分析煤层气U型井钻井采气技术的运用

■王立峰（河南豫中地质勘察工程公司河南郑州450016）

分析煤层气U型井钻井采气技术的运用

■王立峰
（河南豫中地质勘察工程公司河南郑州450016）

我国至今为止也没有真正意义上的煤层气田，这主要是由于我国煤层气开采技术的起步较晚导致的。目前，煤层气U型井钻井采气技术已经在美国等发达国家实现了工业化推广和应用，并体现出了良好的煤层气开采性能。本文针对煤层气U型井钻井采气技术的运用进行分析，并对U型井钻采技术的适应性和基本工艺流程进行阐述，对我国U型井煤层气钻采技术的发展略尽绵薄之力。

煤层气U型井采气技术应用

1　U型井概念和特点

U型连通井技术是能够实现长距离水平井与直井连通的新型钻井技术，U型连通井就是将两口不同位置的水平井与直井在同一目的层相连通。U型井可以有效的沟通煤层割裂系统，并实现水平井排水和直井采气同时进行，还可以利用多口水平井功用一口直井采气，提高采气的速率，利用U型井，我们可以依靠倾斜地层的重力实现排水采气。

我国的煤层气开采起步较晚，包括垂直压裂法、二氧化碳注入、洞穴完井等虽然有过尝试，但也没有被广泛应用于煤层气开采中。U型井煤层气开采技术作为成熟的煤层气开采技术，在我国的应用具有普遍的适应性。首先，U型井由水平井和直井构成，兼有单分支水平井沟通割理与直井点状派彩煤层气的优点。其次，U型井能够实现排水和采气同时进行。U型井的两个井口还可以任意选择，利用倾斜重力提升排水采气的效率。但U型井煤层气钻井采气技术在我国仍然处于摸索阶段，由于在U型井钻井采气系统的建设中，两井连通、地质导向、欠平衡钻井等多种先进技术综合，因此钻井难度较大，推广和实际应用具有一定困难。

2　U型井在煤层气钻井采气中的应用适应性

U型井对储层适应性极好，而且不需要进行压裂，因此这种采气方法在我国具有广泛的应用前景。笔者对国内外U型井煤层气开采的案例和理论进行分析总结，U型井在煤层气开采中能够适合以下储层。

2.1中高煤阶储层

煤阶是反应煤层成熟程度的单位，煤阶越高，则煤炭的埋藏深度递增，其构造作用和成岩作用影响也增强，煤炭演化程度提高，孔隙率较小，比表面积增加，割理增加。因此，随着煤阶的增加，煤热演化程度会随之提高，生成的煤层气气量提高，含气量也会增加。

U型井能够最大限度的沟通割理，并在钻进过程中保持井壁稳定，因此比较适合高煤阶的煤层开发。另外，由于高煤阶一般埋藏较深，因此更加适合U型井的发挥，如果采用其他钻采方法，会增加开采成本不说，还会降低开采效率。

2.2U型井钻采技术适合厚煤层

厚煤层是指煤层厚度大于5m的煤层，厚煤层不仅拥有较多的煤层气，而且还能够提高U型井钻采技术的产能。“U”型井集欠平衡钻井技术、两井连通技术、地质导向技术等多种先进技术于一身。薄煤层会加大最终连通难度，有可能促使钻井偏离煤层，重新寻找靶位会大大增加成本。而厚煤层更容易保持在煤层中钻进，也就更加适合“U”型井开发。

2.3高含水煤层适合钻U型井

U型井能够实现排水采气同时进行，因此对于高含水煤层具有较好的适应性。排水和采气同时进行，能够使排水不影响采气效率。在高含水煤层中，我们通过远距离连接直井，能够有效的排出煤层中的承压水，降低地层压力，当地层压力降低到一定程度时，就可以产出煤层气。为了提升采气效果，我们可以采用直井排水，水平井采气的办法，这种方法不仅能够快速的将地层中的承压水排除，从而提升采气效率，当排水到一定程度时，还可以实现直井和水平井同时采气，提升采气效率。

2.4U型井适用于割理发育的煤储层

煤层的割理是煤化作用过程中煤物质结构、构造等变化而产生的裂隙，为煤层中的次一级弱结合面。煤层割理分为面割理和端割理，两种割理方式会对渗透率有较大影响，因此我们在割理煤层中应用U型井钻采技术进行煤层气开采时需要根据割理的类型进行有效的设计。对于端割理发育的地层可以采用垂直割理方向钻井，沟通割理并使其形成网络，提高产能。对于双向割理发育且面割理方向渗透率高于端割理渗透率的，可以垂直于面割理钻井，提升产能。因此，割理发育的煤储层煤层气的开采，应用U型井具有较好的应用优势，并且能够达到较好的开采效果，提升产能。

2.5U型井适合于倾斜地层的煤层气开采

利用连通器效应，我们在倾斜地层中运用U型井能够有效的提升煤层气的开采效率。当地层有倾角时，可以从高处钻水平井，而垂直井设计在低处，通过联通效应原理，能够在重力的作用下使水和煤层气聚集到垂直井下，提升开采效率。我们还可以在上倾斜方向不同位置多钻几口U型井，实现多个水平井连通一个直井，提升开采效率。

