CN107558984A - 一种煤矿区煤层气井工厂化开发方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤层气开发地质与工程、非常规气开发工程和地质工程领域，为了使煤矿区煤层气开发由单一、分散的钻井、压裂、排采、集输作业方式发展到煤矿区煤层气井模块化布置‑集中化作业，本发明提供了一种煤矿区煤层气井工厂化开发方法，首先对待采煤矿区进行煤层气井型井网设计，沿盘区大巷布置井网钻场，采用L型”井，水平井沿工作面煤柱钻进；然后对煤层气井进行模块化布置，每个钻场沿回采工作面煤柱左、右两侧各布置水平钻井，如果是多煤层，水平井沿工作面各煤层煤柱钻进，实现煤层气井模块化布置目的；采用集钻井、压裂、排采和集输多个工艺流程一体化的作业方式同时集中施工若干煤层气井。进而实现煤矿区煤层气工厂化开发目的。

Description

一种煤矿区煤层气井工厂化开发方法

技术领域

本发明属于煤层气开发地质与工程、非常规气开发工程和地质工程领域，具体涉及一种煤矿区煤层气井工厂化开发方法。

背景技术

我国煤田地质构造复杂, 高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井众多, 随着煤炭开采深度的增大, 煤层瓦斯问题愈趋严重。因此煤炭开采前或开采过程中开发煤层气是解决煤矿瓦斯安全问题的有效途径。

20 世纪 70 年代, 美国的一些煤矿业主为了减少煤矿瓦斯灾害, 试图利用石油天然气开采技术进行瓦斯抽放, 通过一段时间的试验, 获得成功。之后, 实现了煤层气地面商业开发, 并形成煤层气产业。产业界和学术界基于煤层气吸附理论, 研究并形成了一套完善的煤层气开采理论和技术体系, 即煤层气产出遵循“排水-降压-采气”的开发理论,从煤层气藏的双重孔隙和各向异性以及地层条件下研究甲烷气的吸附-渗流机理。随着美国煤层气地面开采的成功和对煤层气商业价值与能源战略地位的认识不断提高, 20 世纪70 年代末,我国开始参考美国的有关理论进行煤层气地面开发的研究和试验，并在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘取得了较好的产气效果, 并实现了一定规模的商业化生产。

煤矿区煤层气开发是将煤与煤层气作为资源一起开发，包括先采气、后采煤协调开发和采煤采气一体化，即充分利用采煤过程中岩层移动对瓦斯卸压作用并根据岩层移动规律来优化抽放方案、提高抽出率等。目前,以保护层卸压和强化预抽技术为代表的区域性瓦斯治理技术，称为“淮南模式”，已在国内多煤层高瓦斯矿区广泛应用。

针对我国许多地区实行单一煤层开采, 井下和地面抽采煤层气(瓦斯)的情况,山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司煤与煤层气共采国家重点实验室成功开发了煤矿规划区、开拓准备区、生产区“ 三区” 联动煤层气开发模式, 建立了立体抽采工艺与配套技术, 称为“晋城模式”,并在国内推广应用。

由于我国含煤盆地煤层气赋存地质条件的复杂，盆地原型及构造样式多变，尤其是我国煤层气成藏地质条件与美国有很大差别，具有成煤时间早、演化程度高、构造变动强烈等特点，使得煤层气开发地质条件更为复杂，煤储层大多表现为低压、低渗、低饱和状况以及具有强烈的不均一性特征。目前煤矿区煤层气井普遍产量低、不稳定，且衰减快，目前面临着许多重大的开发关键技术问题，如煤矿区煤层气以直井开发为主，采用分散作业模式，单井产量低、井网密度大、管网集输困难，开采效率低，商业运行困难；且煤矿区煤层气开发配套技术尚不完善、推广面有限、开发效益还有待提高。亟待深入研发煤矿区煤层气开发方法，为煤矿区煤与煤层气开发提供科学依据。

发明内容

由于目前煤矿区煤层气以直井开发为主，采用分散作业模式，单井产量低、井网密度大、管网集输困难，开采效率低，商业运行困难。本发明针对煤矿区煤层气开发中存在的问题，以建立集钻井、压裂、排采和集输等多个工艺流程一体化的煤层气开发体系为目标。使煤矿区煤层气开发由单一、分散的钻井、压裂、排采、集输作业方式发展到煤矿区煤层气井模块化布置-集中化作业，实现煤矿区煤层气工厂化开发目的。

本发明采用如下技术方案：

一种煤矿区煤层气井工厂化开发方法，首先对待采煤矿区进行煤层气井型井网设计，沿盘区大巷布置若干井网钻场，采用L型”井，水平井沿工作面煤柱钻进；然后对煤层气井进行模块化布置，每个钻场沿回采工作面煤柱左、右两侧各布置水平钻井，如果是多煤层，水平井沿工作面各煤层煤柱钻进，实现煤层气井模块化布置目的；采用集钻井、压裂、排采和集输多个工艺流程一体化的作业方式同时集中施工若干煤层气井。

水平井长度为工作面走向长度，水平井间距为工作面倾斜长度。

本发明利用钻井-压裂-排采-集输一体化开发技术体系，由单一、分散的钻井、压裂、排采、集输作业，发展到工厂化作业方式。实现钻井-压裂-排采-集输一体化集中作业，大幅度减少施工环节。采用煤矿区煤层气井工厂化开发技术，与大规模直井开发相比，钻井、压裂、排采等工程量减少了2/3，提高功效3～5倍；井场、排采设备和集输管网等工程量减少了70%以上，单井产量提高了3-5倍。优点和效果如下：

（1）由过去单一、分散的钻井、压裂、排采、集输作业，发展到工厂化作业模式。

（2）与大规模直井开发相比，钻井、压裂和排采等工程量减少了2/3；井场、排采设备和集输管网等减少了70%以上，L型井水平段布置在煤柱内减少了对煤炭开采的影响，避免了采煤过程对于煤层气井的破坏。

（3）实现了煤矿区煤层气开发模块化布置-集中化作业模式，完善了煤与煤层气共采理论与技术，具备显著的推广应用价值。

附图说明

图1为L型井身结构示意图；

图2为煤层气井井网优化示意图；

图3为煤层气井工厂化作业井场布局示意图。

具体实施方式

本发明所述煤矿区煤层气井工厂化开发方法包括煤矿区煤层气井型井网优化、煤层气井模块化布置和集中化作业，形成煤矿区煤层气钻井-压裂-排采-集输一体化开发技术体系。

(1)煤矿区煤层气井型井网优化方法：

目前，晋城矿区采用长壁回采工作面开采，工作面倾斜长300m、走向长达1000-2000m，全部垮落法管理顶板。根据煤矿工作面设计和采掘接替部署，并考虑到煤裂隙场、压力场和应力场分布及其耦合作用，采用“L型”井开发。

“L型”井因井的空间形态形似字母“L”而得名，作为一种煤层气开发井型，相比传统的煤层气垂直井和多分支水平井具有显著优点：单井有效抽采范围远高于垂直井，而钻井成本和施工难度远低于多分支水平井，是一种经济、高效的煤层气开发井型。

“L型”井钻井采用三开模式，一开为垂直段，二开为垂直和造斜段，三开为造斜和水平段，水平段位于煤层中。具体钻井方法为：一开与常规钻井相同，钻头钻入第四系稳定基岩5-10m位置止钻，下入表层套管固井；二开垂直钻进至设计造斜点处开始定向钻进，直至设计着陆点，在此期间，井斜逐渐由0°增加至近水平，随后下入技术套管固井；三开采用三开钻头继续定向钻进，在煤层中形成一段水平段，直至设计井深完钻。三开可根据煤层气开发地质条件，采用裸眼、筛管或下套管射孔等多种方式完井，图1为L型井井身结构示意图。

根据矿井采掘工程设计来部署工厂化煤层气井井网（图2），钻场主要沿盘区 大巷布置，水平井沿工作面煤柱钻进，水平井长度为工作面走向长度，水平井间距为工作面倾斜长度。

(2)煤矿区煤层气井模块化布置

煤层气开发钻场主要沿盘区大巷布置，每个钻场沿回采工作面煤柱左、右两侧各布置水平钻井，如果是多煤层（n层），水平井沿工作面各煤层煤柱钻进，实现煤层气井模块化布置目的（图3）。

(3)煤矿区煤层气井集中化作业：

在煤矿区煤层气井模块化布置后，进行钻井-压裂-排采-集输一体化集中作业，通过施工环节的集中进行，可大幅缩短施工周期并降低施工成本。

1）工厂化钻井

传统的煤层气开发工艺为每个井场施工1口煤层气直井，通过工厂化钻井，可在每个井场向不同方向施工多口煤层气井，极大地降低了井场、道路等施工工作量，缩短了施工周期。

通过工厂化集中钻井，可一次性完成原有多井场、多钻井、多煤层的钻井施工，快速高效。为保证钻井质量，采用了集成导向平台和实时数据采集及远程传输控制技术，实现了钻进条件下的实时精细地质导向。通过实时调整井眼轨迹，避开构造煤和断层等不利区域，沿原生结构煤钻进，保障了煤层钻遇率。

2）工厂化压裂改造

在钻井完成后采用水平井分段压裂技术对多井场、多井、多煤层集中进行压裂改造。压裂中采用低密度支撑剂和特殊配比的新型煤层低伤害压裂液。根据不同地质条件，选用连续油管水力喷砂压裂、滑套压裂、机械封隔分段压裂、环空加砂分层压裂等压裂施工工艺，在水平井段中以较短的时间，安全地通过压裂形成多条经过优化的水力裂缝，并在压后通过快速排液，实现低储层伤害的水平段分段压裂，取得优良的煤层压裂改造施工效果。

3）工厂化排采作业

对多井场、多井和多煤层集中排采。采用现场智能化排采设备，通过安装各类传感器，实现排采液面、电机转速、气井瞬流等核心生产数据的实时采集，经远程数据传输系统回传至控制室，实时监测煤层气井生产状态和排采参数的动态变化，并及时进行调整，形成了一整套以井底流压控制为核心的排采工艺技术，实现了煤层气井智能化、集中化排采管理。

4）工厂化集输

以10万m3为一个模块，配置相应的集输管道和压缩站，通过管道或CNG槽车输送。改变原有“点多面广”的集输模式，显著降低管道铺设工程量和后期运行维护成本，减小管理难度和安全风险。

通过工厂化、流水化的模式，实现钻井-压裂-排采-集输一体化的集中作业，大幅度减少施工环节，提高功效3-5倍。

Claims (2)

1.一种煤矿区煤层气井工厂化开发方法，其特征在于：

首先对待采煤矿区进行煤层气井型井网设计，沿盘区大巷布置若干井网钻场，采用L型”井，水平井沿工作面煤柱钻进；

然后对煤层气井进行模块化布置，每个钻场沿回采工作面煤柱左、右两侧各布置水平钻井，如果是多煤层，水平井沿工作面各煤层煤柱钻进，实现煤层气井模块化布置目的；

采用集钻井、压裂、排采和集输多个工艺流程一体化的作业方式同时集中施工若干煤层气井。

2.根据权利要求1所述的煤矿区煤层气井工厂化开发方法，其特征在于：水平井长度为工作面走向长度，水平井间距为工作面倾斜长度。