武威盆地黑山区块煤层气U型井技术研究

2020-07-01李颖涛王泉波杨国旗韩薛云

云南化工 2020年6期

李颖涛，王泉波，杨国旗，冯洋，韩薛云

（陕西延长石油（集团）有限责任公司延长气田采气一厂，陕西延安 716000）

1 黑山区块特征

1.1 地质特征

黑山构造位于武威盆地营盘凹陷中部，为晚古生代石炭纪煤层，埋藏深度372.77～1405.15m，面积约220km2，平均煤层总厚度13.32 m，含煤系数平均为7.21%，煤层平均含气量5 m3/t。位于太原组中部主产煤层4-1煤层，具有以下特征：埋深适中（平均949.36m），利于开采；煤层平均厚度为1.80 m，基本全区发育，煤层横向分布稳定，煤层含夹矸0～3层，夹矸厚度0～1.02 m，夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩、含炭泥岩、粉砂质泥岩或粉砂岩，为简单-复杂煤层结构，通临井武试1井和武式2井物性剖面分析，该煤层较其他岩段，电阻率，孔隙度和渗透率较高，通过煤岩电镜扫描分析可知，该区煤岩以原生矿物为主，次生矿物发育很少，煤岩岩性致密，有微裂纹和孔洞发育，有极强的非均质性及各项异性。

1.2 煤岩力学特征

黑山区块4-1煤层密度比较低、泊松比离散型较强、弹性模量比较大、抗张强度和抗压强度高于常规煤岩，同时具有性脆、易破碎等特点，非常有利于钻头进行破岩，表1为煤岩力学参数。

表1 煤岩力学参数表

根据上述4-1煤层力特征可知：4-1煤层厚度比较大、面积非常广、连续性比较好，同时储层煤岩机械强度较高，具有很好的稳定性，特别有利于水平钻井；煤层顶板稳定，有利于造斜。因此，该煤层适于采用U型井开发煤层气。

2 煤层U型井主要难点分析

U型井技术，又可称为水平连通井技术，两口不同位置的水平井与水平井、水平井与定向井、水平井与直井或者定向井与定向井，连通在同一目的层，所以综合了欠平衡钻井、地质导向、两井连通等多种先进技术［1-3］，另外，由于煤层具有易碎、易垮塌特点，故要求煤层井壁具有较强的稳定性。

2.1 U型井连接及贯通方式的选择

对接就是贯通两口井井下流道，通常，按照井眼轨道方式可分为3种：相交、相切和井底相切。图1为对接水平井对接方式。

图1 对接水平井对接方式

针对武威地区使用U型井开发煤层气时，两井应选择相交连接，两井相交相对于相切和井底相切来说，连接技术要求更低，经济成本也更低，而且可以达到预期的连接要求［4-6］。

2.2 水平段最优长度的确定

通过文献查阅能得到水平段单位长度采油指数JS，的计算模型，但很少考虑到压降的影响［2-6］，而产量误差可描述为水平段流体的压降与油藏压降之比。本文运用采油指数这一概念来描述水平井筒中流动，考虑到压降的影响，进一步将水平井计算模型与流体摩阻的计算结合起来，推导出煤层气水平井水平段最优长度的计算模型［7］。

如图2所示为井筒和储层耦合，Pe为气藏的外边界压力，Pw（x）表示沿水平段井筒方向坐标x处的压力。

图2 油气藏和井筒的耦合

井眼中流动公式可描述为：

由质量守恒可以得到：

利用下列边界条件：

利用边界条件 qw，x＝L＝0和式子（1），（2）和（3）联立得：

其中产能公式：

式中：Kv，Kh分别为垂直、水平渗透率，10-3μm2；μg为气体黏度，mPa·s；β为各向异性比值，为( Kh/Kv)1/2。

式（5）为水平段最优长度计算公式。

该区块的基本数据，煤层气相对密度νg＝0.5781，泄气半径Re＝500 m，水平井半径rw＝0.1 m，地层渗透率K＝0.5×10-3μm2，垂直与水平渗透率比值 Kv/Kh＝0.4763，原始地层压力 Pi＝21 MPa，井底压力Pwf＝19 MPa，煤层气粘度μ＝0.02 uPa·s，气层厚度h＝10m，体积系数Bg＝4.675×10-3，表皮系数S＝0。根据上述计算模型，计算得到水平段长度与产量的关系图如2。

从图2可知，当水平井段增加到一定程度之后，产量随水平段长度继续增加幅度较小，再增加水平段长度，钻井成本和井下风险都会增大，因此该区最优水平长度为1000 m左右。