记录简易水文观测记录岩芯煤芯照片簿岩芯煤芯照片簿煤层取芯登记表，取芯统计表煤层取芯登记表，取芯统计表岩芯、煤芯描述表，岩屑描述表岩芯、煤芯描述表，岩屑描述表井口坐标实测成果表（最好包括大地坐标六度带、大地坐标三度带坐标和井口坐标实测成果表（最

50、好包括大地坐标六度带、大地坐标三度带坐标和地方坐标）地方坐标）六、煤层气钻井资料的汇交六、煤层气钻井资料的汇交煤及煤层气资源勘查煤及煤层气资源勘查钻井地质资料的汇交（钻井地质资料的汇交（2）气测录井原始资料气测录井原始资料气测原始记录曲线气测原始记录曲线气测原始记录磁盘气测原始记录磁盘迟到时间记录（可以包含在气测班报之内）迟到时间记录（可以包含在气测班报之内）气测后效观察记录（可以包含在气测班报之内）气测后效观察记录（可以包含在气测班报之内）3、地质成果资料、地质成果资料完井地质总结报告完井地质总结报告完井综合柱状图完井综合柱状图(1:500)煤系井段综合柱状图煤系井段综合柱状图(1:200)