深层煤层气水平井连续油管解卡工艺

深层煤层气水平井连续油管解卡工艺

杨飞

中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司 河南省 郑州市45000

摘要：我国煤层气资源丰富，埋深2000m以浅的煤层气地质资源量约为30.05*1012m3，可采资源量12.5*1012m3；对于2000m以深的煤层气地质资源还没有开展系统评价，初步评估在20*1012m3以上。在深层煤层气水平井全生命周期排采工艺不断优化历程中，连续油管在分段气举、酸化解堵等措施工艺中得到普遍应用。文章针对深层煤层水平井连续油管较卡问题，从地质因素、工程因素两方面分析垢卡原因，并系统性总结解深层煤水平井连续油管煤垢卡的解卡过程及技术要点，为今后同类作业提供一些建议和参考。

关键词：深层煤层气；水平井；连续油管；解卡工艺

引言

在埋深2000m以下深层煤层气结合气藏高矿化度因素及大规模压裂之后煤基质易碎裂的特点，采出液矿化度极高，其矿化度、成垢阳离子及氯离子含量普遍高于国内大多数油气田，腐蚀性离子和溶解气体极易造成井下设备及管柱腐蚀，成结垢离子。在温度升高、压力骤变及与不相容水混溶时易在井筒内壁结垢析出。形成的煤垢产物是深层煤层气水平井连续油管遇卡的主要因素。因此，研究连续油管解卡工艺具有非常重要得现实意义。

1我国煤层气水平井开发现状

我国煤层气勘探开发可以分为三个阶段：（1）中浅层勘探发现阶段（1990−2006年）：上世纪90年代初开展勘探评价，主要采用直井钻探和试气，经过16a的勘探评价工作，发现并探明了沁水、鄂东煤层气田，并初步掌握了煤层气勘探、钻井、压裂和试采等技术。（2）中浅层规模开发阶段（2007−2018年）：成功开发沁水、鄂东中浅层，准噶尔等开展勘探评价，钻井工作量、煤层气储量、产量均较快增加，煤层气井平均6~10个月见气，1~2a达产，稳产一般超过5a。（3）深层勘探评价（2019年至今）：2019年以来，中国石油加大鄂尔多斯盆地深层煤层气评价，采用水平井分段体积改造技术，施工排量、加砂量与压裂液总量都不断提高，经历了标准压裂（砂量为30至70立方米/段、排量为7至12立方米/分钟）、大规模压裂（砂量为170至300立方米/段、排量为8至14立方米/分钟）以及超大规模极限体积压裂（砂量为300至450立方米/段、排量为14至18立方米/分钟），大幅增加深层煤层气单井产气量。鄂东主力区块35口水平井平均水平段长1261m，煤层钻遇率97.2%，其中20口井钻遇率100%。投产23口井平均单井初期日产气11*104m3，是中浅层水平井的10~20倍[1]。

2煤垢卡因素分析

2.1地质因素方面

以某区块为例，试采区主力煤层为二叠系山西组煤层、太原组煤层。深层煤层分布稳定，埋深1850m~2120m。煤层的主要厚度在8至10米之间，平均值为7.2米，且其延伸方向大致为西北至东南。在该区域深部的煤层中，煤的结构主要是原生结构煤，这是一个特异性较低的渗透储层，煤的质地相对坚硬，对压力的敏感性不强，抗压能力较强。在煤的储存层中，镜质组和黏土矿物的比例越高，煤粉的形成就越常见。不同种类的煤结构煤储层产生的煤粉浓度有所不同，顺序为：III类煤高于II类煤，II类煤高于I类煤。煤层的结构越复杂，夹矸层的数量越多，煤粉的形成就越频繁。此外，多分支和单分支的水平井比直井和定向井产生更多的煤粉。水平井的水平段如果沿最大水平地应力方向钻进，煤粉的形成也更常见，井的倾斜度越大，煤粉的形成也越频繁。通过对比深、浅层煤的气藏特性以及历年井下故障比例，研究者指出，镜质组分和黏土矿物的含量越高，煤粉的形成越易于发生。镜质组因其高显微脆度和低显微硬度的特点而成为易碎物质，在富含这类组分的煤层中，裂隙系统较为发达，使得包含镜质组分的煤岩体易于在外力作用下破碎，从而产生裂缝或煤粉。另一方面，煤中的黏土矿物对支撑颗粒的粘附能力较弱，颗粒间的结合力不强，容易在高速流体的剪切力作用下脱落，形成细小的煤粉颗粒。对不同类型煤层气井产出的煤粉进行矿物成分分析，结果显示，大部分煤粉中矿物主要成分为石英和高岭石，其中高岭石含量超过50%，只有少数井的煤粉主要成分为石英和方解石。通过扫描电镜观察和能谱分析煤粉样的微观结构和成分，发现黏土矿物和其他矿物在颗粒表面大量附着，形成了表面粗糙的煤粉颗粒。当煤粉中含有大量黏土矿物时，这些颗粒容易相互粘连形成块状体，可能导致泵卡和煤垢积聚的问题。