3　U型井的施工工艺研究

U型井时由直井和水平井构成的连通井，因此其主要的施工步骤为直井施工、水平井施工和连通作业。

3.1直井施工

U型井的直井是掏穴井，掏穴井就是在垂直钻孔的煤层利用机械的方法进行扩孔，并下套管完井的一种钻井方法。U型井首先进行直井施工首先是为了给水平井的施工提供靶向目标，其次还能为欠平衡钻进提供输送空气介质的通道。

3.2水平井的钻井施工

我国的水平井施工技术比较成熟，在进行U型井的水平井施工时，可以采用散开井身结构，一开孔直井为444.5mm，钻穿风化带10m后下直井339.7mm的表层套管。二开孔直径311.1mm，着陆后下直径244.5mm的技术套管，三开孔直径215.9mm，钻到目的层位实现连通后下直井139.7mm的生产套管完井。

二开井段钻进过程中要控制好倾斜，为后续井段施工创造条件，一般采用直井311.1mm的钻头和直径165mm无磁钻铤一根、直径177.8mm的钻铤3根以及直径127mm的钻杆一根。钻进过程中要保证孔眼的圆滑并使全角变化率不大于7°/30m，保证着陆地层稳定。

三开水平段的钻进需要控制好井眼轨迹，钻具组合为直井215.9mm钻头和直井165mm单弯螺杆、直井165mm无磁钻铤以及直径127mm加重钻杆两只。在钻进过程中要控制好井眼轨迹，全角变化率不大于2°/30m。

3.3连通段施工

通段的施工是“U”型井施工的关键步骤，因此连通前，要保证掏穴井和水平井井口坐标以及掏穴井测井数据等关键数据的准确性，在钻头离井底掏穴井洞穴距离100m左右起钻，下入强磁短接，在掏穴井下入连通仪器，准确测量水平井钻头与掏穴井的方位和距离，然后调整水平井钻井方位，当钻头与掏穴井距离15m时，取出掏穴井内的连通仪器，继续钻井，当钻压放空，泵压下降，井口无钻井液返出，掏穴井进口返出钻井液时，确认连通成功。

3.4完井技术

水平井下套管前，需要将垂直井封井，一般会在洞顶2m处填砂，并用水泥浆封固井段，24小时之后，再下水平井套管。为了避免固井水泥浆流入洞穴，下套管时可以在水平段两根套管下一个刚性扶正器，造斜段每一根套管下一个刚性扶正器，保证套管居中。水平井水平段长、位移大，套管居中难度大，不易提高顶替率，容易造成泥浆串槽，因此宜采用变密度水泥浆，浅部选用低密度水泥浆，下部斜井段和水平井段采用防串速凝早强水泥浆体系，提高顶替率，防止在顶替水泥浆过程中因液柱压力过高而造成井漏。

4　U型井在煤层气钻井开采应用过程中的问题

U型井技术广泛的技术有点，使其对于我国的煤层气开采具有很好的应用前景，但由于我国煤层气开采技术发展较晚，我国的U型井煤层气开采技术虽然经过多年的研究和实践已经有成功的案例，但由于缺乏技术经验和关键技术支持，仍然存在着许多问题。这些问题包括没有煤层专用的完井液、煤层损害严重、完井多为裸眼或筛管完井、煤粉堵塞问题严重等。虽然U型井技术在国外已经被推广应用并实现了量产，但国外对U型井技术实施了封锁和保密政策，因此我们根本就无法获得U型井的高端核心技术成果，因此国外先进的钻井完井技术对我国国内U型井的发展很难有促进作用。目前国内研究U型井的机构多是结合U型井的钻井原理进行探索性实践和实验，因此我国的U型井钻井和完井工艺还有很多不足之处。

近年来，包括中国石油勘探开发研究院廊坊分院在内的很多石油勘探机构，都针对不同煤阶煤层气开发过程中存在的问题，结合U型井自身技术优势，开展了沿煤层钻井筛管完井、沿煤层充气欠平衡钻井、分段压裂等U型井钻完井新技术研究。有些井组完成后，有些水平井采用了筛管完井，完井方法存在筛管与地层间的钻井液滤饼无法清除的问题。因而我国U型井钻井采气技术发展任重道远，我国想要实现对煤层气的有效开采和利用，不仅需要大量的人力、物力和资金投入，也需要一段时间进行技术和经验积累，才能够让煤层气U型井开采技术为我国的经济发展贡献力量。

综上所述，U型井在煤层气开采中的广泛技术优势，使得我国油气开采领域对该技术投入大量的人力、物力和财力进行研究和探索，并取得了可喜的成果。国内也有进行了许多煤层气U型井钻采技术的应用和实践，虽然我国U型井钻采技术还不能达到推广和应用的条件，但对于煤层其U型井开采技术的研究对促进我国煤层气开发的发展却十分有意义。尽管我国在U型井钻井采气技术方面是摸着石头过河，相信在不久的将来，随着我国科技的发展和技术以及经验的积累，U型井煤层气开采技术必然会为我国的煤层气开发利用贡献力量。

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P618.11[文献码]B

1000-405X（2016）-1-27-2