淺談煤層氣開發鉆完井技術

馬宗義 李國強

摘要：煤層氣為清浩能源，其具有高熱值、安全環保等特點，且儲量資源豐富，目前已廣泛應用于民用、工業、發電、汽車等行業中。本文在對比煤層氣和常規天然氣開發特點基礎上，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、工業燃料、發電燃料、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，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、環保性等特點，目前已成為世界各國戰略資源。

2.煤層氣與常規天然氣不同點

相比于常規天然氣，煤層氣開采具有以下特點：首先是煤層氣主要以吸附態賦存在煤巖基質中，需要進行降壓開采，只有當地層壓力達到解析壓力時，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天然氣井，開采壽命也遠低于常規天然氣井;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 煤層氣開發鉆完井技術

3.1常規直井鉆井

（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，且一口井僅發育一套煤層。對于地層裂縫不發育煤層，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量。該完井技術適用于發育多套煤層井，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，只有當地應力在2080～2359Psi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，可對煤層頂部發育砂巖段中部署水平井，通過規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天然氣開發特點基礎上，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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[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月畢業中國石油大學（北京），現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。