國內煤層氣開采技術的分析研究

王湘君（天津市大港油田勘探開發研究院，天津 300000）

國內煤層氣開采技術的分析研究

王湘君（天津市大港油田勘探開發研究院，天津 300000）

作為一種新型清潔能源，煤層氣越來越引起人們的重視。本文在文獻調研的基礎上，結合近些年國內山西沁水盆地、內蒙古鄂爾多斯盆地煤層氣的成功開發利用，對現階段煤層氣的開采技術進行了全面的概括和總結。

煤層氣；U型井；V型井；欠平衡；氣動潛孔錘

據統計資料，我國的煤層氣儲量約為36.81萬億m3，與陸上常規天然氣資源量大致相當。在目前煤層氣的開發過程中，主要采用兩種方式：一是直井壓裂，二是水平井技術，包括多分支水平井、U型水平井、V型水平井等。

為了能夠緩解我國常規油氣供應緊張的現狀，同時改善煤礦安全生產條件，減少瓦斯爆炸事故的產生，因此有必要對目前煤層氣的開采技術進行總結，從而能夠在此基礎上完善開采技術并開發出適用于國內煤層氣儲層狀況的開采新技術。從我國部分礦區所得理論采收率來看，其數值的變化范圍基本維持在7%～73%，平均大概在28%。如圖1

圖1 我國各地方礦區煤層氣理論采收率

1 煤層氣開采機理

煤層氣的開采，主要是通過抽排煤儲層的承壓水，降低煤儲層的壓力，從而能夠使煤層中吸附的甲烷發生解吸，轉化為為大量的游離態甲烷并在地層與井筒壓差作用下運移至井口。在煤層氣開始排采后，通過地面設備，井筒中的液面下降，因此在井筒和煤層之間形成壓力差，從而使地下水在壓力差的作用下由煤儲層流向井口，直至煤層各點儲層壓力保持恒定，此時解吸停止，產氣也就終止。根據所形成的壓降漏斗體積，結合Langmuir方程，便可以求出該井能產出的煤層氣總量。

2 煤層氣鉆井技術

2.1 多分支水平井

煤層氣多分支水平井，也被稱為羽狀分支井，在目前的多分支水平井中，布井方式主要分為單羽狀、多羽狀、三羽狀和四羽狀等。單羽狀多分支水平井由一口水平井和一口抽排直井組成。雙羽狀多分支水平井由兩口羽狀多分支水平井和兩口抽排井組成。以此類推，多羽狀分支水平井能夠使井數和井場數逐漸減少，成本進一步降低，在目前油氣市場低迷的情況下，有較好的應用前景。

2.2 U型水平連通井

U型井，即U型水平連通井，其水平井的遠端與洞穴井連通。由以上工藝可得，U型斜井是沿煤層傾向從高端向低端鉆進，則有效的排水采氣井眼是位于煤層中的斜直井段，排水階段煤層水很容易依靠重力作用排到直井的井底，再經過排采設備抽排到地面。煤層氣的這種U型斜井結構，充分利用了傾斜煤層水的重力優勢，而且有利于排水[4]。

2.3 V型水平井

V型井，即V型水平連通井，由兩口以上水平井遠端與同一口洞穴井連通的井。兩口水平井之間會呈一定的夾角，它們共用一口排采直井。在鉆井的過程中，首先鉆直井并在對接段造穴，隨后兩口水平井分別沿儲層的下傾方向施工完水平井段之后與直井洞穴位置進行遠端對接，最后下入50mm的PE連續篩管完井[5]。在實際排采過程中，地層流體會通過兩個水平井眼流向同一排采直井井筒內，增加了煤層氣的泄流面積，相對于U型井其能夠產生更大的經濟效益[6]。

2.4 欠平衡鉆井

欠平衡鉆井技術，在上個世紀90年代出現并迅速發展，其與水平井、分支井及小井眼技術的結合越來越多。在2007年，在山西沁水盆地的FP1-1井，國內首次應用油管注氣實現欠平衡鉆井形成煤層氣多分支水平井[7]，該多分支水平井填補了我國煤層氣欠平衡鉆井技術的空白。

2.5 氣動潛孔錘鉆井

氣動潛孔錘鉆井，在動力頭的帶動下，鉆頭能夠在井底不斷地改變沖擊位置形成圓形井筒。氣動潛孔錘鉆井以鉆頭沖擊破碎巖石取代了切削巖石，以動載沖擊替代了靜載研磨，以巖石的體積破碎替代了研磨剪切破碎。在2006年，我國首次用TSJ-2000型水源鉆機在山西沁水的樊莊區進行氣動潛孔錘空氣鉆井[8],為我國煤層氣井氣動潛孔錘技術作出了重大突破。

2.6 超短半徑水力噴射鉆井

該鉆井技術具有以下作用：增大了煤層暴露面積，提高了煤層氣產量；增大井距，減少鉆井數及費用；克服了傳統的定向鉆井垂直孔不能重復利用的缺點；能夠溝通煤層裂隙，提高煤層的滲透性，增加煤層氣的產量。

煤層氣藏為自生自儲型氣藏,它有自己獨特的性質,不能完全按照油氣勘探開發的方法對其進行開發，煤層氣排采機理為抽排煤層承壓水，降低煤儲層壓力，促使吸附態甲烷解吸為大量游離態甲烷并在地層壓力和井筒壓力差的作用下運移至井口。煤層氣水平井開采煤層氣主要分為多分支水平井、U型水平井、V型水平井,欠平衡鉆井，氣動潛孔錘鉆井，超短半徑水力噴射等。不同的水平井類型有不同的適應條件，具體在實際操作過程中，要根據不同的地質實際情況選擇不同的井型。

[1]王洪亮.煤層氣V型井套管完井固井工藝探索[J].中國石油和化工標準與質量,2014(2014年08):107-108.

[2]蘇俊.煤層氣勘探開發與技術[M].北京：石油工業出版社, 2011

王湘君（1975-），女，漢，吉林省吉林市，天津市大港油田勘探開發研究院，工程師，大本，研究方向：油田開發地質等。