煤層氣井眼井徑擴(kuò)大對軟煤空間分布的影響

煤層氣井眼井徑擴(kuò)大對軟煤空間分布的影響

井徑的延長增加了井的操作和后續(xù)開發(fā)的難度。在進(jìn)行煤層氣井施工過程中,井徑擴(kuò)大會給施工帶來較大損失,因為井徑擴(kuò)大一方面造成固井困難,而固井是一次性工程,井徑擴(kuò)大嚴(yán)重時,可能導(dǎo)致該煤層氣井報廢;另一方面,井徑擴(kuò)大,造成鉆井液滲入煤層,使煤儲層傷害嚴(yán)重,影響后期壓裂施工及產(chǎn)氣;固井時可能使井徑再次擴(kuò)大,而且固井水泥可能造成煤儲層更大傷害。黃立新從鉆井液密度方面探討了其對井徑擴(kuò)大的影響,并編制了相應(yīng)的預(yù)測井徑擴(kuò)大的方法。施尚明等人利用X-射線衍射、掃描電鏡等實驗,分析與泥巖層地區(qū)不同的砂巖層巖石力學(xué)參數(shù)的主要影響因素,同時提出預(yù)防井徑擴(kuò)大的建議,為高滲砂巖層井徑異常擴(kuò)大的預(yù)防提供指導(dǎo)。因此,查明影響煤層氣井井徑擴(kuò)大的主控因素對高效開發(fā)煤層氣具有重大的意義。本文依據(jù)潘莊區(qū)塊3#煤層,從煤層傾角、巖體強(qiáng)度因子、軟煤比例及軟煤厚度來探討影響井徑擴(kuò)大的主控因素。1研究區(qū)域內(nèi)的煤體結(jié)構(gòu)特征1.1潘莊區(qū)塊含煤地層本區(qū)含煤地層為石炭—二疊系的太原組和山西組,總厚度約127~178m,平均厚度146m,含煤21層,總厚度9.9~17.8m,平均厚度13.4m,含煤系數(shù)9.10%。從測井揭露的資料看,潘莊區(qū)塊3#煤厚6.02~6.73m,平均厚度6.18m,厚度較大。其埋深位于327.42~429.42m,平均埋深為347.23m。1.2煤體結(jié)構(gòu)類型的劃分煤層氣井鉆井過程中井身質(zhì)量的好壞不僅影響固井質(zhì)量及排采能力,而且對煤儲層本身有著重要的影響。由于煤巖的力學(xué)性質(zhì)一般弱于泥巖、砂巖、灰?guī)r等油氣儲層,因此,煤層氣鉆井若完全采用石油鉆井方式可能會引起井徑的嚴(yán)重擴(kuò)大或坍塌。因此,研究不同結(jié)構(gòu)的煤體對井徑的影響程度對煤層氣鉆井具有一定的實際價值。不同煤體結(jié)構(gòu)類型的劃分主要是通過煤層測井曲線幅值大小和形態(tài)特征對比、數(shù)據(jù)采集來實現(xiàn)的。因此,利用鉆孔測井曲線研究煤體結(jié)構(gòu)時,以不同煤體結(jié)構(gòu)類型的測井曲線反映為依據(jù),由已知到未知,由點到面逐步展開。本文根據(jù)視電阻率曲線異常根部突變點參考自然伽瑪和密度,對部分煤層氣井進(jìn)行軟煤和硬煤測井響應(yīng)劃分,進(jìn)而得出不同井的軟煤比率?；谏鲜鰟澐址椒?依據(jù)潘莊區(qū)塊各煤層氣井測井曲線視電阻率值的相對大小劃分出所對應(yīng)的軟煤和硬煤,并計算出軟煤所占百分比及井徑擴(kuò)大值。潘莊3#煤層部分煤層氣垂直井的軟煤所占百分比及井徑擴(kuò)大值見表1和圖1。2煤層覆巖深度的研究井徑擴(kuò)大的影響因素很多,包括不同區(qū)域、不同地應(yīng)力和不同的煤層埋藏深度等,各影響因素所起的作用也各不相同。本文主要從煤層傾角、巖體強(qiáng)度因子、軟煤比例和軟煤厚度幾個方面進(jìn)行研究,以期查明影響井徑擴(kuò)大的主控因素。2.1潘莊區(qū)塊煤層傾角對井徑擴(kuò)大的影響鉆井時,鉆頭有與煤層接觸面積最大的趨勢,當(dāng)煤層為水平煤層時,鉆頭與水平面垂直;當(dāng)煤層為傾斜時,鉆頭有向煤層面垂直的趨勢,此時可能造成井徑擴(kuò)大。由于研究區(qū)沒有實測煤層傾角資料,本文根據(jù)各井煤層間距及底板標(biāo)高間接求取,進(jìn)一步查明潘莊區(qū)塊煤層傾角對井徑擴(kuò)大的影響(表2)。應(yīng)用線性回歸方法,對傾角和井徑擴(kuò)大關(guān)系進(jìn)行分析,潘莊區(qū)塊3#煤層傾角與井徑擴(kuò)大關(guān)系見圖2。由表2和圖2可知,潘莊區(qū)塊3#煤層的傾角與井徑擴(kuò)大的相關(guān)性系數(shù)極低,基本上對井徑擴(kuò)大沒有影響。究其原因,一方面是因為該區(qū)塊煤層傾角較小,均在5°以下;另一方面是由于該區(qū)煤層埋深淺,煤層在較小的范圍內(nèi),傾角不會發(fā)生較大變化。