煤層氣開采技術(shù)研究進(jìn)展

佟?峰

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣開采技術(shù)研究進(jìn)展

佟?峰

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣是煤在生成過程中產(chǎn)生的一種伴生產(chǎn)物，具有清潔環(huán)保的特點(diǎn)。目前來說，我國煤層氣資源主要集中于中高煤階含煤區(qū)，并且已經(jīng)逐步提高了開采與利用成效。且目前煤層氣開采的常用鉆井技術(shù)主要是多分支水平井技術(shù)、U型水平井技術(shù)、V型水平井技術(shù)，欠平衡鉆井技術(shù)等，為進(jìn)一步開發(fā)利用煤層氣奠定基礎(chǔ)。但是常會(huì)出現(xiàn)由于煤層氣排采設(shè)備選型設(shè)計(jì)不合理，而影響煤層氣順利開采的現(xiàn)象。

煤層氣；開采技術(shù)；因素；工藝

1、煤層氣開采機(jī)理

通常情況下，賦存于煤層當(dāng)中的天然氣主要呈現(xiàn)出游離、吸附和溶解這三種狀態(tài)，所存在的少量游離氣大多附吸在煤的表面之上。當(dāng)煤層的壓力降低至煤層氣解吸壓力的臨界值的時(shí)候，CH4就會(huì)開始和微孔隙的表面相分離，解吸的氣體可以通過基巖和微孔隙實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散，進(jìn)而到達(dá)裂縫網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，再經(jīng)過其流入井筒。煤層氣井主要包括了三個(gè)生產(chǎn)階段：其一，脫水降壓階段，時(shí)間可能會(huì)持續(xù)幾天到數(shù)月不等；其二，穩(wěn)定生產(chǎn)階段，產(chǎn)氣量相對較為穩(wěn)定，是產(chǎn)氣的高峰階段；其三，氣產(chǎn)量下降階段，壓力下降，出少量或微量水。

2、煤層氣開采技術(shù)的影響因素

我國煤層氣的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，因此影響煤層氣開采技術(shù)的首要因素即是地質(zhì)因素，主要體現(xiàn)在煤層地質(zhì)的特點(diǎn)上。一是煤層的厚度與埋深等對排采設(shè)備的能力和質(zhì)量要求較高。二是地質(zhì)構(gòu)造條件的影響。三是地層含水性對煤層氣開采技術(shù)與設(shè)備的影響。四是煤儲(chǔ)層的孔滲特征也對煤層氣開采技術(shù)與設(shè)備選型具有重要的影響。五是煤的吸附解吸特征對煤層氣開采工藝的影響。

3、煤層氣開采工藝技術(shù)

3.1 提高煤層滲透率手段

3.1.1 ?儲(chǔ)層保護(hù)?，F(xiàn)階段，國外所采用的都是空氣鉆井，然而由于我國煤層氣相關(guān)研究較晚，目前所采用的是泥漿，對地層通常會(huì)造成較為嚴(yán)重的傷害，因此要做好對儲(chǔ)層的保護(hù)。

3.1.2 ?應(yīng)力釋放。圍巖的壓力會(huì)作用在煤巖之上會(huì)產(chǎn)生擠壓，使得裂隙閉合，滲透率因而降低。應(yīng)力釋放，實(shí)際上是通過采取合理有效的措施將約束應(yīng)力予以釋放，使得閉合的裂隙實(shí)現(xiàn)重新的張開，進(jìn)而提高滲透率。對于應(yīng)力釋放而言，將煤層中部分體積予以排除是最為有效的方法，一般會(huì)采用洞穴完井。

3.1.3 ?水力壓裂的優(yōu)勢。煤層氣壓裂技術(shù)是對油氣井壓裂技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用。其壓裂過程為：基于傳遞壓力原理，將高壓大流量泵安裝在地面，以遠(yuǎn)超煤層吸收能力的速度把粘度相對較高的介質(zhì)注入煤層，這樣能顯著提高煤層的壓力。由于粘度介質(zhì)的注入能夠有效的克服煤巖自身強(qiáng)度以積極地層應(yīng)力，沖破煤層井筒四周薄弱的地方，形成若干裂縫，隨著介質(zhì)持續(xù)注入能夠有效的增大裂縫，當(dāng)裂縫增大到一定程度形成裂縫系統(tǒng)，然后再將帶有支撐劑的攜砂液注入到煤層中，最后將頂替液注入到煤層井筒中，這樣能夠把所有的攜砂液都注入到裂縫中。

