CN114837621B - 一种深部煤层气废弃井及长停井复产的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，属于煤层气开发技术领域。井区内施工多分支水平井，主水平井段、分支水平井段在煤储层中沿相邻废弃井及长停井靶点连线中点钻进，主水平井眼中悬挂筛管完井，分支水平井眼裸眼完井。注水阶段，向多分支水平井注水提高煤储层能量，抑制CO2注入后的井间快速运移；复产前注CO2阶段，利用CO2对CH4的置换驱替作用，使CH4向废弃井及长停井流动；复产后续注CO2阶段，通过排水降低废弃井及长停井井底流压，逐步提高日产气量。利用注水封堵高渗通道及注CO2置换、驱替CH4，使深部煤层气废弃井及长停井重新产气，不仅可延长煤层气井的服务年限，还可实现CO2的深部煤层封存，可产生显著的经济、环境效益。

Description

一种深部煤层气废弃井及长停井复产的方法
技术领域
本发明涉及一种煤层气废弃井及长停井复产的方法，尤其是一种适用于煤层气井井控范围内煤层气资源采收率较低的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法。
背景技术
我国西南二叠系上统煤层群发育区、我国华北石炭二叠系赋煤盆地深部煤层气资源丰富，资源开发潜力巨大。由于区内煤变质程度普遍较高，同时叠加深部煤储层所受地应力高等因素影响，深部煤储层渗透性极低，导致采用传统排水降压开采方式时储层压降漏斗扩展困难，煤层气井服务年限短，井控范围内煤层气资源采收率低，煤层气开发的经济效益差。为了全面推进我国华北、西南、西北地区深部煤层气开面开发工作，就需要解决传统的煤层气开采方式下深部煤层气井服务年限短，井组控制范围内煤层气资源采收率低的问题，通过延长深部煤层气井服务年限，提高深部煤层气开发的经济、社会与环境效益。
从目前情况来看，有些省份已存在大量由于产气效果差而废弃、长期停抽的煤层气废弃井及长停井，特别是多数深部煤层气废弃井、长停井井控范围内已采出煤层气资源总量少，煤层气资源采收率低，尚具有较大的煤层气资源开采潜力。若可成功实现深部煤层气废弃井及长停井的复产，则可显著延长深部煤层气井的服务年限，提高深部煤层气开发的效果，从根本上推动我国深部煤层气勘探开发工作。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服传统排水降压开采方式下深部煤层气井服务年限短，井控范围内煤层气资源采收率低，煤层气井过早报废、停抽的问题，提供一种深部煤层气废弃井及长停井复产的方法。
技术方案：为了实现上述目的，本发明的一种深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，包括采用注水泵、储液池、液态CO2注入泵、液态CO2储罐和液态CO2罐车；通过注水阶段，向多分支水平井注水提高煤储层能量，抑制CO2注入后的井间快速运移；在复产前注CO2阶段，利用CO2对CH4的置换驱替作用，使CH4向废弃井及长停井流动；在复产后续注CO2阶段，通过排水降低废弃井及长停井井底流压，逐步提高日产气量；具体步骤如下：
(a)在深部煤层气废弃井或长停井井区范围内，地面施工三开井身结构的多分支水平井，先从多分支水平井的三开水平井段深部煤储层中钻进，三开水平井段完钻后，在主水平井眼中悬挂打孔筛管完井，再在三开分支水平井眼中裸眼完井；
(b)打开注水泵旋阀，通过注水泵将储液池中的水注入到多分支水平井中，注水泵启动后，快速提高注水速度至4～6m3/h，随着注水时间的增加，注水压力逐渐升高并趋于平稳，当注水压力相对平稳后，通过缓慢降低注水速度的方式维持注水压力的长期稳定，当多分支水平井中累积注水量达到1500m3后，关停注水泵，注水阶段结束；
(c)关闭注水泵旋阀，打开液态CO2注水泵旋阀，通过液态CO2注入泵将液态CO2储罐中的液态CO2注入到多分支水平井中，液态CO2注入泵启动后，快速提高注液态CO2速度至6～8m3/h，随着注液态CO2时间的增加，注液态CO2压力逐渐升高并趋于平稳，当注液态CO2压力相对平稳后，通过缓慢降低注液态CO2速度的方式维持注液态CO2压力的长期稳定，当多分支水平井周边深部煤层气废弃井或长停井液面位置逐渐上升至最高位并趋于稳定时，复产前注CO2阶段结束；
