煤層氣多分支水平井鉆井關鍵技術研究

李國紅+孟紅偉

摘 要 煤層氣開發中，多分支水平井鉆井技術是最為有效技術之一，不但使單井的產量得到提高，而且使鉆井的綜合成本進一步降低，備受勘探部門青睞。但同時多分支水平井鉆井作為一項系統工程，其具有較大的施工難度和較高的技術要求，需要勘探單位加快多分支水平井鉆井技術探討，盡早實現煤層氣的大規模開發。

關鍵詞 煤層氣；多分支水平井；鉆井技術

中圖分類號 TD84 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）05-0037-02

我國具有非常豐富的煤層氣資源，不過現如今我國煤層氣僅有30%的利用率。想要實現煤層氣的產業化開采，多分支水平井發揮著重要作用。在鉆探過程中，煤層破裂、坍塌等問題時有發生，對井壁的穩定性產生一定影響。煤層經常出現垮塌和破碎的主要原因是大量的割理存在于煤層中。現如今，我國需要通過有效措施解決上述關鍵技術問題，從而實現煤層氣產業化發展。

1 煤層氣多分支水平井的主要特點

在煤層氣水平井鉆井過程中，通常是將常規的天然氣鉆井技術應用其中，不過相比于常規天然氣，煤層氣具有不同的排采方式和儲藏性質，因此，多分支水平井具有以下特點。

1）目的層段具有較多的分支和進尺。由于煤儲層具有較低的滲透率和地層壓力，所以，想要使煤層氣的產量大幅提高，需要將更多的排氣通道和滲濾面積設置在水平井內，這就導致煤層段具有較多的分支鉆井，一般情況下主分支為1～2個，將6～8個分支鉆在主分支的兩側，而煤層段的累計進尺一般要大于4 000m。

2）主井眼和分支井眼具有較小尺寸。因為煤層具有較差的強度和膠結程度，垮塌現象容易在煤層中出現。通過分析研究國內外的多分支水平井鉆井經驗能夠看出，井眼偏小能夠防止出現煤層坍塌事故。

3）開發目的層比較單一，而且是水平面多分支。煤層氣的開發一般是通過多分支的水平井鉆井技術來完成的，現如今開發主力煤層是首選，會有很多分支出現在某個單一層相似的水平面上，但它并不等于油井在2個以上的層位鉆出的多分支。

4）運用裸眼完井的方式。一般情況下，會采取裸眼完井的方式進行煤層氣的多分支水平井施工，主要原因如下：（1）煤層氣和煤炭通常是在一個區域進行開采開發，國家對于煤層氣的開采提出了一些要求，必須先采氣再采煤，實現氣煤開采一體化，但是采煤過程中，不允許有采氣用的金屬套管存在于煤層中；（2）由于完井技術對其的限制，完井的篩管或套管很那下入分支井內。

5）運用成對的1+1式井組連通鉆井的工藝。在完成鉆井以后，一般要通過排水降壓的方式解析煤層氣，從而使氣體產生。由于煤層氣的多分支水平井具有特殊的工藝，因此，在產氣和排水時需要專門的排采直井完成，同時要求直井連通水平井。所以，一般需要先將一個排采直井設置在煤層氣的多分支水平井中，隨后將水平井在合適位置進行打鉆，要確保直井連通著水平井，隨后再進行多分支的水平井打鉆。

2 多分支水平開發煤層氣的優勢

多分支水平井開發與水力壓裂增產技術以及常規直井的鉆井技術相比，能夠使地質局限性的缺點有效規避，其具有以下明顯的優勢。

1）對煤層的傷害大幅減少。利用常規垂直井鉆井方式進行施工后，不但需要進行固井，還需要改造水力壓裂，煤層會在各個環節受到不同的傷害，而且很難恢復所受傷害。通過多分支水平井鉆井技術不但能夠使鉆井液對煤層的傷害大幅降低，而且確保與工程要求相符合。

2）具有較高的單井產量和較高的經濟效益。通過多分支水平井鉆井技術的應用，能夠使開發區域內的鉆井數量大幅減少，降低鉆井的材料消耗，節約大量投入資金，單井不常規直井的產量高出4—9倍左右，采出程度也比直井高3倍。