2.2巖體強(qiáng)度因子巖體強(qiáng)度因子從某種程度反映了煤巖體的強(qiáng)度和煤巖體的變形程度。對于巖體強(qiáng)度因子高值區(qū),剛性巖層發(fā)育,煤巖層容易發(fā)生脆性變形以斷裂為主;對巖體強(qiáng)度因子低值區(qū),塑性巖層發(fā)育,巖體變形以韌性為主,往往以形成褶皺和順煤層剪切或滑動為特征。對于煤體變形而言,在巖體強(qiáng)度因子高值區(qū)發(fā)育的斷裂兩側(cè)分布變形程度較高的軟煤,但分布范圍有限;對于巖體強(qiáng)度因子低值區(qū)容易形成順煤層剪切或滑動,形成大面積分布的軟煤。所以,在巖體強(qiáng)度因子低值區(qū)容易發(fā)生井徑擴(kuò)大。為查明巖體強(qiáng)度因子對井徑擴(kuò)大的影響,對潘莊區(qū)塊部分煤層氣井巖體強(qiáng)度因子進(jìn)行統(tǒng)計計算(表3)。并應(yīng)用線性回歸方法,對巖體強(qiáng)度因子與井徑擴(kuò)大關(guān)系進(jìn)行分析,潘莊區(qū)塊3#煤層巖體強(qiáng)度因子與井徑擴(kuò)大關(guān)系見圖3。由表3和圖3可知,潘莊區(qū)塊3#煤層巖體強(qiáng)度因子與井徑擴(kuò)大的相關(guān)性系數(shù)相對較大,其與井徑擴(kuò)大具有一定的關(guān)聯(lián)性,即隨著巖體強(qiáng)度因子的增強(qiáng),井徑擴(kuò)大隨之減小。這主要是由于隨著強(qiáng)度因子的增強(qiáng),煤巖中軟煤所占的比例隨之減小,井徑擴(kuò)大率也隨之降低。2.3潘莊區(qū)塊3#煤層與井徑擴(kuò)大的關(guān)系軟煤比例在一定程度上反映了煤體的強(qiáng)度,軟煤比例較高的地區(qū),強(qiáng)度較低,在進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中容易發(fā)生塌孔,井徑容易發(fā)生擴(kuò)大。為查明軟煤所占比例對井徑擴(kuò)大的影響,依據(jù)資料,對潘莊區(qū)塊部分煤層氣井軟煤所占比例進(jìn)行統(tǒng)計計算,并應(yīng)用線性回歸方法,對軟煤所占比例與井徑擴(kuò)大關(guān)系(見表4和圖4)進(jìn)行分析。由表4和圖4可知,潘莊區(qū)塊3#煤層軟煤比例與井徑擴(kuò)大的相關(guān)性系數(shù)相對較大。并隨著軟煤所占比例的增多,井徑擴(kuò)大也隨之增大。究其原因,一方面軟煤比例增多,煤體強(qiáng)度降低;另一方面是當(dāng)軟煤比例較大時,在鉆井施工過程中會發(fā)生塌孔現(xiàn)象,鉆孔井徑隨之?dāng)U大。2.4潘莊區(qū)塊部分煤性質(zhì)地層與井徑擴(kuò)大的關(guān)系軟煤的強(qiáng)度要比硬煤小,而且隨著軟煤厚度的增加,煤體的整體強(qiáng)度隨之降低。在鉆進(jìn)過程中,軟煤厚度越大,發(fā)生塌孔的概率越大,井徑擴(kuò)大的幾率也隨之增加。為查明軟煤厚度對井徑擴(kuò)大的影響,依據(jù)資料,對潘莊區(qū)塊部分煤層氣井軟煤厚度進(jìn)行統(tǒng)計計算,并應(yīng)用線性回歸方法,對軟煤厚度與井徑擴(kuò)大關(guān)系(見表5和圖5)進(jìn)行分析。由表5和圖5可知,潘莊區(qū)塊3#煤層軟煤厚度與井徑擴(kuò)大的相關(guān)性系數(shù)相對較大,隨著軟煤厚度的增大,井徑擴(kuò)大明顯。一方面由于軟煤厚度增大,煤體強(qiáng)度降低,井徑擴(kuò)大可能性增加;另一方面是較厚的軟煤,在鉆井施工過程中會發(fā)生塌孔現(xiàn)象,鉆孔井徑也隨之?dāng)U大。綜上所述,通過對比分析潘莊區(qū)塊3#煤層傾角、巖體強(qiáng)度因子、軟煤比例及軟煤厚度對井徑擴(kuò)大的影響,可以看出軟煤比例對井徑擴(kuò)大的影響最大,巖體強(qiáng)度因子及軟煤厚度次之,煤層傾角對井徑擴(kuò)大的影響最小,基本上無影響。3塊內(nèi)各軟煤比例的空間分布(1)根據(jù)測井曲線視電阻率值的相對大小,劃分出了潘莊區(qū)塊部分煤層氣井對應(yīng)的硬煤和軟煤,并對軟煤所占比例進(jìn)行了統(tǒng)計,展現(xiàn)了區(qū)塊內(nèi)軟煤比例的空間展布規(guī)律。(2)通過統(tǒng)計計算并應(yīng)用線性回歸方法,對比分析了煤層傾角、巖體強(qiáng)度因