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        武威盆地黑山區(qū)塊煤層氣U型井技術(shù)研究

        2020-07-01 03:39:12李穎濤王泉波楊國旗韓薛云
        云南化工 2020年6期
        關(guān)鍵詞:段長度煤巖煤層氣

        李穎濤,王泉波,楊國旗,馮 洋,韓薛云

        (陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司延長氣田采氣一廠,陜西 延安 716000)

        1 黑山區(qū)塊特征

        1.1 地質(zhì)特征

        黑山構(gòu)造位于武威盆地營盤凹陷中部,為晚古生代石炭紀(jì)煤層,埋藏深度372.77~1405.15m,面積約220km2,平均煤層總厚度13.32 m,含煤系數(shù)平均為7.21%,煤層平均含氣量5 m3/t。位于太原組中部主產(chǎn)煤層4-1煤層,具有以下特征:埋深適中(平均949.36m),利于開采;煤層平均厚度為1.80 m,基本全區(qū)發(fā)育,煤層橫向分布穩(wěn)定,煤層含夾矸0~3層,夾矸厚度0~1.02 m,夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或粉砂巖,為簡單-復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu),通臨井武試1井和武式2井物性剖面分析,該煤層較其他巖段,電阻率,孔隙度和滲透率較高,通過煤巖電鏡掃描分析可知,該區(qū)煤巖以原生礦物為主,次生礦物發(fā)育很少,煤巖巖性致密,有微裂紋和孔洞發(fā)育,有極強的非均質(zhì)性及各項異性。

        1.2 煤巖力學(xué)特征

        黑山區(qū)塊4-1煤層密度比較低、泊松比離散型較強、彈性模量比較大、抗張強度和抗壓強度高于常規(guī)煤巖,同時具有性脆、易破碎等特點,非常有利于鉆頭進(jìn)行破巖,表1為煤巖力學(xué)參數(shù)。

        表1 煤巖力學(xué)參數(shù)表

        根據(jù)上述4-1煤層力特征可知:4-1煤層厚度比較大、面積非常廣、連續(xù)性比較好,同時儲層煤巖機械強度較高,具有很好的穩(wěn)定性,特別有利于水平鉆井;煤層頂板穩(wěn)定,有利于造斜。因此,該煤層適于采用U型井開發(fā)煤層氣。

        2 煤層U型井主要難點分析

        U型井技術(shù),又可稱為水平連通井技術(shù),兩口不同位置的水平井與水平井、水平井與定向井、水平井與直井或者定向井與定向井,連通在同一目的層,所以綜合了欠平衡鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向、兩井連通等多種先進(jìn)技術(shù)[1-3],另外,由于煤層具有易碎、易垮塌特點,故要求煤層井壁具有較強的穩(wěn)定性。

        2.1 U型井連接及貫通方式的選擇

        對接就是貫通兩口井井下流道,通常,按照井眼軌道方式可分為3種:相交、相切和井底相切。圖1為對接水平井對接方式。

        圖1 對接水平井對接方式

        針對武威地區(qū)使用U型井開發(fā)煤層氣時,兩井應(yīng)選擇相交連接,兩井相交相對于相切和井底相切來說,連接技術(shù)要求更低,經(jīng)濟成本也更低,而且可以達(dá)到預(yù)期的連接要求[4-6]。

        2.2 水平段最優(yōu)長度的確定

        通過文獻(xiàn)查閱能得到水平段單位長度采油指數(shù)JS,的計算模型,但很少考慮到壓降的影響[2-6],而產(chǎn)量誤差可描述為水平段流體的壓降與油藏壓降之比。本文運用采油指數(shù)這一概念來描述水平井筒中流動,考慮到壓降的影響,進(jìn)一步將水平井計算模型與流體摩阻的計算結(jié)合起來,推導(dǎo)出煤層氣水平井水平段最優(yōu)長度的計算模型[7]。

        如圖2所示為井筒和儲層耦合,Pe為氣藏的外邊界壓力,Pw(x)表示沿水平段井筒方向坐標(biāo)x處的壓力。

        圖2 油氣藏和井筒的耦合

        井眼中流動公式可描述為:

        由質(zhì)量守恒可以得到:

        利用下列邊界條件:

        利用邊界條件 qw,x=L=0和式子(1),(2)和(3)聯(lián)立得:

        其中產(chǎn)能公式:

        式中:Kv,Kh分別為垂直、水平滲透率,10-3μm2;μg為氣體黏度,mPa·s;β為各向異性比值,為( Kh/Kv)1/2。

        式(5)為水平段最優(yōu)長度計算公式。

        該區(qū)塊的基本數(shù)據(jù),煤層氣相對密度νg=0.5781,泄氣半徑Re=500 m,水平井半徑rw=0.1 m,地層滲透率K=0.5×10-3μm2,垂直與水平滲透率比值 Kv/Kh=0.4763,原始地層壓力 Pi=21 MPa,井底壓力Pwf=19 MPa,煤層氣粘度μ=0.02 uPa·s,氣層厚度h=10m,體積系數(shù)Bg=4.675×10-3,表皮系數(shù)S=0。根據(jù)上述計算模型,計算得到水平段長度與產(chǎn)量的關(guān)系圖如2。

        從圖2可知,當(dāng)水平井段增加到一定程度之后,產(chǎn)量隨水平段長度繼續(xù)增加幅度較小,再增加水平段長度,鉆井成本和井下風(fēng)險都會增大,因此該區(qū)最優(yōu)水平長度為1000 m左右。

        圖2 水平段長度與產(chǎn)量關(guān)系圖

        3 結(jié)論與建議

        1)武威盆地煤層是一種低密度、低滲透率的非常規(guī)儲層;武威盆地煤巖密度較低,泊松比離散性強,力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為彈性模量、抗張強度及抗壓強度較其它煤巖高,黑山區(qū)塊應(yīng)首選U型井。

        2)根據(jù)黑山區(qū)塊煤層特征,結(jié)合U型井不同對接方式,在滿足技術(shù)要求條件下,選擇經(jīng)濟成本低的兩井相交的對接方式,并應(yīng)用欠平衡鉆井及地質(zhì)導(dǎo)向等先進(jìn)技術(shù)[3]。

        3)對常規(guī)水平段單位長度采油指數(shù)JS,的計算模型進(jìn)行改進(jìn),考慮了壓降影響,結(jié)合了流體摩阻計算,推導(dǎo)水平段最優(yōu)長度的計算模型,得到U型井主井眼水平段長度優(yōu)化為1000 m。

        4)煤層基脆性大、裂縫多、易破碎的特殊性質(zhì)決定井壁失穩(wěn)機理及其復(fù)雜,建議開展巖石力學(xué)詳細(xì)實驗,獲取更多準(zhǔn)確的巖石力學(xué)參數(shù),更好的保持井壁穩(wěn)定,減少煤儲層的傷害及煤層坍塌危險[4]。

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