煤层气井解堵工艺技术研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:任立昌(1985),男,汉族,陕西渭南人,本科,中国石化临汾煤层气分公司,高级工程师,煤层气勘探开发。-124-煤层气井解堵工艺技术研究 任立昌 宋关伟 蒲 飞 吴仙忠 中国石油化工股份有限公司临汾煤层气分公司,山西 临汾 041000 摘要:摘要:目前国内在大力开发非常规资源,煤层气的勘探开发力度不断加强,煤层气储层具有低孔低渗特性,开发过程中均需要开展压裂工作,部分煤层气田成功试验大规模压裂,不断创造排量、液量、加砂量新高,这给煤层气在后期排采带来诸多问题。在煤层气的开采过程中,往往会面临着煤层气井地层堵塞
2、问题,造成产量下降,持续低产,为提高煤层气井产量,需要分析造成堵塞的原因,制定解决策略。本文基于煤层气井产水特征、水质分析等分析,明确造成堵塞的主要原因,制定针对性措施,提升煤层气井采收率。关键词:关键词:煤层气;解堵工艺;技术应用;采收率 中图分类号中图分类号:TE358 0 引言 煤层气开采的过程十分复杂,需要应用相应的技术手段来解决开采难题,进而实现良好的开采效果。煤层气井堵塞是影响排采效果的重要因素,造成煤层堵塞的原因有多种,随着排采的进行,流体运移煤粉,渗流通道很容易被堵塞,而堵塞多发生泵筒及炮眼附近的近井地带。本文就煤层气井开采中,气井煤层堵塞的原因进行深入分析,结合排采井过程特征
3、,寻找规律,研究制定措施,开展现场应用,效果显著。1 煤层气井排采规律 煤层气井普遍具有低压、低渗、低孔的“三低”特征,而随着煤层埋藏深度的增加,“三低”特征更加明显突出,我国大多数煤层埋藏较深,直接采取降压解析采气难度极大,国内目前开采煤层气多采用多分支水平井、大规模压裂等工艺进行增产。不过,无论采取某种方式进行增产改造,也会出现改造效果不理想的情况。目前煤层气井多采用大规模压裂工艺技术进行增产,大规模压裂排量高、压力高,冲击煤储层使得大量原生煤破碎,形成不同粒径的煤粉微小颗粒,排采时极易堵塞产气通道,大规模压裂还会造成套管损伤,大量煤粉、甚至煤块都会涌入井筒,给后期排采煤粉运移创造有利条件
4、。煤层气井排采需要经历排水降压采气的过程,在排采过程中,控制排采速度非常重要,合理的排采制度能够降低吐砂、吐煤粉的情况,减轻对煤储层的伤害。排采初期液量大,也是煤粉和压裂砂返吐进入井筒的高峰期,此时一定要注意产水变化情况,尽量多的带出井筒煤粉,洗刷产气通道,为后期排采稳产上产创造有利条件。产液量和水质的变化能够在一定程度上为我们制定合理的排采制度提供依据,排采初期主要以排水降压为主,速度控制在 20-100m3/d,初期产气降低速度,控制在 10-20m3,进入正常采气阶段,产液量随之降低,控制在 10m3/d 以内。而在水质上,排采初期主要以压裂液为主,矿化度较低,随着排采的持续深入,煤层原
5、水产出,矿化度随之增大,产液量降低,产气量增大。产液量和水质影响着煤层的渗流通道的变化,早期产液量过大、水质矿化度低时,煤储层大量吐砂、吐煤粉,煤粉运移造成微裂缝堵塞;后期产液量小造成煤粉运移困难,不能排出井筒,后期的高矿化度造成煤层温度、压力变化,进而导致结垢堵塞煤层。因此,无论是在排采井整个寿命的早期、中期、后期,都可能造成煤层气井堵塞,研究堵塞原因尤为重要。2 煤层气井地层堵塞的原因 煤层气的排采工艺十分多样化,抽油机、电潜泵、螺杆泵、气举等工艺均可应用于现场,不同的开采工艺,其主要目的均为排水降压。在煤层气排采降压的各个阶段,都具有不同的渗流特征,排采速度的控制尤为重要,速度控制不佳,