(d)持续向多分支水平井中注入液态CO2，启动深部煤层气废弃井或长停井排采设备，进入复产后续注CO2阶段；
(e)随着深部煤层气废弃井或长停井排采工作的进行，深部煤层气废弃井或长停井日产水量快速升高后缓慢下降，深部煤层气废弃井或长停井液面位置逐渐下降至液态CO2注入前的位置，深部煤层气废弃井或长停井日产气量逐渐升高并超过深部煤层气井工业气流下限日产气量，实现深部煤层气废弃井或长停井复产；
(f)深部煤层气废弃井或长停井复产后，保持深部煤层气废弃井或长停井井底流压，让液面位置和管套环空压力相对稳定，使深部煤层气废弃井或长停井日产气量长期稳定在较高的水平；
(g)深部煤层气废弃井或长停井日产气量稳定后，定期监测深部煤层气废弃井或长停井产出气中的CO2浓度，当监测到产出气中CO2浓度超过20％时，停止深部煤层气废弃井或长停井的排采工作，并进行封堵弃井作业。
步骤(a)中，所述的多分支水平井主水平井眼、分支水平井眼位于深部煤储层中，且平面上位于相邻深部煤层气废弃井或长停井靶点连线的中点上，即多分支水平井主水平井段、分支水平井段在深部煤储层中沿相邻深部煤层气废弃井或长停井靶点连线中点钻后形成；多分支水平井一开、二开在深部煤储层上覆地层中钻进，分别下入多分支水平井表层套管、多分支水平井技术套管后固井，三开于深部煤储层中钻进，形成的主水平井眼长度为1000～1200m，分支水平井眼的数量6～8个，单个分支水平井眼长度为600～700m；多分支水平井主水平井眼中利用套管悬挂器悬挂打孔筛管，打孔筛管外部直径不小于150mm；打孔筛管表面螺旋式布孔，孔眼相位角为45°，孔眼直径为12mm，孔眼密度为40孔/m。
步骤(b)中，所述的注入到多分支水平井中的水优先选择洁净的地层水，当洁净的地层水不足时，可利用地表水或井区内煤层气井排采产出水注入；注水阶段维持的稳定注水压力为所注入的煤储层最小主应力σmin(28)的60％～80％。
步骤(c)中，所述的液态CO2储罐中的液态CO2利用液态CO2罐车及时补充，以保证液态CO2注入过程的连续性；复产前注CO2阶段维持的注液态CO2压力略低于所注入的煤储层最小主应力σmin，以避免所注入的CO2导致深部煤储层中构造裂缝开启及CO2井间快速运移。
步骤(d)中，所述的持续向多分支水平井中注入液态CO2时，维持注液态CO2压力稳定，且略低于所注入的煤储层最小主应力σmin；复产后续注CO2阶段在控制注液态CO2压力稳定的情况下，继续缓慢降低注液态CO2速度。
步骤(e)中，所述的深部煤层气废弃井或长停井排采过程中，在维持管套环空压力为0.3MPa的条件下，排采前期的管套环空液面日降幅控制在1.0m/d左右,当深部煤层气废弃井或长停井液面位置下降至液态CO2注入前的位置后，采用稳定井底流压的方式排采。
步骤(e)中，所述的深部煤层气废弃井或长停井日产水量快速升高阶段的产水速率为5～8m3/d，日产水量缓慢下降阶段的产水速率为1～3m3/d。
步骤(f)中，所述的保持深部煤层气废弃井或长停井井底流压稳定的范围在0.4～0.7MPa。
有益效果：由于采用上述技术方案，本发明克服了传统排水降压开采方式下深部煤层气井服务年限短，井控范围内煤层气资源采收率低，煤层气井过早报废、停抽的问题。首先，利用注水阶段所注入地层水对深部煤储层的增能作用和对深部煤储层中裂缝通道的封堵作用，多后续注入液态CO2的快速运移形成抑制，为CO2在深部煤储层中充分置换 CH4提供条件；其次，利用所注入液体CO2对深部煤储层中CH4的置换、驱替作用，使CH4向深部煤层气废弃井及长停井流动，使深部煤层气废弃井及长停井重新产气，并达到深部煤层气废弃井及长停井复产的目的。与现有技术相比的主要优点有：①在多分支水平井(3)与深部煤层气废弃井及长停井(1)井间不存在高渗通道的前提下，可显著延长深部煤层气井服务年限8～10年；②在实现深部煤层气废弃井及长停井(1)复产的同时，还可显著提高井控范围内煤层气资源采收率15％～20％；③在延长深部煤层气井服务年限，提高深部煤层气资源采收率的同时，还可实现CO2的深部煤储层(2)封存，达到碳减排的效果；④技术工艺简单，工程实施成本低，经济、环境与社会效益好。
附图说明
图1为本发明的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法示意图。
图2为本发明的深部煤层气废弃井及长停井复产过程阶段划分与注采参数特征图。
图中：1-深部煤层气废弃井或长停井；2-深部煤储层；3-多分支水平井；4-多分支水平井井口；5-多分支水平井表层套管；6-多分支水平井技术套管；7-主水平井眼；8- 分支水平井眼；9-打孔筛管；10-注水泵旋阀；11-注水泵；12-储液池；13-液态CO2注水泵旋阀；14-液态CO2注入泵；15-液态CO2储罐；16-第三旋阀；17-液态CO2罐车；18- 注水阶段；19-复产前注CO2阶段；20-复产后续注CO2阶段；21-注水速度；22-注水压力； 23-注液态CO2压力；24-注液态CO2速度；25-深部煤层气废弃井或长停井液面位置；26- 深部煤层气废弃井或长停井日产气量；27-深部煤层气废弃井或长停井日产水量；28-煤储层最小主应力σmin；29-深部煤层气井工业气流下限日产气量；30-时间轴；31-注采参数轴。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
如图1、图2所示，本发明的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，包括采用注水泵11、储液池12、液态CO2注入泵14、液态CO2储罐15和液态CO2罐车17；通过注水阶段，向多分支水平井注水提高煤储层能量，抑制CO2注入后的井间快速运移；在复产前注CO2阶段，利用CO2对CH4的置换驱替作用，使CH4向废弃井及长停井流动；在复产后续注CO2阶段，通过排水降低废弃井及长停井井底流压，逐步提高日产气量；具体步骤如下：
(a)在深部煤层气废弃井或长停井1井区范围内，地面施工具三开井身结构的多分支水平井3，多分支水平井3三开水平井段于深部煤储层2中钻进，三开水平井段完钻后，主水平井眼7中悬挂打孔筛管9完井，三开分支水平井眼8中裸眼完井；所述多分支水平井3主水平井眼7、分支水平井眼8位于深部煤储层2中，且平面上位于相邻深部煤层气废弃井或长停井1靶点连线的中点上，即多分支水平井3主水平井段、分支水平井段在深部煤储层2中沿相邻深部煤层气废弃井或长停井1靶点连线中点钻进而形成；多分支水平井3一开、二开在深部煤储层2上覆地层中钻进，分别下入多分支水平井表层套管5、多分支水平井技术套管6后固井，三开于深部煤储层2中钻进，形成的主水平井眼7长度为1000～1200m，分支水平井眼8数量6～8个，单个分支水平井眼8 长度600～700m；多分支水平井3主水平井眼7中利用套管悬挂器悬挂打孔筛管9，打孔筛管9外部直径不小于150mm；打孔筛管9表面螺旋式布孔，孔眼相位角45°，孔眼直径12mm，孔眼密度40孔/m。
(b)打开注水泵旋阀10，利用注水泵11将储液池12中水注入到多分支水平井3 中，注水泵11启动后，快速提高注水速度21至4～6m3/h，随着注水时间的增加，注水压力22逐渐升高并趋于平稳，当注水压力22相对平稳后，通过缓慢降低注水速度21 的方式维持注水压力22的长期稳定，当多分支水平井3中累积注水量达到1500m3后，关停注水泵11，注水阶段18结束；所述注入到多分支水平井3中的水应优先选择洁净的地层水，当洁净的地层水不足时，可利用地表水或井区内煤层气井排采产出水注入；注水阶段18维持的稳定注水压力22应为所注入的煤储层最小主应力σmin28的60％～80％。
(c)关闭注水泵旋阀10后，打开液态CO2注水泵旋阀13，利用液态CO2注入泵14 将液态CO2储罐15中的液态CO2注入到多分支水平井3中，液态CO2注入泵14启动后，快速提高注液态CO2速度24至6～8m3/h，随着注液态CO2时间的增加，注液态CO2压力 23逐渐升高并趋于平稳，当注液态CO2压力23相对平稳后，通过缓慢降低注液态CO2速度24的方式维持注液态CO2压力23的长期稳定，当多分支水平井3周边深部煤层气废弃井或长停井液面位置25逐渐上升至最高位并趋于稳定时，复产前注CO2阶段结束 19；所述液态CO2储罐15中的液态CO2可利用液态CO2罐车及时补充，以保证液态CO2注入过程的连续性；复产前注CO2阶段维持的注液态CO2压力23应略低于所注入的煤储层最小主应力σmin28，以避免所注入的CO2导致深部煤储层2中构造裂缝开启及CO2井间快速运移。
