1、煤层气勘探方法与技术煤层气勘探方法与技术中石油煤层气有限责任公司中石油煤层气有限责任公司20092009年年4 4月月内内 容容1 煤层气资源及开发煤层气的重大意义煤层气资源及开发煤层气的重大意义2 煤层气勘探的目的与任务煤层气勘探的目的与任务3 煤层气勘探的方法与阶段划分煤层气勘探的方法与阶段划分4 煤层气地震勘探技术煤层气地震勘探技术5 煤层气钻井技术煤层气钻井技术6 煤层气储层参数测试技术煤层气储层参数测试技术7 煤层气储量评价煤层气储量评价煤层气在煤矿生产中称为瓦斯煤层气在煤矿生产中称为瓦斯,它是煤层在煤化过程中生成并储集于它是煤层在煤化过程中生成并储集于煤系地层中的非常规天然气。因此
2、，在国外油气行业中，煤层气也被煤系地层中的非常规天然气。因此，在国外油气行业中，煤层气也被称为称为“煤层中的非常规天然气煤层中的非常规天然气”煤层气的主要成份是甲烷（煤层气的主要成份是甲烷（CH4CH4），以吸附状态为主赋存于煤层中。），以吸附状态为主赋存于煤层中。其储集机理和生产特征有别于常规天然气其储集机理和生产特征有别于常规天然气煤层气的概念煤层气的概念煤层气产出过程：解吸、扩散、渗流煤层气产出过程：解吸、扩散、渗流煤层气与常规天然气对比煤层气与常规天然气对比 煤层气煤层气 甲烷甲烷含量含量 95%95%埋藏浅，埋藏浅，3003001200m1200m 渗透率低渗透率低，井距小，井距小单
3、井产量低（几千单井产量低（几千mm3 3/d)/d)生产年限长（生产年限长（20-3020-30年）年）必须压裂，提高单井产量必须压裂，提高单井产量产出方式：吸附气，产出方式：吸附气，排水排水-降降压压-解吸解吸 天然气天然气 甲烷和重烃等烃类气体甲烷和重烃等烃类气体埋藏深，埋藏深，1500m1500m 渗透率高渗透率高，井距大，井距大单井产量高单井产量高(几十万几十万mm3 3/d)/d)生产年限短（生产年限短（8 81010年）年）储层压力大，储层压力大，自喷自喷生产方式生产方式：游离气，在储层压力：游离气，在储层压力作用下直接流向井筒作用下直接流向井筒 煤层气井煤层气井排采井场排采井场煤
4、层气与常规天然气对比煤层气与常规天然气对比天然气井初始产量高，但衰减快天然气井初始产量高，但衰减快煤层气单井产量不如常规天然气高，但气井服务年限长煤层气单井产量不如常规天然气高，但气井服务年限长中国煤层气资源分布及特点中国煤层气资源分布及特点我国煤层气资源十分丰富，与陆上常规天然气资源我国煤层气资源十分丰富，与陆上常规天然气资源量相当（量相当（5656万亿万亿m3 3）埋深埋深2000m2000m以浅的煤层气资源量达以浅的煤层气资源量达36.8136.81万亿万亿mm3 3，可采资源量约为可采资源量约为1010万亿万亿mm3 3沁水盆地和鄂尔多斯盆地是煤层气资源量最大的两沁水盆地和鄂尔多斯盆地
5、是煤层气资源量最大的两大盆地，均超过大盆地，均超过1010万亿万亿mm3 3，为规模开发提供了资源，为规模开发提供了资源条件条件埋深埋深1500m1500m以浅的煤层气资源占总量的以浅的煤层气资源占总量的60%60%，有利，有利于煤层气的勘探和开发于煤层气的勘探和开发全国煤层气资源量大区分布直方图011318410359210467646622444317719981285831696404000080000120000东部中部西部南方青藏煤层气资源量（108m3)地质资源量可采资源量主要含气区带煤层气资源分布直方图010000200003000040000沁水鄂尔多斯东缘鄂尔多斯西缘鄂尔多斯
6、中部吐哈准噶尔准南二连周缘六盘水塔里木南缘伊梨织纳准噶尔准东伊敏煤层气资源量（108m3）地质资源量可采资源量全国煤层气资源深度分布（108m3）142707.99106111.73119298.6风化带下限10001000150015002000全国煤层气资源量地理环境分布直方图421202833780442631921227741595815295101665955147873125238632450434100300006000090000120000150000平原高原丘陵山地黄土塬沙漠戈壁煤层气资源量（108m3）地质资源量可采资源量 据预测，据预测，20102010、2020202
