煤層氣開采技術研究進展

佟?峰

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣開采技術研究進展

佟?峰

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣是煤在生成過程中產生的一種伴生產物，具有清潔環保的特點。目前來說，我國煤層氣資源主要集中于中高煤階含煤區，并且已經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主要是多分支水平井技術、U型水平井技術、V型水平井技術，欠平衡鉆井技術等，為進一步開發利用煤層氣奠定基礎。但是常會出現由于煤層氣排采設備選型設計不合理，而影響煤層氣順利開采的現象。

煤層氣；開采技術；因素；工藝

1、煤層氣開采機理

通常情況下，賦存于煤層當中的天然氣主要呈現出游離、吸附和溶解這三種狀態，所存在的少量游離氣大多附吸在煤的表面之上。當煤層的壓力降低至煤層氣解吸壓力的臨界值的時候，CH4就會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現擴散，進而到達裂縫網絡當中，再經過其流入井筒。煤層氣井主要包括了三個生產階段：其一，脫水降壓階段，時間可能會持續幾天到數月不等；其二，穩定生產階段，產氣量相對較為穩定，是產氣的高峰階段；其三，氣產量下降階段，壓力下降，出少量或微量水。

2、煤層氣開采技術的影響因素

我國煤層氣的地質構造較為復雜，因此影響煤層氣開采技術的首要因素即是地質因素，主要體現在煤層地質的特點上。一是煤層的厚度與埋深等對排采設備的能力和質量要求較高。二是地質構造條件的影響。三是地層含水性對煤層氣開采技術與設備的影響。四是煤儲層的孔滲特征也對煤層氣開采技術與設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

3.1 提高煤層滲透率手段

3.1.1 ?儲層保護。現階段，國外所采用的都是空氣鉆井，然而由于我國煤層氣相關研究較晚，目前所采用的是泥漿，對地層通常會造成較為嚴重的傷害，因此要做好對儲層的保護。

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

3.1.3 ?水力壓裂的優勢。煤層氣壓裂技術是對油氣井壓裂技術的改進和應用。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，以遠超煤層吸收能力的速度把粘度相對較高的介質注入煤層，這樣能顯著提高煤層的壓力。由于粘度介質的注入能夠有效的克服煤巖自身強度以積極地層應力，沖破煤層井筒四周薄弱的地方，形成若干裂縫，隨著介質持續注入能夠有效的增大裂縫，當裂縫增大到一定程度形成裂縫系統，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不同位置分別鉆出多個分支水平井眼。在進行鉆井的過程中，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不同位置開鉆多個分支井眼，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，其水平井的遠端與洞穴井連通。在高陡構造中，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，將其設計為沿煤層的U型定向斜井，即沿煤層段設計一段平行于煤層的斜直段，隨后進行直井鉆探，其必須在斜井段之前完井，接著直井與斜井會在煤層段連通。

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端與同一口洞穴井連通的井。兩口水平井之間會呈一定的夾角，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層的下傾方向施工完水平井段之后與直井洞穴位置進行遠端對接，最后下入50mm的PE連續篩管完井。排采中，地層流體會通過兩個水平井眼流向同一排采直井井筒內，增加煤層氣的泄流面積，產生更大的經濟效益。

3.2.4 ?欠平衡鉆井。我國煤儲層存在低壓、低滲的特點，在開發過程中為了保護儲層，因此不宜采用常規的過平衡鉆井技術。充氣鉆井液是將氣體注入鉆井液內形成以氣體為離散相、液體為連續相的體系。它主要的適用范圍是地層壓力系數小于1.0的儲層，而且不受地層大量出水的影響，其保護儲層的機理是通過在鉆井液中充氣以減少其當量密度，從而降低液柱對井底的壓力，最后達到在井底形成負壓差以實現欠平衡鉆井。

3.2.5 ?氣動潛孔錘鉆井。氣動潛孔錘鉆井，在目前的煤層氣鉆井中得到了廣泛的應用，其動力為壓縮空氣，借以驅動沖擊器內的活塞進行高頻的往復運動，產生的動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，即一套應用在煤層中的超短半徑自進式水平鉆井系統。在垂直煤層氣井內它能夠以300mm超短半徑從垂直轉向水平方向。超短半徑水力噴射鉆井首先在垂直的煤層內采用機械或高壓水射流進行擴孔，然后下入轉向器，在300mm的曲率半徑內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向水平。

綜上所述，煤層氣是一種優質且潔凈的新能源，具有較高的利用價值，不僅會提高能源的利用率，而且還顯著的降低了對環境產生污染的情況，對其進行合理的開發與利用對于社會的健康發展具有十分重要的現實意義。然而，由于我國對煤層氣開采利用的研究起步時間較晚，在工藝技術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予以進一步的研所，從而提高對能源的開采率和利用率。

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

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