(d)向多分支水平井3中持续注入液态CO2，启动深部煤层气废弃井或长停井1排采设备，进入复产后续注CO2阶段20；所述向多分支水平井3中持续注入液态CO2时，应维持注液态CO2压力23稳定，且略低于所注入的煤储层最小主应力σmin28；复产后续注CO2阶段，为了控制注液态CO2压力23稳定，应继续缓慢降低注液态CO2速度24。
(e)随着深部煤层气废弃井或长停井1排采工作的进行，深部煤层气废弃井或长停井日产水量27快速升高后缓慢下降，深部煤层气废弃井或长停井液面位置25逐渐下降至液态CO2注入前的位置，深部煤层气废弃井或长停井日产气量26逐渐升高并超过深部煤层气井工业气流下限日产气量29，实现深部煤层气废弃井或长停井1复产；所述深部煤层气废弃井或长停井1排采过程中，在维持管套环空压力为0.3MPa的条件下，排采前期的管套环空液面日降幅应控制在1.0m/d左右,当深部煤层气废弃井或长停井液面位置25下降至液态CO2注入前的位置后，采用稳定井底流压的方式排采；所述深部煤层气废弃井或长停井日产水量27快速升高阶段的产水速率为5～8m3/d，日产水量缓慢下降阶段的产水速率为2～3m3/d；所述保持深部煤层气废弃井或长停井1井底流压稳定的范围在0.4～0.7MPa。
(f)深部煤层气废弃井或长停井1复产后，保持深部煤层气废弃井或长停井1井底流压、液面位置25、管套环空压力相对稳定，使深部煤层气废弃井或长停井日产气量 26长期稳定在较高的水平。
(g)深部煤层气废弃井或长停井日产气量26稳定后，定期监测深部煤层气废弃井或长停井产出气中CO2浓度，当监测到产出气中CO2浓度超过20％时，停止深部煤层气废弃井或长停井1的排采工作，并进行封堵弃井作业；所述封堵弃井作业仅在产出气中CO2浓度超过20％的深部煤层气废弃井或长停井1中开展，对于产出气中CO2浓度未超过20％的深部煤层气废弃井或长停井1，继续进行排水采气。

Claims (8)

1.一种深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，包括采用注水泵(11)、储液池(12)、液态CO2注入泵(14)、液态CO2储罐(15)和液态CO2罐车(17)；其特征在于：通过注水阶段，向多分支水平井注水提高煤储层能量，抑制CO2注入后的井间快速运移；在复产前注CO2阶段，利用CO2对CH4的置换驱替作用，使CH4向废弃井及长停井流动；在复产后续注CO2阶段，通过排水降低废弃井及长停井井底流压，逐步提高日产气量；具体步骤如下：
(a)在深部煤层气废弃井或长停井(1)井区范围内，地面施工三开井身结构的多分支水平井(3)，先从多分支水平井(3)的三开水平井段深部煤储层(2)中钻进，三开水平井段完钻后，在主水平井眼(7)中悬挂打孔筛管(9)完井，再在三开分支水平井眼(8)中裸眼完井；
(b)打开注水泵旋阀(10)，通过注水泵(11)将储液池(12)中的水注入到多分支水平井(3)中，注水泵(11)启动后，快速提高注水速度(21)至4～6m3/h，随着注水时间的增加，注水压力(22)逐渐升高并趋于平稳，当注水压力(22)相对平稳后，通过缓慢降低注水速度(21)的方式维持注水压力(22)的长期稳定，当多分支水平井(3)中累积注水量达到1500m3后，关停注水泵(11)，注水阶段(18)结束；
(c)关闭注水泵旋阀(10)，打开液态CO2注水泵旋阀(13)，通过液态CO2注入泵(14)将液态CO2储罐(15)中的液态CO2注入到多分支水平井(3)中，液态CO2注入泵(14)启动后，快速提高注液态CO2速度(24)至6～8m3/h，随着注液态CO2时间的增加，注液态CO2压力(23)逐渐升高并趋于平稳，当注液态CO2压力(23)相对平稳后，通过缓慢降低注液态CO2速度(24)的方式维持注液态CO2压力(23)的长期稳定，当多分支水平井(3)周边深部煤层气废弃井或长停井液面位置(25)逐渐上升至最高位并趋于稳定时，复产前注CO2阶段(19)结束；
(d)持续向多分支水平井(3)中注入液态CO2，启动深部煤层气废弃井或长停井(1)排采设备，进入复产后续注CO2阶段(20)；