7、0、20302030、20502050年，我国天然气供需缺口分别为年，我国天然气供需缺口分别为268268、830830、15151515、20802080亿亿mm3 3 我国常规天然气可采资源量为我国常规天然气可采资源量为2222万亿万亿mm3 3，我国煤层气可采资源量为，我国煤层气可采资源量为1010万万亿亿mm3 3 20102010年，我国煤层气产量将达到年，我国煤层气产量将达到100100亿亿mm3 3，将弥补当年天然气供需缺口的，将弥补当年天然气供需缺口的37.3%37.3%。20202020年将达到年将达到300300亿亿mm3 3，弥补当年天然气供需缺口的，弥补当年天然气供需缺
8、口的36.1%36.1%煤层气是可以有效弥补我国天然气供需缺口的最现实的非常规天然气资源煤层气是可以有效弥补我国天然气供需缺口的最现实的非常规天然气资源弥补我国天然气供需缺口弥补我国天然气供需缺口v煤矿瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患，近年来，煤矿重特大瓦煤矿瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患，近年来，煤矿重特大瓦斯爆炸事故时有发生，给人民群众生命财产造成了重大损失斯爆炸事故时有发生，给人民群众生命财产造成了重大损失v我国每年因瓦斯爆炸死亡约我国每年因瓦斯爆炸死亡约20002000人，人，20042004年年1010月月-2005-2005年年3 3月，四月，四起特大瓦斯爆炸事故死亡矿工起特大瓦
9、斯爆炸事故死亡矿工594594人人v先采气后采煤可以大大降低煤层中的瓦斯含量，有效减少重特大瓦先采气后采煤可以大大降低煤层中的瓦斯含量，有效减少重特大瓦斯爆炸事故，提高煤矿的经济效益斯爆炸事故，提高煤矿的经济效益v国务院办公厅国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见（国办发（国办发200620064747号）中明确规定：号）中明确规定：“煤层中吨煤瓦斯含量必煤层中吨煤瓦斯含量必须降低到规定标准以下，方可实施煤炭开采须降低到规定标准以下，方可实施煤炭开采”有利于煤矿的安全生产有利于煤矿的安全生产 v煤层气的主要成分甲烷是“温室气体”，其
10、温室效应是CO2的21倍v采煤之前先开采利用煤层气，可以有效避免煤炭生产过程中的甲烷排放，变废为宝，避免资源浪费v国办发200647号文中明确规定：“限制企业直接向大气中排放煤层气”v2007年5月30日由国务院颁布实施的中国应对气候变化国家方案中明确将煤层气的开发利用作为防止环境污染的重要手段，应最大限度地减少煤炭生产过程中的能源浪费和甲烷排放v通过发展煤层气产业，预计2010年可减少甲烷温室气体排放约2亿吨二氧化碳当量有效减排甲烷温室气体，变废为宝有效减排甲烷温室气体，变废为宝 国家十分重视煤层气的开发利用国家十分重视煤层气的开发利用温家宝总理明确提出：温家宝总理明确提出：“开发和利用煤层
11、气既可治理瓦斯，又可利用开发和利用煤层气既可治理瓦斯，又可利用能源，一举两得，应该加大科研、勘探、开发能源，一举两得，应该加大科研、勘探、开发的力度。请发改委研究、制定规划和措施。的力度。请发改委研究、制定规划和措施。”为煤层气产业的发展指明了新的方向和机遇：为煤层气产业的发展指明了新的方向和机遇：既要开发新能源，又要兼顾瓦斯治理既要开发新能源，又要兼顾瓦斯治理内内 容容1 煤层气资源及开发煤层气的重大意义煤层气资源及开发煤层气的重大意义2 煤层气勘探的目的与任务煤层气勘探的目的与任务3 煤层气勘探的方法与阶段划分煤层气勘探的方法与阶段划分4 煤层气地震勘探技术煤层气地震勘探技术5 煤层气钻井
12、技术煤层气钻井技术6 煤层气储层参数测试技术煤层气储层参数测试技术7 煤层气储量评价煤层气储量评价煤层气勘探的目的与任务煤层气勘探的目的与任务n最终目的：最终目的：探明煤层气地质储量和探明煤层气地质储量和可采储量，制定开发方案可采储量，制定开发方案n任务：任务：通过物探、钻井、测井、测通过物探、钻井、测井、测试和先导性排采试验等方法，查明试和先导性排采试验等方法，查明煤储层特征参数、煤层含气性、煤煤储层特征参数、煤层含气性、煤层气可采性，为煤层气田开发生产层气可采性，为煤层气田开发生产提供依据提供依据内内 容容1 煤层气资源及开发煤层气的重大意义煤层气资源及开发煤层气的重大意义2 煤层气勘探的
13、目的与任务煤层气勘探的目的与任务3 煤层气勘探的方法与阶段划分煤层气勘探的方法与阶段划分4 煤层气地震勘探技术煤层气地震勘探技术5 煤层气钻井技术煤层气钻井技术6 煤层气储层参数测试技术煤层气储层参数测试技术7 煤层气储量评价煤层气储量评价煤层气勘探的方法煤层气勘探的方法n野外地质勘测：野外踏勘、露头采样、地质剖面建立n地震勘探：利用不同岩石地层对人工地震波反射特征的不同，识别地层界面、构造和岩性的地球物理勘探方法，包括野外地震数据采集、资料处理与解释、地层剖面和构造剖面建立n钻井：利用机械方式钻开地层，形成煤层气产出的井筒通道，钻井可以直接获得地层和地层中流体的特征参数n测井：利用不同岩石和
14、不同流体的地球物理特性的差异（声学、电学、放射性等）识别地层岩性和地层中流体特征的地球物理勘探方法，声波测井、电法测井、放射性测井等n测试：试井和实验室测试等。试井用于获取地层压力、渗透率等参数，实验室测试用于获取煤岩特征参数、煤岩工业成分数据、含气量数据和力学特征参数煤层气勘探阶段划分煤层气勘探阶段划分n野外地质调查与选区评价：在盆地级别上，主要通过野外地质勘测、地震勘探、钻井等方法选择煤层气富集的有利勘探区块n钻井与先导性排采试验：在区块级别上，通过钻井工程评价和井组生产试验，进一步确定煤层气开发区n储量评价与开发方案编制：依据勘探成果和生产试验的结果，进行地质储量和可采储量的评价，确定煤
15、层气经济可采性，编制开发方案区域勘探与区域勘探与选区评价选区评价有利区块有利区块确定开发区确定开发区内内 容容1 煤层气资源及开发煤层气的重大意义煤层气资源及开发煤层气的重大意义2 煤层气勘探的目的与任务煤层气勘探的目的与任务3 煤层气勘探的方法与阶段划分煤层气勘探的方法与阶段划分4 煤层气地震勘探技术煤层气地震勘探技术5 煤层气钻井技术煤层气钻井技术6 煤层气储层参数测试技术煤层气储层参数测试技术7 煤层气储量评价煤层气储量评价地震勘探的基本原理地震勘探的基本原理地震勘探是利用地壳中岩（矿）石波阻抗等物理性质的差异来研究地质构造或者探测地下矿产的一门学科。地震勘探主要利用人工激发震源在地面激
16、发地震波，入射到地层波阻抗界面反射回到地表，并被地表地震检波器和地震仪器接收记录。之所以能够利用地震反射波法进行煤田勘探，主要依据煤层低密度、低速度，沉积相对稳定，与围岩之间存在着较大的波阻抗差异，因而能形成能量强、连续性好、信噪比高的反射波。地震勘探的实施过程地震勘探的实施过程u野外数据采集：布置地震测线和野外仪器，激发地震波，获得野外地震数据的磁带和野外地震监测记录u地震资料处理：利用计算机和专用软件数据处理程序对野外采集的数据进行资料处理，获得用于地质解释的地震时间剖面u地震资料解释：运用地震波传播的理论和煤田地质学的原理，综合地质、钻探和其他资料，对地震时间剖面进行研究分析，对各反射层
17、相当的地层做出正确的判断，对目的层地质构造进行解释，绘制各种地震解释图件煤层地震反射波特征煤层地震反射波特征n振幅特征:在纵向地层结构中，由于主要可采煤层波阻抗大大低于围岩，因此，煤层反射波振幅特征表现为强振幅亮点。当煤层厚度小于1/4波长时，煤层厚振幅强，煤层薄振幅相对较弱或反射波消失n波形特征:在波形剖面中，煤层反射波通常以双相位出现，波形稳定，易识别，易对比。在时间剖面上，煤层反射波呈波状起伏，且与相邻波组呈不平行关系n构型特征:由于煤层沉积于地形凹陷部位，因此，煤层反射同相轴呈现明显的向斜构型，并在向斜边缘消失n频率特征:一般的厚煤层视频率低、复合波出现，薄煤层频率高n波阻抗特征:煤层
18、的波阻抗与围岩波阻抗相差很大，它们之间所形成的界面反射系数达0.20.5，是一个良好的反射界面。在相对波阻抗剖面上，煤层表现为低波阻抗条带。煤层厚度变化的时间剖面图n识别煤层，并查明主要目的煤层的几何形态、平面展布范围以及与煤层相关的构造发育情况n查明煤层中裂缝或者割理发育情况n查明煤层中流体（水、气）的特征及其富集规律煤层气地震勘探的任务煤层气地震勘探的任务地震技术在煤层气勘探开发中的应用前景地震技术在煤层气勘探开发中的应用前景n利用地震属性提取技术和反演技术，进行煤储层描述和预测，预测煤储层的空间展布及物性变化n应用高精度三维地震资料，建立靶区高精度构造模型，优化定向斜井、水平井井身轨迹设
19、计，大大提高钻井和开发的成功率n应用井间地震技术,分析井间储层及微裂缝分布n利用AVO 技术检测煤层气富集和裂缝分布规律：AVO 技术是根据地震反射波振幅随炮检距变化而变化的规律，在叠前道集记录上获得诸如反射系数、振幅、频率等多种有用的信息，并对这些信息加以分析，对油气层进行直接检测的技术n利用地震资料中的地震波波组特征（地震相）解释地震相所反映的沉积环境，为制定煤层气田开发方案提供依据n应用三维地震资料和联井剖面，实现层序地层的等时对比，建立微构造模型，合理划分煤层气田的开发单元，优化开发方案，使煤层气的开发与调整更有针对性煤层气地震勘探阶段及要求煤层气地震勘探阶段及要求n地震普查：了解区域
20、构造特征、建立与划分地震地层层序、提供参数井井位和预探井井位n地震详查：查明主要煤系层段的分布与埋藏深度、厚度变化，查明主要断裂系统的展布，指出进行煤层气勘探的有利区块，提供评价井井位方案n地震精查：进一步查明主要煤系地层、断裂系统的空间分布，对主要煤系层段的物性进行研究与探讨，提供开发井和开发井组方案煤层气地震测线部署原则煤层气地震测线部署原则 n根据地质任务，对全区进行整体规化，统一部署，分期实施n测线布置任务明确，针对性强，长度够，能控制所要研究的地质对象n地震普查、详查测线必须形成闭合网n主测线方向原则上要垂直构造走向，为了特殊地质目的，也可布置少量其它方向测线n地震测线按直线施工，要
21、精心选线，无法按直线施工时，可采取弯线施工n地震测线要通过主要探井n相邻工区和不同年度的地震测线要满覆盖相互联接煤层气地震测网密度要求煤层气地震测网密度要求n地震普查：主测线距8，连络测线距不大于16n地震详查：主测线距2，连络测线距不大于 4n地震精查：三维地震内内 容容1 煤层气资源及开发煤层气的重大意义煤层气资源及开发煤层气的重大意义2 煤层气勘探的目的与任务煤层气勘探的目的与任务3 煤层气勘探的方法与阶段划分煤层气勘探的方法与阶段划分4 煤层气地震勘探技术煤层气地震勘探技术5 煤层气钻井技术煤层气钻井技术6 煤层气储层参数测试技术煤层气储层参数测试技术7 煤层气储量评价煤层气储量评价煤
22、层气钻井技术煤层气钻井技术 u直井按其目的一般分为参数井、参数+生产试验井、生产井。直井以其工艺简单、成本低等特点，得到广泛的应用u水平井按其工艺一般分为水平井、多分支水平井、U型井（末端对接井）、短半径水平井等。水平井以其单井产量高、资金回收快等特点，也越来越受到关注比较内容比较内容多分支水平井多分支水平井常规直井常规直井适用储层条件适用储层条件特别有利于低渗低压储层，要求煤层相对稳特别有利于低渗低压储层，要求煤层相对稳定定仅在高渗地区有较好的产气效果；对煤仅在高渗地区有较好的产气效果；对煤体破坏程度很敏感体破坏程度很敏感技术成熟度技术成熟度有待规范化，设备与关键技术本土化不足有待规范化，设
23、备与关键技术本土化不足已经规范化和系统化已经规范化和系统化技术难度技术难度很大，关键环节仍依赖国外很大，关键环节仍依赖国外相对简单，国内已经完全掌握相对简单，国内已经完全掌握产能特点产能特点快速、高产、高回采率快速、高产、高回采率排水周期长，生产周期长，回采率低排水周期长，生产周期长，回采率低钻井成本钻井成本目前很高，但有巨大下降空间目前很高，但有巨大下降空间已经降到很低已经降到很低生产成本生产成本单位面积生产成本很低单位面积生产成本很低单位面积生产成本很高单位面积生产成本很高主主要要特特点点地表要求地表要求(钻前与销售钻前与销售)山地作业优势明显山地作业优势明显单井要求简单，但对综合开发来说
24、由于单井要求简单，但对综合开发来说由于井口多，钻前要求很高井口多，钻前要求很高服务面积服务面积0.5-1.0Km20.06Km2作业维护作业维护集中集中分散分散服务年限服务年限短，短，3-5年年长，长，15-20年年投资回收投资回收快，快，2-3年年慢，慢，8年年产量曲线产量曲线持续衰减持续衰减稳产维持时间长稳产维持时间长作业成本作业成本综合成本低，综合成本低，综合成本高，综合成本高，煤、气共采潜力煤、气共采潜力对实现对实现“先采气后采煤战略先采气后采煤战略”具有重要现实具有重要现实意义意义对近期和中期采煤计划没有很大帮助，对近期和中期采煤计划没有很大帮助，而且遗留钢套管对采煤有重大伤害而且遗
25、留钢套管对采煤有重大伤害多分支水平井与直井特点对比多分支水平井与直井特点对比1)1)技术成熟，对施工设备的要求较低；技术成熟，对施工设备的要求较低；2)2)地质条件的适用性较强；地质条件的适用性较强；3)3)钻井过程中，井壁稳定性较好，且能够完成较为钻井过程中，井壁稳定性较好，且能够完成较为详实的录井工作；详实的录井工作；4)4)不足是钻速较慢，对储层伤害较大，单井建井周不足是钻速较慢，对储层伤害较大，单井建井周期长。期长。常规直井钻井的工程特点常规直井钻井的工程特点 n应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数的需要；的需要；n应充分考虑到出现漏、涌、塌