2.2工程因素方面

2.2.1储层改造方面

套管射孔技术被应用于垂直、定向及水平单分支井中，射孔弹以高速进入煤层，击碎煤质并形成煤粉。在压裂作业持续进行时，压裂液的冲刷作用和支撑剂的研磨作用等机械力量会导致煤层的损坏，并引发煤粉的大量生成。此外，当压裂液以异常压力注入煤炭层时，会改变煤层的应力平衡，引起煤体结构的稳定性丧失，从而产生煤粉。还有，压裂液的矿化度差异也会引起煤储层内部的矿物反应，进而促使煤粉的形成。

2.2.2排采生产方面

煤粉的浓度与井底流压和套压呈现相反的关系，而与每日产气量则呈现正比。研究指出，在煤气排放过程中，提升排放速度以增加日产量会导致煤基质的压缩，进而引发大量的煤粉生成。同时，气体在渗透通道中的流速变快，对储层的侵蚀作用增强，这不仅损害了煤储层，也会形成众多的次生煤粉。另一方面，排放强度的增加，使得井筒中的液位急剧下降，从而使得井底流压迅速降低，进而造成流体之间的压力差增大，流速提高，这会加大对煤储层的侵蚀，形成更多的次生煤粉。

3解卡方法

出现连续油管遇卡，及时采取正确的处理方法可以安全、高效解卡，快速恢复施工。但是，如果处置方法不得当，可能会导致连续油管断裂，造成事故扩大，甚至使生产井报废。正确解卡，首先要清楚连续油管所允许的最大上提拉力，即连续油管最大允许上提拉力不应超过其屈服强度的80%。在进行连续油管解卡时，依据能否建立循环，分两种情况进行处理，有时这两种情况又是交替出现的，其解卡的方法在具体的情况下也可以交替和反复使用，直至解卡成功。

3.1能够建立循环时

在连续油管遇卡时，如果能够建立循环，首先关注的是泵压上升情况，观察是否能够继续循环。如果能够继续建立循环，则持续泵注流体，保持循环不变。

解卡方法如下：①反复几次上提下放连续油管解卡，上提力设定在连续油管屈服强度的80%；②结合井筒结构和工具直径判断是否为工具遇卡，如是，则投球断开工具安全接头；③泵入降阻液或降阻剂，如聚丙烯酰胺降阻液或柴油；④泵入溶剂或相应化学剂，关井浸泡；⑤泵注轻质流体进入连续油管，如泡沫或柴油，增加连续油管的浮力；⑥维持连续油管张力为其屈服强度的80%不变，观察指重表读数，如果下降，则反复进行；⑦如果确定解卡不成功，压井后，剪断连续油管，悬挂于井口，转打捞程序进行打捞。

3.2不能建立循环时

在连续油管遇卡时，如果不能够建立循环，则采取如下的解卡方法：①保持连续油管循环压力比正常泵注压力稍高，反复几次上提下放连续油管解卡，上提力设定在连续油管屈服强度的80%；②一旦连续油管循环压力降低，尝试尽快建立循环。如果循环建立，则按有循环遇卡步骤解卡；③关闭节流管汇，采用连续油管正注液氮，依靠液氮的气化膨胀解卡，尝试建立循环；④保持连续油管循环压力，维持连续油管张力为其屈服强度的80%不变，观察指重表读数，如果下降，则反复进行；⑤如果确定解卡不成功，剪断连续油管，悬挂于井口，转打捞程序进行打捞[2]。

结语

综上所述，从地质成因及工程成因方面总结了连续油管在深层煤层气衍生出的新型遇卡类型-煤垢卡。在连续油管遇卡后，分能建立有效循环和不能建立循环两种情况，分析了解卡方法，总体思路为尽量建立循环。希望通过本次研究，可以有效提升这方面的问题。

参考文献

[1]张乾,王方祥,徐飞,等.连续油管作业遇卡原因分析及解卡方法[J].中外能源,2020,25(06):63-68.

[2]石铁栓.连续油管技术在打捞解卡中的运用[J].中国新技术新产品,2019(21):40-41.