3）能夠使導流能力大幅提高。壓裂的裂縫不管有多長的長度，都具有較大的流動阻力，相比于割理系統，水平井內流體的流動阻力相對較小。

4）使解析波及面積增大。在煤層中，多分支水平井的分布呈網狀，分割煤層使其成為眾多連續的狹長條帶，進而使煤層氣的供給范圍大大增加。

5）具有較小的占地面積。相比于常規井，多分支水平井的井場只需其1/3的面積，而且能夠便捷的開發山地、建筑物以及河流下的煤層氣。

3 煤層氣多分支水平井鉆井技術分析

煤層氣多分支水平井是綜合運用多種先進的鉆井技術，其中鉆井技術包括以下幾種。

1）直井裸眼的造穴技術。煤層氣排采所需的生產井被稱為直井，要確保工藝井連通直井。施工人員要將造穴技術運用到直井煤層施工中，其具有以下過程：將一個玻璃鋼套管下放到直井完井套管的煤層處進行固井，將造穴工具下入到割刀割斷的玻璃鋼套管處，在煤層段位置進行造穴，施工人員要清洗干凈井眼，在煤層的底部填入砂。現行的造穴方式分為兩種，一種是機械造穴，另一種是水利噴射的射流造穴。

2）欠平衡的鉆井技術。通過欠平衡的鉆井技術的應用，不但可以對產層起到保護作用，而且能夠使速度加快，給煤屑的攜帶提供便利，一般需要在水平井的中間注入另外一口井的氣體，從而達到環空的氣液混合，同時使液柱的壓力有效降低，在煤層氣多分支的水平井中才可能出現上述情況。

3）懸空的側鉆技術。分支的井眼在水平主井的井眼上鉆取，在側鉆過程中沒有水泥塞或導斜器作依托。所以，想要將各個分支在定點的水平測進行鉆取，需要認真分析側鉆點選擇和工具面擺放，全面判斷技術參數以及操作控制措施。

4）水平井井眼的軌跡控制技術。相比于一般的水平井井眼的軌跡控制，煤層氣多分支水平井更加的精確，主要有以下原因：（1）具有較淺的煤層，排采井與工藝井具有較近的距離，水平井基本接近短半徑；（2）制導需要通過穿針進行精確控制；（3）需要按照設計要求對主支和分支進行連通，確保其具有一定的角度，從而確保有較廣的控制面積。

5）井眼達到連通技術。在國內，該技術又被叫作穿針技術，主支和分支的鉆井需要等水平井眼進入到煤層并連通排采直井后進行，同時需要以精確的制導技術作支撐進行鉆進。目前，這項技術的所有權在美國，該技術中的RMRS系統技術精確定位設備，一般在對井內幾十米外的磁場信號進行探測時通過旋轉磁性接頭完成，將一個有線探管下放到目標井內，從而將磁場的方向和強度測量出來。在對鉆頭和洞穴間的相對位置進行判斷時要全面分析測量的數據，在連通前有效地調整軌跡，從而確保井內連通。

6）井身結構和井眼軌跡優化的設計技術。一般情況下，煤層氣井都相對較淺，工藝井井口和排采直井之間要控制適當的距離，另外分支的數量和方向需要根據煤層的展布和地質的構造情況進行確定。所以，不斷優化井眼的軌跡、井身的結構以及分支井底的形狀就顯得尤為重要。

7）小井眼的鉆井技術。煤層氣多分支水平井在鉆進施工時，其鉆頭型號為120.65mm和152.4mm的，在鉆進過程中，使用小井眼和長裸眼時，要對小鉆頭、小螺桿以及小鉆具使用的壽命進行綜合考慮，同時有效解決井眼清潔和壓力的判斷、加壓和循環控制等方面問題。不過在實際施工中，有很多工藝技術需要應用其中，通過對配套設備也具有較高的要求，例如要將頂驅裝配在鉆機上，將井控的設備安裝在空氣欠平衡鉆井，特備是對液氣的分離器及旋轉的控制頭進行正確安裝。

4 結論

總之，我國今后發展的重要戰略就是新能源開發和低碳經濟發展，煤層氣具有廣闊的開發前景。通過多分支水平井鉆井技術開發煤層氣，其具有較低的綜合成本、較高的產量、較好的經濟效益以及較快的產出等特點，而且具有較小的占地面積，能夠使生態環境得到保護，最終實現一體化開采氣煤。不過仍有很多問題存在于多分支水平井的實施中，相關部門需要對煤層氣多分支水平井鉆井技術加強研究，使技術難題得到破解，進而推動新能源的廣泛應用。

參考文獻

[1]王永昌，蘇士波，李武生.煤層氣多分支水平井鉆井工藝研究[J].天然氣與石油，2013，31（5）：58-61.