26、、卡等复杂情况应充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地）；的处理作业需要（一般应留有余地）；n能保障钻井工程安全、优质、快速、低成本施能保障钻井工程安全、优质、快速、低成本施工。工。井身结构设计原则井身结构设计原则直井井身结构设计流程图直井井身结构设计流程图开钻程序钻头尺寸套管类型套管尺寸一开311.1表层套管244.5二开215.9生产套管139.7（177.8）煤层气常规直井井身结构表煤层气常规直井井身结构表 单位单位:mm20m煤煤244.5mm表套表套311.1mm钻头钻头139.7mm215.9mm上返上返200m30m煤层气直井井身结构示意图煤层气直井
27、井身结构示意图30mn井身质量：井身、井斜、井底位移等；n钻井液质量：密度、失水、固相含量等；n固井质量：水泥浆比重，水泥返高，胶结程度等；n录井质量：岩屑录井，泥浆录井，气测录井等；常规直井钻井的工程质量控制常规直井钻井的工程质量控制 评 级 指 标评 级 级 别优 良合 格基 本 合 格不合格井 深/m500100015005001000150050010001500达不到基本合格全井最大井斜角/1.522.522.532.533.5井底水平位移/m51015102030152535全角变化率/(/25 m)1.21.31.4井 径扩 大 率/%全井152025煤层段253540注1：井底
28、水平位移和最大井斜角计算至井底。注2：全角变化率为连续三个测点的计算值全不超表内值。注3：全角变化率和井底水平位移的计算方法按Q/CUCBM 0301-2002第9章9.1条的公式进行计算。注4：地层倾角大于150，最大井斜角可适当放宽1020，特殊情况以设计要求为准。井身质量验收评级标准井身质量验收评级标准性能 密度g/cm3塑性粘度MPas中压失水ml固相含量%含砂量%粘土含量%pH值指标1.031.051520940.21288.5 煤层气井钻井液匹配参数煤层气井钻井液匹配参数井段钻压kN转速r/min排量L/s煤层段2050405068非煤层段406060651015煤层气井绳索取芯施
29、工工程参数煤层气井绳索取芯施工工程参数 套管外径 mm试压压力 MPa30分钟降压 MPa139.7200.5177.8200.5煤层气直井生产套管试压标准煤层气直井生产套管试压标准固井水泥胶结质量评价标准固井水泥胶结质量评价标准等级优良合格基本合格不合格第一界面声幅值10%10%声幅值20%20%30%第二界面地层波强、清晰地层波较强、较清晰地层波较弱、可辩认地层波弱、难辩认1 1、开钻前验收、开钻前验收 煤层气井钻井工程的钻前验收内容包括井场布置、设备安装、钻井工程准备、HSE等2 2、二开验收、二开验收 二开验收项目按二开要求进行验收，不符合要求的要限期整改，经整改后达到规定标准才能二开
30、钻进。3 3、钻井完井交接验收、钻井完井交接验收 钻井完井后，7天内由施工单位向中联公司项目经理部发出待交井申请书，由项目经理部组织交接的双方人员到现场进行交接验收。交接内容：交接内容：井身质量、取芯质量、固井质量、完井质量、井场环保和钻井工程地质资料验收，并按中联公司钻井完井交接验收书项目进行填写交接验收。4、钻井完井最终验收钻井完井最终验收煤层气钻井验收程序煤层气钻井验收程序空气冲击钻井的工艺及特点以引进美国雪姆公司T685为例1 1）空气潜孔锤钻进效率高）空气潜孔锤钻进效率高2 2）对储层伤害较小）对储层伤害较小3 3）对环境污染小）对环境污染小4 4）设备自动化程度高，易）设备自动化程
31、度高，易于搬迁，适合丘陵地区施工于搬迁，适合丘陵地区施工 5 5）自动化程度的提高，大）自动化程度的提高，大大降低了工人劳动强度大降低了工人劳动强度车载顶驱空气钻机：车载顶驱空气钻机：T685T685空气冲击钻系统配置以山西沁南地区为例序号序号名称名称型号型号数量数量功率（功率（KW）制造厂商制造厂商1顶驱车载钻机顶驱车载钻机T685WS1台台美国雪姆公司美国雪姆公司2压缩机压缩机36m3/2.4MPa1台台美国雪姆公司美国雪姆公司3主机发动机主机发动机QSK-191台台563康明斯康明斯4顶驱顶驱1台台45吨吨美国雪姆公司美国雪姆公司5泥浆泵泥浆泵850/50型型1台台90石家庄煤机厂石家庄
32、煤机厂空气潜孔锤钻头1 1 水平井的钻井特点水平井的钻井特点1)1)多分支水平井实现割理和裂隙更有效连通，使气、水快速产出；多分支水平井实现割理和裂隙更有效连通，使气、水快速产出；2)2)多分支水平井避免了固井、压裂对煤储层的伤害；多分支水平井避免了固井、压裂对煤储层的伤害；3)3)多分支水平井控制范围大，降低了地面集输工程的成本；多分支水平井控制范围大，降低了地面集输工程的成本；4)4)多分支水平井减少了地表植被破坏，更加有利于环境保护多分支水平井减少了地表植被破坏，更加有利于环境保护;但多分支水平井钻井工艺技术复杂，钻井成本高；适用范围窄，要求但多分支水平井钻井工艺技术复杂，钻井成本高；适
33、用范围窄，要求目标煤层稳定，煤体结构完整、煤岩强度较高。目标煤层稳定，煤体结构完整、煤岩强度较高。煤层气水平井钻井技术多分支水平井与直井对比多分支水平井与直井对比2 2 多分支水平井的关键环节多分支水平井的关键环节 1)地质认识的程度，并非所有的地区所有的煤层都适合钻多分支水平井，因此在施工前必须对目标煤层进行深入的研究；2)连通技术，连通一般此依靠旋转磁场定位系统来实现；3)井眼轨迹控制，利用LWD或MWD、EMWD等监测井眼轨迹方位、井斜、工具面来实现井眼轨迹控制；4)井眼稳定性控制。一是要优化井身结构设计；二是合理控制钻井液体系；三是钻进过程中，采取相对稳定的井眼工程技术措施。煤层气水平
34、井钻井技术3 3 多分支水平井煤层的保护措施多分支水平井煤层的保护措施 1)1)钻井液性能控制；钻井液性能控制；2)2)完成井眼进尺后，采取替浆洗井措施；完成井眼进尺后，采取替浆洗井措施；3)3)采用平衡钻井或欠平衡钻井技术。采用平衡钻井或欠平衡钻井技术。煤层气水平井钻井技术4 4 实例分析实例分析洞穴沟通两井洞穴沟通两井4545100m煤层煤层主水平井眼主水平井眼分支水平井眼分支水平井眼口袋口袋直井排采直井排采煤层气水平井钻井技术n多分支水平井示意图：多分支水平井工程井井身结构和套管程序开钻开钻序号序号钻头直径钻头直径 mm钻达层位钻达层位套管外径套管外径mm钢级钢级壁厚壁厚mm套管口袋套管
35、口袋m备备 注注一开一开311.1550m，入完整基，入完整基岩不小于岩不小于20m244.5J558.941m水泥返至地面水泥返至地面二开二开215.9煤层顶板以上煤层顶板以上5m1778J558.052mG级固井水泥返至地面。级固井水泥返至地面。三开三开152.4设计要求深度设计要求深度裸眼完井裸眼完井井眼轨迹三维投影图DS01井眼轨迹三维投影图 DS01多分支水平井现场潘庄国际合作项目实施的6口多分支水平井轨迹多分支水平井双井连通U型井多分支水平井主要设计原则n主水平井眼一般采用中（小）曲率半径和主水平井眼一般采用中（小）曲率半径和“直直增增增增稳（水平）稳（水平）”的连增复合型剖面，井
36、眼的连增复合型剖面，井眼轨迹圆滑、摩阻和扭矩小，造斜点选在煤层顶部轨迹圆滑、摩阻和扭矩小，造斜点选在煤层顶部砂岩或泥岩层内；砂岩或泥岩层内；n分支井眼采用中曲率半径分支井眼采用中曲率半径“增增稳稳”剖面，与主剖面，与主水平井眼呈水平井眼呈4545夹角。夹角。裸眼井裸眼井标准测井（标准测井（4）双侧向（DLL）、自然电位（SP）、自然伽马（GR）、双井径（CAL）。综合测井（综合测井（9）双测向（DLL）、微球形聚焦（MSFL）、自然伽马（GR）、自然电位（SP）、双井径（CAL1）（CAL2）、补偿密度（DEN）、补偿中子（CNL）、补偿声波（AC）、井温（TEMP）套管井套管井全井进行声幅、
37、自然伽马、套管接箍测井、声波变密度测井 煤层气测井技术 n采样间距及回放要求：煤系地层采样间隔一般不大于0.05m，非煤系地层采样间隔一般不大于0.10m；主要煤层及其上下各20m井段，回放1:50深度比例尺放大曲线，以精细研究煤层结构n为适应地质研究或生产需要，可选测下列测井项目：地层倾角测井、阵列声波（或长源距声波）、核磁共振测井、微电阻率扫描、声波扫描成像、拟稳态井温测井等。煤层气测井技术要求序号 曲 线 名 称 图 件 深 度 比例最大测量速度m/h 单 位 1双侧向1：2001 200.m2微球形聚焦1：200800.m3声波时差1：2001 200s/m4声波变密度（或全波列）1：
38、2001 200s5补偿密度1：200500g/cm36补偿中子1：200500PU7自然电位1：2002 000MV8自然伽马1：200500API9双井径1：2002 000Cm10声幅1：2001 200MV11套管接箍1：2001 500MV12井温1：2001 000C13井斜1：500（连斜）1 0001点/25m(点测)14地层倾角1：200700现场测井速度、深度比例尺、测量值单位表评 级 指 标评 级 级 别优 良合 格基 本 合 格不 合 格测速小于规定容限符合规定容限基本符合规定容限超过规定容限深度误差小于规定容限符合规定容限基本符合规定容限超过规定容限仪器刻度小于规定容