6、煤粉大量运移,就会堵塞产气通道,影响开采速度和开采效率。而煤层气地层堵塞的原因也是多方面的,主要体现在几个方面:一是钻井、压井、修井过程中的使用含有不同化学物质的钻井液以及压井液与煤层不配伍;二是机械杂质造成的堵塞,机械杂质引起的堵塞主要发生于井壁或附中国科技期刊数据库 工业 A-125-近地层,杂质颗粒的大小与浓度与地层的受伤害程度成正比;三是结垢堵塞,由于压裂液中悬浮物质、微生物及代谢产物的存在,压裂过程中注入水和地层水由于条件的变化,煤层本身的黏土矿物膨胀都会造成结垢;四是有机物和细菌造成的地层堵塞,压裂注入大量清水,其中有机物和细菌进入地层,条件适宜将会大量繁殖,造成堵塞。以上几种原因
7、归纳起来,可分为两种堵塞,一种是单纯的物理堵塞,即煤粉、外来杂质等的堵塞;一种是由于有机物及细菌侵入造成的结垢堵塞。3 煤层气井煤粉堵塞机理分析及其影响 煤层中含有大量煤粉,而其中绝大部分煤粉是煤层经长期构造运动演变而来的,另一部分则是后期经大规模压裂,压裂液、压裂砂冲刷造成的煤粉。煤层经大规模压裂后打通了渗流产气通道,压裂液携带压裂砂将煤层破碎后的煤粉运移至远端,当压裂结束进入排采阶段,远端煤粉随着压裂返排液及煤层原生水不断向井筒运移。当运移速度低于煤粉沉降速度,将会在煤层中段不断堆积,造成煤层阶段堵塞,另外,若排采过程中,由于杆断、油管穿孔等修井作业,煤粉会突然沉降,造成煤粉堵塞渗流通道,
8、尤其在近井地带堵塞影响最大,产气量将会大幅下降。煤粉堵塞会对生产产生很大影响:一是随着煤粉逐步运移,最后可能导致裂缝无法支撑,在围岩及垂直作用力下最终垮塌,造成煤层产水及产气通道堵塞关闭,需要开展二次水力解堵或者重复压裂才能够再次打通产气通道;二是煤层中煤粉运移,逐步充填原孔隙吼道和压裂人工造缝,地层产液受影响,降压半径无法有效扩展,产液产气同步下降;三是排采期间会造成煤粉进入井筒,后期产液量降低后,无法有效带出较大煤粉颗粒,慢慢在油管、泵、井筒内堆积,造成卡泵、埋管柱等井下问题,中断正常排采,影响时率。经某气田统计,对近 3 年来造成修井的原因进行分析,发现有近一半原因为煤粉堵塞卡泵造成,部
9、分井甚至数月内多次由于煤粉堆积卡泵修井。4 煤层气井结垢堵塞机理分析及其影响 煤层气井结垢堵塞也是造成煤层气低产低效的重要原因,经现场检泵发现,结垢成分与煤粉结合形成的粘稠状物体会严重堵塞渗流通道。因此,必须研究结垢机理及其成分,通过对垢样取样化验和分析,绝大部分垢样能够溶于盐酸,含有少量铁的成分,说明垢样为碳酸钙;同时,采用光谱仪测定后发现,排采水中 Ca 元素质量分数最高,如表 1 所示。阳离子主要有 Ca2+、Mg2+、K+、Na+,阴离子主要有 HCO3-、SO42-、Cl-。阳离子主要为 Na+,Ca2+浓度次之,如表 2 所示。结垢的 主 要 化 学 反 应 如 下:Ca2+2HC
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