3.2 煤層氣開采方法

3.2.1 ?多分支水平井。主水平井眼與洞穴井連通，主要在主水平井眼的兩側(cè)不同位置分別鉆出多個(gè)分支水平井眼。在進(jìn)行鉆井的過程中，首先鉆一口直井，由地面直至煤層，使用造穴工具形成洞穴，即洞穴井，隨后開鉆工程井，在距洞穴100～200m的水平位移處鉆一直井段，然后造斜延伸穿過洞穴井的洞穴，通過洞穴后工程井繼續(xù)在煤層中沿著水平方向延伸，鉆至一定距離后，形成主分支井眼，接著在主分支井眼兩側(cè)不同位置開鉆多個(gè)分支井眼，從而加大與煤層氣的接觸面積。

3.2.2 ?U型水平連通井。U型井，即U型水平連通井，其水平井的遠(yuǎn)端與洞穴井連通。在高陡構(gòu)造中，煤層傾角比較大，滲透率相對偏高，羽狀水平井或多分支水平井開采效果較差，因此借鑒U型水平井技術(shù)，將其設(shè)計(jì)為沿煤層的U型定向斜井，即沿煤層段設(shè)計(jì)一段平行于煤層的斜直段，隨后進(jìn)行直井鉆探，其必須在斜井段之前完井，接著直井與斜井會(huì)在煤層段連通。

3.2.3 ?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(yuǎn)端與同一口洞穴井連通的井。兩口水平井之間會(huì)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(chǔ)層的下傾方向施工完水平井段之后與直井洞穴位置進(jìn)行遠(yuǎn)端對接，最后下入50mm的PE連續(xù)篩管完井。排采中，地層流體會(huì)通過兩個(gè)水平井眼流向同一排采直井井筒內(nèi)，增加煤層氣的泄流面積，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.4 ?欠平衡鉆井。我國煤儲(chǔ)層存在低壓、低滲的特點(diǎn)，在開發(fā)過程中為了保護(hù)儲(chǔ)層，因此不宜采用常規(guī)的過平衡鉆井技術(shù)。充氣鉆井液是將氣體注入鉆井液內(nèi)形成以氣體為離散相、液體為連續(xù)相的體系。它主要的適用范圍是地層壓力系數(shù)小于1.0的儲(chǔ)層，而且不受地層大量出水的影響，其保護(hù)儲(chǔ)層的機(jī)理是通過在鉆井液中充氣以減少其當(dāng)量密度，從而降低液柱對井底的壓力，最后達(dá)到在井底形成負(fù)壓差以實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井。

3.2.5 ?氣動(dòng)潛孔錘鉆井。氣動(dòng)潛孔錘鉆井，在目前的煤層氣鉆井中得到了廣泛的應(yīng)用，其動(dòng)力為壓縮空氣，借以驅(qū)動(dòng)沖擊器內(nèi)的活塞進(jìn)行高頻的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)能將不斷地傳遞到鉆頭上，從而能夠使鉆頭獲得一定的沖擊力。

3.2.6 ?超短半徑水力噴射鉆井。煤層氣超短半徑水平鉆井系統(tǒng)，即一套應(yīng)用在煤層中的超短半徑自進(jìn)式水平鉆井系統(tǒng)。在垂直煤層氣井內(nèi)它能夠以300mm超短半徑從垂直轉(zhuǎn)向水平方向。超短半徑水力噴射鉆井首先在垂直的煤層內(nèi)采用機(jī)械或高壓水射流進(jìn)行擴(kuò)孔，然后下入轉(zhuǎn)向器，在300mm的曲率半徑內(nèi)使高壓膠管和高壓水射流鉆頭等鉆具由原來的垂直方向轉(zhuǎn)向水平。

綜上所述，煤層氣是一種優(yōu)質(zhì)且潔凈的新能源，具有較高的利用價(jià)值，不僅會(huì)提高能源的利用率，而且還顯著的降低了對環(huán)境產(chǎn)生污染的情況，對其進(jìn)行合理的開發(fā)與利用對于社會(huì)的健康發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，由于我國對煤層氣開采利用的研究起步時(shí)間較晚，在工藝技術(shù)方面還存在著一些不成熟的方面，因此，在今后還需要對煤層氣的開采工藝技術(shù)予以進(jìn)一步的研所，從而提高對能源的開采率和利用率。

[1]程林林，程遠(yuǎn)方，祝東峰，鄧文彪，陳沖.體積壓裂技術(shù)在煤層氣開采中的可行性研究[J].新疆石油地質(zhì)，2014，05：598-602.

[2]王丹鳳.煤層氣井負(fù)壓排采工藝技術(shù)研究[D].長江大學(xué)，2014.