39、限符合规定容限基本符合规定容限不齐全或超过规定容限曲线重复性优于规定容限符合规定容限基本符合规定容限不符合规定容限图头填写齐全、准确、清晰齐全、准确、较潦草齐全、准确、潦草不全或不准确单条测井曲线质量验收评级标准评 级 指 标评 级 级 别优 良合 格基 本 合 格不 合 格单 条 合 格 率/%1001009090五条重点曲线质量密度、声波、深测向、井径、自然伽马皆达到优良。密度、声波、深测向、井径、自然伽马达到合格以上。密 度、深 测向必须合格。五 条 重 点 曲线中有一条不合格。全井测井曲线质量验收评级标煤层气测井现场提交的资料n单条（或单个组合下井仪）井场监视测井曲线图一套（1：200
40、），供检查质量用n综合测井曲线现场合成图一张（1：200），供现场解释用n记录全套测井曲线的磁性介质（软盘或光盘）n现场综合报告n井斜测量记录表1、前言2、测井施工概况3、测井解释模型及处理参数的选择4、测井资料综合解释5、井身及固井质量评价6、结论与建议测井解释报告编制提纲内内 容容1 煤层气资源及开发煤层气的重大意义煤层气资源及开发煤层气的重大意义2 煤层气勘探的目的与任务煤层气勘探的目的与任务3 煤层气勘探的方法与阶段划分煤层气勘探的方法与阶段划分4 煤层气地震勘探技术煤层气地震勘探技术5 煤层气钻井技术煤层气钻井技术6 煤层气储层参数测试技术煤层气储层参数测试技术7 煤层气储量评价煤层
41、气储量评价煤层气主要储层参数测定方法特性特性测定方法测定方法备注备注储集能力储集能力实验室等温吸附曲线测定实验室等温吸附曲线测定吸附体积吸附体积煤芯解吸试验煤芯解吸试验气成份气成份煤芯解吸试验煤芯解吸试验或生产井采样测定或生产井采样测定储层几何形态储层几何形态测井、录井及煤芯数据测井、录井及煤芯数据或地质分析或地质分析扩散率扩散率煤芯解吸试验煤芯解吸试验1 煤岩基质特性测定煤岩基质特性测定特性特性测定方法测定方法备注备注储层压力储层压力试井、静压测量试井、静压测量储层绝对渗透率储层绝对渗透率试井试井储层相对渗透率储层相对渗透率数值模拟、实验室煤芯测定数值模拟、实验室煤芯测定有效厚度有效厚度录井
42、、测井录井、测井孔隙率孔隙率数值模拟、实验室煤芯测定数值模拟、实验室煤芯测定孔隙体积压缩系数孔隙体积压缩系数实验室煤芯测定实验室煤芯测定流体性质流体性质成分与流体性质测定成分与流体性质测定或生产井采样测定或生产井采样测定抽排体积几何形态抽排体积几何形态地质研究、数值模拟、产量地质研究、数值模拟、产量历史拟合历史拟合2 天然裂隙系统特性测定天然裂隙系统特性测定 煤层气主要储层参数测定方法煤层气主要储层参数的测定1 储集能力测定储集能力测定 一般采用兰格繆尔等温吸附线测定，其方程式：一般采用兰格繆尔等温吸附线测定，其方程式：V=VLP/PL+P V吸附量；吸附量；P压力；压力；VL兰氏体积；兰氏体
43、积；PL兰氏压力兰氏压力等温吸附线的应用以下四个方面等温吸附线的应用以下四个方面:1)评价煤层的最大吸附能力；评价煤层的最大吸附能力；2）预测生产过程中煤层气的临界解吸压力；）预测生产过程中煤层气的临界解吸压力；3）预测生产过程中压力降低时煤层气产出量和产出速率（吸附）预测生产过程中压力降低时煤层气产出量和产出速率（吸附时间）；时间）；4）确定储层初始含气饱和度。）确定储层初始含气饱和度。煤层等温吸附曲线 p ad p ad 2 煤层气含量测定煤层气含量测定 直接法直接法直接测量从试验煤样中释放出的气体；直接测量从试验煤样中释放出的气体；间接法间接法利用实验室测定的等温吸附等参数计算获得。利用
44、实验室测定的等温吸附等参数计算获得。直接法测定煤层气含量，包括三个部分：损失量、实测解吸量、直接法测定煤层气含量，包括三个部分：损失量、实测解吸量、残余量。残余量。Q=32.0368（VLL+Vm+Vrd）/mQ 含气量；含气量；VLL损失量；损失量；Vm解吸量；解吸量；Vrd残余量；残余量；m煤煤样重量样重量换算成干燥无灰基换算成干燥无灰基:Qdaf=32.0368（VLL+Vm+Vrd）/mad(1-Aad-Mad)煤层气主要储层参数的测定煤层生气量与含气量煤层生气量与含气量煤层气主要储层参数的测定3 3 渗透率测定渗透率测定控制煤层气产量的最重要的储层特征之一，控制煤层气产量的最重要的储
