浅谈煤层气开发钻完井技术

马宗义 李国强

摘要：煤层气为清浩能源，其具有高热值、安全环保等特点，且储量资源丰富，目前已广泛应用于民用、工业、发电、汽车等行业中。本文在对比煤层气和常规天然气开发特点基础上，对煤层气井常用的钻完井技术进行分析，包括常规直井钻井、水平井钻井、空气钻井、U/V型井等，可为同行提供借鉴经验。

关键词：页岩气平台;转水效率;技术研究

1.前言

煤层气是存在煤层中的以甲烷为主的烃类气体，其存在形式主要以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中，可作为民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料。我国煤层气资源丰富，埋深2000m以上浅煤层气地质资源量约36万亿方，主要分布在华北和西北地区，煤层气最初开采为了防止“瓦斯爆炸”，但由于其具有储量资源丰富、高热值、环保性等特点，目前已成为世界各国战略资源。

2.煤层气与常规天然气不同点

相比于常规天然气，煤层气开采具有以下特点：首先是煤层气主要以吸附态赋存在煤岩基质中，需要进行降压开采，只有当地层压力达到解析压力时，煤层气才会从煤岩基质中释放出来;二是解听作用主要有降压解析、升温解析、置换解析和扩散解析，其中降压解析是最有效方法;三是煤层气生成过程中伴随大量水，通过排水工艺降低地层压力至解析压力;四是煤层气前期排水降压时间较长，采出水处理费用较大;五是煤层气单井产气量小于常规天然气井，开采寿命也远低于常规天然气井;六是煤层气很“脆弱”，影响产量因素很多，如井距、排水速度、压裂改造程度、生产制度等，有一项因素不合格，就会导致低产。

3 煤层气开发钻完井技术

3.1常规直井钻井

（1）裸眼完井

裸眼完井是钻头钻至煤层上部后，直接下入生产套管，然后固井，水泥返至地面，固井质量合格后，再钻穿煤层，进行裸眼完井。该完井技术适合质地软煤层，且一口井仅发育一套煤层。对于地层裂缝不发育煤层，可以采用低压水力压裂改造储层物性，提高气井产能。

（2）套管完井

钻头钻穿整套煤层后，进行全井段套管固井，再对煤层进行射孔、压裂改造等，排除钻井过程中钻井液对储层造成的污染，同时可以提高井眼周围裂缝的数量。该完井技术适用于发育多套煤层井，各套煤层间深度跨度大，可实施由下至上逐步射孔、压裂生产。若煤层中无水，可同时射开几个煤层同时开采。

（3）裸眼洞穴完井

將套管下到煤层顶部，利用特殊扩眼工具对煤层进行扩眼，达到煤层段内部形成一个大井径的腔体，可以使煤层气单井产量大幅度提高，一般可达到常规射孔煤层气井产量5～10倍，但这种完井技术对煤层地应力要求较严格，只有当地应力在2080～2359Psi之间，才能成功实施裸眼洞穴完井。

3.2水平井钻井

（1）常规水平井

水平井具有控制储量范围大、泄油面积广等特点，煤层气利用水平井开发主要目的是增大水平段与煤层接触面积，加快煤层气解吸作用，提高气井产量及开采速度。同时可以采用分支水平井技术，各分支可以在同一层内，也可以分布纵向上不同层位，方向并不需要水平的，但要和煤层走向一致，各分支相当于多条大裂缝，增大储量控制范围和泄压面积。

（2）羽状水平井

以羽毛状井组布井开采煤层气的方式称为羽状水平井，可以为分单羽毛井、三角羽毛井和四角羽毛井，其中单羽毛井和四羽毛井需要和直井配合采气，即直井与水平井轨迹A点相交，在直井中下电潜泵排水采气，而三羽毛水平井可直接下电潜泵排水采气。

（3）顶板水平井

对于煤质较脆煤层，直接压裂会导致煤层破碎，可对煤层顶部发育砂岩段中部署水平井，通过规模压裂形成垂向裂缝沟通煤层，然后采用排水降压工艺进行开采。

3.3 空气钻井

空气钻井是以压缩空气既作为循环介质又作为破碎岩石能量的一种欠平衡钻井技术，由于无液相存在，可以有效减少对煤层污染，能较容易钻过天然裂缝、溶洞等非正常地层。同时空气作为循环介质可彻底消除了井底压持效应，最大程度解放机械钻速，一般是常规钻井液机械钻速3～8倍。如一口1000m深井的井采用空气钻井，完井周期仅需6天，能大幅度减少钻井投资，提出经济效益（表1）。

3.4 U/V型井

U型井由1口直井与1口水平井组合而成，钻井时先钻直井，然后利用连续油管技术，采用高压水喷射在煤层中快速钻水平井主井眼，直井和水平井井眼相交，两者同时排水采气，实现控制储量范围内煤层整体泄压，达到提高产量目的。V型井由1口井与2口水平井组成，相当于2个U型井，开采效果更好。

5 结论

本文在对比煤层气和常规天然气开发特点基础上，对煤层气井常用的钻完井技术进行分析，包括常规直井钻井、水平井钻井、空气钻井、U/V型井等，其中顶板水平井技术、裸眼洞穴完井、U/V型井钻井技术具有较好推广意义，可为同行提供借鉴经验。

参考文献：

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[2]黄洪春，卢明，申瑞臣.煤层气定向羽状水平井钻井技术研究[J].天然气工业.2004（05）.

[3]乔磊，申瑞臣，黄洪春，王开龙，鲜保安，鲍清英.煤层气多分支水平井钻井工艺研究[J].石油学报.2007（03）.

作者简介：

马宗义，男，1990年5月出生甘肃天水，汉族，2021年10月毕业中国石油大学（北京），现于中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司西南采气厂。