(e)随着深部煤层气废弃井或长停井(1)排采工作的进行，深部煤层气废弃井或长停井日产水量(27)快速升高后缓慢下降，深部煤层气废弃井或长停井液面位置(25)逐渐下降至液态CO2注入前的位置，深部煤层气废弃井或长停井日产气量(26)逐渐升高并超过深部煤层气井工业气流下限日产气量(29)，实现深部煤层气废弃井或长停井(1)复产；
(f)深部煤层气废弃井或长停井(1)复产后，保持深部煤层气废弃井或长停井(1)井底流压，让液面位置(25)和管套环空压力相对稳定，使深部煤层气废弃井或长停井日产气量(26)长期稳定在较高的水平；
(g)深部煤层气废弃井或长停井日产气量(26)稳定后，定期监测深部煤层气废弃井或长停井产出气中的CO2浓度，当监测到产出气中CO2浓度超过20％时，停止深部煤层气废弃井或长停井(1)的排采工作，并进行封堵弃井作业。
2.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述的多分支水平井(3)主水平井眼(7)、分支水平井眼(8)位于深部煤储层(2)中，且平面上位于相邻深部煤层气废弃井或长停井(1)靶点连线的中点上，即多分支水平井(3)主水平井段、分支水平井段在深部煤储层(2)中沿相邻深部煤层气废弃井或长停井(1)靶点连线中点钻后形成；多分支水平井(3)一开、二开在深部煤储层(2)上覆地层中钻进，分别下入多分支水平井表层套管(5)、多分支水平井技术套管(6)后固井，三开于深部煤储层(2)中钻进，形成的主水平井眼(7)长度为1000～1200m，分支水平井眼(8)的数量6～8个，单个分支水平井眼(8)长度为600～700m；多分支水平井(3)主水平井眼(7)中利用套管悬挂器悬挂打孔筛管(9)，打孔筛管(9)外部直径不小于150mm；打孔筛管(9)表面螺旋式布孔，孔眼相位角为45°，孔眼直径为12mm，孔眼密度为40孔/m。
3.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(b)中，所述的注入到多分支水平井(3)中的水优先选择洁净的地层水，当洁净的地层水不足时，可利用地表水或井区内煤层气井排采产出水注入；注水阶段(18)维持的稳定注水压力(22)为所注入的煤储层最小主应力σmin(28)的60％～80％。
4.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(c)中，所述的液态CO2储罐(15)中的液态CO2利用液态CO2罐车及时补充，以保证液态CO2注入过程的连续性；复产前注CO2阶段维持的注液态CO2压力(23)略低于所注入的煤储层最小主应力σmin(28)，以避免所注入的CO2导致深部煤储层(2)中构造裂缝开启及CO2井间快速运移。
5.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(d)中，所述的持续向多分支水平井(3)中注入液态CO2时，维持注液态CO2压力(23)稳定，且略低于所注入的煤储层最小主应力σmin(28)；复产后续注CO2阶段(20)在控制注液态CO2压力(23)稳定的情况下，继续缓慢降低注液态CO2速度(24)。
6.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(e)中，所述的深部煤层气废弃井或长停井(1)排采过程中，在维持管套环空压力为0.3MPa的条件下，排采前期的管套环空液面日降幅控制在1.0m/d左右,当深部煤层气废弃井或长停井液面位置(25)下降至液态CO2注入前的位置后，采用稳定井底流压的方式排采。
7.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(e)中，所述的深部煤层气废弃井或长停井日产水量(27)快速升高阶段的产水速率为5～8m3/d，日产水量缓慢下降阶段的产水速率为1～3m3/d。
8.根据权利要求1所述的深部煤层气废弃井及长停井复产的方法，其特征在于：步骤(f)中，所述的保持深部煤层气废弃井或长停井(1)井底流压稳定的范围在0.4～0.7MPa。
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