45、层特征之一，通过试井估算通过试井估算ka、p、s等未知参数。等未知参数。试井数据是精确估算原地裂隙系统渗透率的唯一方法。试井数据是精确估算原地裂隙系统渗透率的唯一方法。应用于煤岩双孔隙度储层模型的方程如下：应用于煤岩双孔隙度储层模型的方程如下：srrBqweiisi472.0ln3.141)p-h(pkkwfriaqsi流体的地表产量STB/d；Ka绝对渗透率md；Kri想对渗透率；H储层厚度ft；p探测区平均压力psi；pwf井底压力psi；Bi地层体积系数；re外边界排水半径ft；rw井筒半径ft煤层气主要储层参数的测定4 4 煤层气井常用试井方法煤层气井常用试井方法1 1）钻杆测试（）钻
46、杆测试（DSTDST）2 2）段塞测试法）段塞测试法3 3）注入）注入/压降测试法压降测试法4 4）水箱测试法）水箱测试法5 5）多井干扰测试法）多井干扰测试法煤层气主要储层参数的测定 试井是一种以渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通试井是一种以渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通过对油气井或水井生产动态的测试来研究油、气、水层和测试井的各过对油气井或水井生产动态的测试来研究油、气、水层和测试井的各种物理参数、生产能力，以及油、气、水层之间的连通关系的方法。种物理参数、生产能力，以及油、气、水层之间的连通关系的方法。试井可以提供包括渗透率和储层压力在内的、用于评价煤层甲烷试井可
47、以提供包括渗透率和储层压力在内的、用于评价煤层甲烷气井生产潜能、采收率和经济可行性的重要资料，并可进行水力压裂气井生产潜能、采收率和经济可行性的重要资料，并可进行水力压裂井裂缝长度和裂缝导流能力的估算。井裂缝长度和裂缝导流能力的估算。试井过程包括试井过程包括现场测试和试井解释现场测试和试井解释两个阶段两个阶段煤层气试井技术 注入压降试井是以恒定排量将水注入储层，在井筒周围形成水饱和注入压降试井是以恒定排量将水注入储层，在井筒周围形成水饱和状态后关井。注入和关井阶段都用井下压力计记录井底压力，根据注状态后关井。注入和关井阶段都用井下压力计记录井底压力，根据注水排量和压力数据可以求得渗透率、储层压
48、力等参数。水排量和压力数据可以求得渗透率、储层压力等参数。进行注入进行注入/压降试井最关健的考虑因素是地层破裂压力。如果在注压降试井最关健的考虑因素是地层破裂压力。如果在注入阶段超过了破裂压力，则计算出的渗透率偏高。入阶段超过了破裂压力，则计算出的渗透率偏高。注入/压降试井方法 流体的注入提高了地层压力，保证了在测试过程中为流体的注入提高了地层压力，保证了在测试过程中为单相流；它适用于负压、正常压力和超压等各种情况的煤单相流；它适用于负压、正常压力和超压等各种情况的煤层气井。层气井。不需要井下机械泵送设备，简化了操作步骤，降低了不需要井下机械泵送设备，简化了操作步骤，降低了成本。成本。可以用标
49、准试井分析方法来分析，结果比较可靠。可以用标准试井分析方法来分析，结果比较可靠。探测半径较大；时间相对较短。探测半径较大；时间相对较短。注入/压降试井的主要优点 第一，地层伤害。其一，由于注入的流体可能与地层的化学环境第一，地层伤害。其一，由于注入的流体可能与地层的化学环境不相容，发生反应，产生伤害。其二，有可能注入了会堵塞产层的不相容，发生反应，产生伤害。其二，有可能注入了会堵塞产层的微粒，产生伤害。因此，把取自被测试层位的地层水回注到测试井微粒，产生伤害。因此，把取自被测试层位的地层水回注到测试井中是很理想的。至少应当采用与地层和气藏流体相容的淡水。中是很理想的。至少应当采用与地层和气藏流
50、体相容的淡水。第二，压开地层。由于注入过程中排量控制不好，使井底压力超第二，压开地层。由于注入过程中排量控制不好，使井底压力超过了测试层的破裂压力就可能会压开地层，产生裂缝。这种裂缝会过了测试层的破裂压力就可能会压开地层，产生裂缝。这种裂缝会产生认为是自然渗透率或井筒伤害的假象，使测试不可靠。因此，产生认为是自然渗透率或井筒伤害的假象，使测试不可靠。因此，在注入压降过程中一定要保证井底压力低于地层破裂压力。在注入压降过程中一定要保证井底压力低于地层破裂压力。注入压降方法主要缺点 在试井过程中，我们提供一个脉冲输入（即流量的变在试井过程中，我们提供一个脉冲输入（即流量的变化），然后监测储层的响应
