煤層氣多分支水平井鉆井技術探究

姜和

（川慶鉆探鉆采工程技術研究院長慶分院，陜西 西安710021）

一、煤層氣多分支水平井的主要特點

煤層氣水平井主要借鑒的是常規天然氣水平井的鉆井工藝技術，但是，其工作的對象與煤層氣的儲藏性質和排采方式不相同，所以，在設計及施工的工藝等方面都有自己獨有的特點：

1、開發目的層比較單一，而且是水平面多分支。

運用多分支的水平井鉆井技術來開發煤層氣，當前通常是選擇某個主力煤層進行開發，在某個單一層相似的水平面上會鉆出很多分支，這和油井在兩個以上的層位鉆出的多分支也不相同。

2、目的層段的分支和進尺比較多。

因煤儲層的地層壓力及滲透率相對來說比較低，因此，如果要提高煤層氣的產量，就要比常規的油氣井有更加多的滲濾面積和排氣通道，這就會使煤層段所鉆的分支變得更多，通常有l到2個主分支，在主分支的兩側需要鉆出多個，通常是6到8個分支，而累計煤層段的進尺通常需要達到4000米以上。

3、運用裸眼完井的方式。

煤層氣的多分支水平井通常會運用裸眼完井的方式，這主要是因為：（1）煤層氣的開發區一般也是煤炭的開采區，比如山西的沁水盆地。按國家先采氣、后采煤、采氣和采煤一體化的政策要求，在采完氣之后還需要采煤，然而采煤的禁忌是在煤層里有金屬套管；（2）因為受到完井技術的限制，當前很多的分支井還較難下入完井的套管或者篩管。

4、主井眼和分支井眼的尺寸比較小。

由于煤層的強度和膠結的程度比較差，容易發生垮塌。而依照國內外的煤層氣多分支水平井鉆井的經驗來看，比較小的井眼利于避免煤層的垮塌。

5、運用成對的1+1式井組連通鉆井的工藝。

當一口井完成之后，通常需要進行排水降壓以使煤層氣解析，這樣才可以產氣。煤層氣的多分支水平井因為其工藝的特點，需要專門的排采直井來排水和產氣，而且這口直井一定要水平井相連通才可以達到目的。因此，煤層氣的多分支水平井通常都要先打一個排采直井，然后再在適和的位置打一口水平井（也稱為工藝井)，這口水平井和直井相連通，之后再鉆多分支的水平井。

二、煤層氣多分支水平井鉆井技術分析

煤層氣多分支水平井是多種先進的鉆井技術綜合的運用，主要有以下幾種技術：

1、水平井井眼的軌跡控制技術。

煤層氣多分支水平井井眼的軌跡控制和一般的水平井比起來需要更加地精確，主要原因有：（1）煤層比較淺。工藝井和排采井的距離近，已經接近短半徑的水平井；（2）需要穿針來進行精確地制導；（3）連通之后的主支和分支的分布依照設計，要各自呈出一定的角度，只有這樣才可以達到控制面積廣的目標。然而這在井眼尺寸較小、鉆具較柔軟，并且進尺較多的情況之下的難度會更大。鉆進實踐中所采用的隨鉆導向的鉆具組合和隨鉆的測量系統，主要是通過LWD、等隨鉆測量的參數（如井斜、工具面角等參數)，運用地面的計算機軟件來進行跟蹤和分析，以確定鉆頭位置，并且通過工具面鉆井參數的擺放、措施的落實，來控制井眼的軌跡，以使其按照預計的方向前進。

2、直井裸眼的造穴技術。

直井，是排采煤層氣的生產井，能夠確保工藝井和直井之間的連通。工作人員要在直井的煤層氣處造穴，其主要過程是：往直井完井套管的煤層處下放一個玻璃鋼套管固井，下入到割刀割斷的玻璃鋼套管處，下入的工具在煤層段進行造穴，把井眼清洗干凈，把砂填到煤層的底部。當前，主要方法有水力噴射的射流造穴以及機械造穴這兩種。

3、井眼達到連通技術。

這種技術在國內也稱為穿針技術，水平井眼進入到煤層之后一定要和排采直井相互連通才可以鉆主支和分支，并且需要有精確的制導技術支持，當前，美國公司擁有這項專利技術，這種技術中的精確定位設備，即RMRS系統，主要是利用旋轉磁性接頭，在正鉆井里可以產生幾十米之外就能夠探測的一個磁場信號，在目標井里下入一個有線的探管，以測量出磁場的強度及方向，并通過對測量的數據進行分析來判斷鉆頭和洞穴間的相對位置，在連通前還要對軌跡進行有效地調整，這樣才能實現連通。

4、欠平衡的鉆井技術。

為了達到保護產層、加快速度、利于攜帶煤屑的目的，要采用欠平衡的鉆井技術，就是從另外一口井里把氣體注入到水平井的中間，以實現在環空的氣液混合，并降低液柱的壓力，這種情況也只有在煤層氣多分支的水平井中才會有。

5、井身結構和井眼軌跡優化的設計技術。

煤層氣井通常比較淺，排采直井和工藝井井口間的距離一定要適當，而且還要依據地質的構造、煤層的展布情況來確定分支的數量和方向。因此，井身的結構、井眼的軌跡以及分支井底的形狀進行優化設計也很非常重要。比如，在山西的沁水盆地鉆取多分支的水平井，則因地處在山區，地勢比較崎嶇，所以，不僅要滿足地質設計的要求，還要依據地勢的特點來選取排采直井和工藝井井口的位置，此后再對井身的結構和井眼的軌跡進行優化設計。

6、懸空的側鉆技術。

在水平主井的井眼上，鉆取分支的井眼時，沒有導斜器或者水泥塞作依托來進行側鉆，因此，要在定點的水平側鉆出各個分支，就要在選擇側鉆點、擺放工具面、制訂技術參數、控制操作措施和施工之上認真地進行分析進而判斷。

7、小井眼的鉆井技術。

煤層氣多分支水平井通常采用的是152．4 毫米、120．65 毫米的鉆頭進行鉆進的，用這么小的井眼和長裸眼鉆進時，一定要解決好小鉆具、小螺桿以及小鉆頭使用的壽命及對井下的工作情況進行井眼的清潔、判斷、加壓、控制循環的壓力、處理事故等方面的問題。當然，在實際的施工中需要應用的工藝技術有很多，對設備的配套也有一些要求，比如鉆機要裝配頂驅、空氣欠平衡鉆井則要安裝井控的設備，尤其是旋轉的控制頭及液氣的分離器等。

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