淺談煤層氣開(kāi)發(fā)鉆完井技術(shù)

馬宗義 李國(guó)強(qiáng)

摘要：煤層氣為清浩能源，其具有高熱值、安全環(huán)保等特點(diǎn)，且儲(chǔ)量資源豐富，目前已廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)、發(fā)電、汽車(chē)等行業(yè)中。本文在對(duì)比煤層氣和常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)煤層氣井常用的鉆完井技術(shù)進(jìn)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(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣平臺(tái);轉(zhuǎn)水效率;技術(shù)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(zhì)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(chē)燃料和重要的化工原料。我國(guó)煤層氣資源豐富，埋深2000m以上淺煤層氣地質(zhì)資源量約36萬(wàn)億方，主要分布在華北和西北地區(qū)，煤層氣最初開(kāi)采為了防止“瓦斯爆炸”，但由于其具有儲(chǔ)量資源豐富、高熱值、環(huán)保性等特點(diǎn)，目前已成為世界各國(guó)戰(zhàn)略資源。

2.煤層氣與常規(guī)天然氣不同點(diǎn)

相比于常規(guī)天然氣，煤層氣開(kāi)采具有以下特點(diǎn)：首先是煤層氣主要以吸附態(tài)賦存在煤巖基質(zhì)中，需要進(jìn)行降壓開(kāi)采，只有當(dāng)?shù)貙訅毫_(dá)到解析壓力時(shí)，煤層氣才會(huì)從煤巖基質(zhì)中釋放出來(lái);二是解聽(tīng)作用主要有降壓解析、升溫解析、置換解析和擴(kuò)散解析，其中降壓解析是最有效方法;三是煤層氣生成過(guò)程中伴隨大量水，通過(guò)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(shí)間較長(zhǎng)，采出水處理費(fèi)用較大;五是煤層氣單井產(chǎn)氣量小于常規(guī)天然氣井，開(kāi)采壽命也遠(yuǎn)低于常規(guī)天然氣井;六是煤層氣很“脆弱”，影響產(chǎn)量因素很多，如井距、排水速度、壓裂改造程度、生產(chǎn)制度等，有一項(xiàng)因素不合格，就會(huì)導(dǎo)致低產(chǎn)。

3 煤層氣開(kāi)發(fā)鉆完井技術(shù)

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(chǎn)套管，然后固井，水泥返至地面，固井質(zhì)量合格后，再鉆穿煤層，進(jìn)行裸眼完井。該完井技術(shù)適合質(zhì)地軟煤層，且一口井僅發(fā)育一套煤層。對(duì)于地層裂縫不發(fā)育煤層，可以采用低壓水力壓裂改造儲(chǔ)層物性，提高氣井產(chǎn)能。

（2）套管完井

鉆頭鉆穿整套煤層后，進(jìn)行全井段套管固井，再對(duì)煤層進(jìn)行射孔、壓裂改造等，排除鉆井過(guò)程中鉆井液對(duì)儲(chǔ)層造成的污染，同時(shí)可以提高井眼周?chē)芽p的數(shù)量。該完井技術(shù)適用于發(fā)育多套煤層井，各套煤層間深度跨度大，可實(shí)施由下至上逐步射孔、壓裂生產(chǎn)。若煤層中無(wú)水，可同時(shí)射開(kāi)幾個(gè)煤層同時(shí)開(kāi)采。

（3）裸眼洞穴完井

將套管下到煤層頂部，利用特殊擴(kuò)眼工具對(duì)煤層進(jìn)行擴(kuò)眼，達(dá)到煤層段內(nèi)部形成一個(gè)大井徑的腔體，可以使煤層氣單井產(chǎn)量大幅度提高，一般可達(dá)到常規(guī)射孔煤層氣井產(chǎn)量5～10倍，但這種完井技術(shù)對(duì)煤層地應(yīng)力要求較嚴(yán)格，只有當(dāng)?shù)貞?yīng)力在2080～2359Psi之間，才能成功實(shí)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(chǔ)量范圍大、泄油面積廣等特點(diǎn)，煤層氣利用水平井開(kāi)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(chǎn)量及開(kāi)采速度。同時(shí)可以采用分支水平井技術(shù)，各分支可以在同一層內(nèi)，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(dāng)于多條大裂縫，增大儲(chǔ)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(kāi)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(diǎn)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(duì)于煤質(zhì)較脆煤層，直接壓裂會(huì)導(dǎo)致煤層破碎，可對(duì)煤層頂部發(fā)育砂巖段中部署水平井，通過(guò)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(jìn)行開(kāi)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(zhì)又作為破碎巖石能量的一種欠平衡鉆井技術(shù)，由于無(wú)液相存在，可以有效減少對(duì)煤層污染，能較容易鉆過(guò)天然裂縫、溶洞等非正常地層。同時(shí)空氣作為循環(huán)介質(zhì)可徹底消除了井底壓持效應(yīng)，最大程度解放機(jī)械鉆速，一般是常規(guī)鉆井液機(jī)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(jīng)濟(jì)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(shí)先鉆直井，然后利用連續(xù)油管技術(shù)，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(shí)排水采氣，實(shí)現(xiàn)控制儲(chǔ)量范圍內(nèi)煤層整體泄壓，達(dá)到提高產(chǎn)量目的。V型井由1口井與2口水平井組成，相當(dāng)于2個(gè)U型井，開(kāi)采效果更好。

5 結(jié)論

本文在對(duì)比煤層氣和常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)煤層氣井常用的鉆完井技術(shù)進(jìn)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(shù)、裸眼洞穴完井、U/V型井鉆井技術(shù)具有較好推廣意義，可為同行提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)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(guó)石油大學(xué)（北京），現(xiàn)于中國(guó)石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠。