馬宗義 李國強

摘要：煤層氣為清浩能源，其具有高熱值、安全環(huán)保等特點，且儲量資源豐富，目前已廣泛應用于民用、工業(yè)、發(fā)電、汽車等行業(yè)中。本文在對比煤層氣和常規(guī)天然氣開發(fā)特點基礎上，對煤層氣井常用的鉆完井技術進行分析，包括常規(guī)直井鉆井、水平井鉆井、空氣鉆井、U/V型井等，可為同行提供借鑒經驗。

關鍵詞：頁巖氣平臺;轉水效率;技術研究

1.前言

煤層氣是存在煤層中的以甲烷為主的烴類氣體，其存在形式主要以吸附在煤基質顆粒表面為主，部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中，可作為民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料和重要的化工原料。我國煤層氣資源豐富，埋深2000m以上淺煤層氣地質資源量約36萬億方，主要分布在華北和西北地區(qū)，煤層氣最初開采為了防止“瓦斯爆炸”，但由于其具有儲量資源豐富、高熱值、環(huán)保性等特點，目前已成為世界各國戰(zhàn)略資源。

2.煤層氣與常規(guī)天然氣不同點

相比于常規(guī)天然氣，煤層氣開采具有以下特點：首先是煤層氣主要以吸附態(tài)賦存在煤巖基質中，需要進行降壓開采，只有當?shù)貙訅毫_到解析壓力時，煤層氣才會從煤巖基質中釋放出來;二是解聽作用主要有降壓解析、升溫解析、置換解析和擴散解析，其中降壓解析是最有效方法;三是煤層氣生成過程中伴隨大量水，通過排水工藝降低地層壓力至解析壓力;四是煤層氣前期排水降壓時間較長，采出水處理費用較大;五是煤層氣單井產氣量小于常規(guī)天然氣井，開采壽命也遠低于常規(guī)天然氣井;六是煤層氣很“脆弱”，影響產量因素很多，如井距、排水速度、壓裂改造程度、生產制度等，有一項因素不合格，就會導致低產。

3 煤層氣開發(fā)鉆完井技術

3.1常規(guī)直井鉆井

（1）裸眼完井

裸眼完井是鉆頭鉆至煤層上部后，直接下入生產套管，然后固井，水泥返至地面，固井質量合格后，再鉆穿煤層，進行裸眼完井。該完井技術適合質地軟煤層，且一口井僅發(fā)育一套煤層。對于地層裂縫不發(fā)育煤層，可以采用低壓水力壓裂改造儲層物性，提高氣井產能。

（2）套管完井

鉆頭鉆穿整套煤層后，進行全井段套管固井，再對煤層進行射孔、壓裂改造等，排除鉆井過程中鉆井液對儲層造成的污染，同時可以提高井眼周圍裂縫的數(shù)量。該完井技術適用于發(fā)育多套煤層井，各套煤層間深度跨度大，可實施由下至上逐步射孔、壓裂生產。若煤層中無水，可同時射開幾個煤層同時開采。

（3）裸眼洞穴完井

將套管下到煤層頂部，利用特殊擴眼工具對煤層進行擴眼，達到煤層段內部形成一個大井徑的腔體，可以使煤層氣單井產量大幅度提高，一般可達到常規(guī)射孔煤層氣井產量5～10倍，但這種完井技術對煤層地應力要求較嚴格，只有當?shù)貞υ?080～2359Psi之間，才能成功實施裸眼洞穴完井。

3.2水平井鉆井

（1）常規(guī)水平井

水平井具有控制儲量范圍大、泄油面積廣等特點，煤層氣利用水平井開發(fā)主要目的是增大水平段與煤層接觸面積，加快煤層氣解吸作用，提高氣井產量及開采速度。同時可以采用分支水平井技術，各分支可以在同一層內，也可以分布縱向上不同層位，方向并不需要水平的，但要和煤層走向一致，各分支相當于多條大裂縫，增大儲量控制范圍和泄壓面積。

（2）羽狀水平井

以羽毛狀井組布井開采煤層氣的方式稱為羽狀水平井，可以為分單羽毛井、三角羽毛井和四角羽毛井，其中單羽毛井和四羽毛井需要和直井配合采氣，即直井與水平井軌跡A點相交，在直井中下電潛泵排水采氣，而三羽毛水平井可直接下電潛泵排水采氣。

（3）頂板水平井

對于煤質較脆煤層，直接壓裂會導致煤層破碎，可對煤層頂部發(fā)育砂巖段中部署水平井，通過規(guī)模壓裂形成垂向裂縫溝通煤層，然后采用排水降壓工藝進行開采。

3.3 空氣鉆井

空氣鉆井是以壓縮空氣既作為循環(huán)介質又作為破碎巖石能量的一種欠平衡鉆井技術，由于無液相存在，可以有效減少對煤層污染，能較容易鉆過天然裂縫、溶洞等非正常地層。同時空氣作為循環(huán)介質可徹底消除了井底壓持效應，最大程度解放機械鉆速，一般是常規(guī)鉆井液機械鉆速3～8倍。如一口1000m深井的井采用空氣鉆井，完井周期僅需6天，能大幅度減少鉆井投資，提出經濟效益（表1）。

3.4 U/V型井

U型井由1口直井與1口水平井組合而成，鉆井時先鉆直井，然后利用連續(xù)油管技術，采用高壓水噴射在煤層中快速鉆水平井主井眼，直井和水平井井眼相交，兩者同時排水采氣，實現(xiàn)控制儲量范圍內煤層整體泄壓，達到提高產量目的。V型井由1口井與2口水平井組成，相當于2個U型井，開采效果更好。

5 結論

本文在對比煤層氣和常規(guī)天然氣開發(fā)特點基礎上，對煤層氣井常用的鉆完井技術進行分析，包括常規(guī)直井鉆井、水平井鉆井、空氣鉆井、U/V型井等，其中頂板水平井技術、裸眼洞穴完井、U/V型井鉆井技術具有較好推廣意義，可為同行提供借鑒經驗。

參考文獻：

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[2]黃洪春，盧明，申瑞臣.煤層氣定向羽狀水平井鉆井技術研究[J].天然氣工業(yè).2004（05）.

[3]喬磊，申瑞臣，黃洪春，王開龍，鮮保安，鮑清英.煤層氣多分支水平井鉆井工藝研究[J].石油學報.2007（03）.

作者簡介：

馬宗義，男，1990年5月出生甘肅天水，漢族，2021年10月畢業(yè)中國石油大學（北京），現(xiàn)于中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠。