王湘君（天津市大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300000）

國內(nèi)煤層氣開采技術(shù)的分析研究

王湘君（天津市大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300000）

作為一種新型清潔能源，煤層氣越來越引起人們的重視。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合近些年國內(nèi)山西沁水盆地、內(nèi)蒙古鄂爾多斯盆地煤層氣的成功開發(fā)利用，對(duì)現(xiàn)階段煤層氣的開采技術(shù)進(jìn)行了全面的概括和總結(jié)。

煤層氣；U型井；V型井；欠平衡；氣動(dòng)潛孔錘

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，我國的煤層氣儲(chǔ)量約為36.81萬億m3，與陸上常規(guī)天然氣資源量大致相當(dāng)。在目前煤層氣的開發(fā)過程中，主要采用兩種方式：一是直井壓裂，二是水平井技術(shù)，包括多分支水平井、U型水平井、V型水平井等。

為了能夠緩解我國常規(guī)油氣供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀，同時(shí)改善煤礦安全生產(chǎn)條件，減少瓦斯爆炸事故的產(chǎn)生，因此有必要對(duì)目前煤層氣的開采技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，從而能夠在此基礎(chǔ)上完善開采技術(shù)并開發(fā)出適用于國內(nèi)煤層氣儲(chǔ)層狀況的開采新技術(shù)。從我國部分礦區(qū)所得理論采收率來看，其數(shù)值的變化范圍基本維持在7%～73%，平均大概在28%。如圖1

圖1 我國各地方礦區(qū)煤層氣理論采收率

1 煤層氣開采機(jī)理

煤層氣的開采，主要是通過抽排煤儲(chǔ)層的承壓水，降低煤儲(chǔ)層的壓力，從而能夠使煤層中吸附的甲烷發(fā)生解吸，轉(zhuǎn)化為為大量的游離態(tài)甲烷并在地層與井筒壓差作用下運(yùn)移至井口。在煤層氣開始排采后，通過地面設(shè)備，井筒中的液面下降，因此在井筒和煤層之間形成壓力差，從而使地下水在壓力差的作用下由煤儲(chǔ)層流向井口，直至煤層各點(diǎn)儲(chǔ)層壓力保持恒定，此時(shí)解吸停止，產(chǎn)氣也就終止。根據(jù)所形成的壓降漏斗體積，結(jié)合Langmuir方程，便可以求出該井能產(chǎn)出的煤層氣總量。

2 煤層氣鉆井技術(shù)

2.1 多分支水平井

煤層氣多分支水平井，也被稱為羽狀分支井，在目前的多分支水平井中，布井方式主要分為單羽狀、多羽狀、三羽狀和四羽狀等。單羽狀多分支水平井由一口水平井和一口抽排直井組成。雙羽狀多分支水平井由兩口羽狀多分支水平井和兩口抽排井組成。以此類推，多羽狀分支水平井能夠使井?dāng)?shù)和井場(chǎng)數(shù)逐漸減少，成本進(jìn)一步降低，在目前油氣市場(chǎng)低迷的情況下，有較好的應(yīng)用前景。

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(yuǎn)端與洞穴井連通。由以上工藝可得，U型斜井是沿煤層傾向從高端向低端鉆進(jìn)，則有效的排水采氣井眼是位于煤層中的斜直井段，排水階段煤層水很容易依靠重力作用排到直井的井底，再經(jīng)過排采設(shè)備抽排到地面。煤層氣的這種U型斜井結(jié)構(gòu)，充分利用了傾斜煤層水的重力優(yōu)勢(shì)，而且有利于排水[4]。

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(yuǎn)端與同一口洞穴井連通的井。兩口水平井之間會(huì)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(duì)接段造穴，隨后兩口水平井分別沿儲(chǔ)層的下傾方向施工完水平井段之后與直井洞穴位置進(jìn)行遠(yuǎn)端對(duì)接，最后下入50mm的PE連續(xù)篩管完井[5]。在實(shí)際排采過程中，地層流體會(huì)通過兩個(gè)水平井眼流向同一排采直井井筒內(nèi)，增加了煤層氣的泄流面積，相對(duì)于U型井其能夠產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

2.4 欠平衡鉆井

欠平衡鉆井技術(shù)，在上個(gè)世紀(jì)90年代出現(xiàn)并迅速發(fā)展，其與水平井、分支井及小井眼技術(shù)的結(jié)合越來越多。在2007年，在山西沁水盆地的FP1-1井，國內(nèi)首次應(yīng)用油管注氣實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井形成煤層氣多分支水平井[7]，該多分支水平井填補(bǔ)了我國煤層氣欠平衡鉆井技術(shù)的空白。

2.5 氣動(dòng)潛孔錘鉆井

氣動(dòng)潛孔錘鉆井，在動(dòng)力頭的帶動(dòng)下，鉆頭能夠在井底不斷地改變沖擊位置形成圓形井筒。氣動(dòng)潛孔錘鉆井以鉆頭沖擊破碎巖石取代了切削巖石，以動(dòng)載沖擊替代了靜載研磨，以巖石的體積破碎替代了研磨剪切破碎。在2006年，我國首次用TSJ-2000型水源鉆機(jī)在山西沁水的樊莊區(qū)進(jìn)行氣動(dòng)潛孔錘空氣鉆井[8],為我國煤層氣井氣動(dòng)潛孔錘技術(shù)作出了重大突破。

2.6 超短半徑水力噴射鉆井

該鉆井技術(shù)具有以下作用：增大了煤層暴露面積，提高了煤層氣產(chǎn)量；增大井距，減少鉆井?dāng)?shù)及費(fèi)用；克服了傳統(tǒng)的定向鉆井垂直孔不能重復(fù)利用的缺點(diǎn)；能夠溝通煤層裂隙，提高煤層的滲透性，增加煤層氣的產(chǎn)量。

煤層氣藏為自生自儲(chǔ)型氣藏,它有自己獨(dú)特的性質(zhì),不能完全按照油氣勘探開發(fā)的方法對(duì)其進(jìn)行開發(fā)，煤層氣排采機(jī)理為抽排煤層承壓水，降低煤儲(chǔ)層壓力，促使吸附態(tài)甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷并在地層壓力和井筒壓力差的作用下運(yùn)移至井口。煤層氣水平井開采煤層氣主要分為多分支水平井、U型水平井、V型水平井,欠平衡鉆井，氣動(dòng)潛孔錘鉆井，超短半徑水力噴射等。不同的水平井類型有不同的適應(yīng)條件，具體在實(shí)際操作過程中，要根據(jù)不同的地質(zhì)實(shí)際情況選擇不同的井型。

[1]王洪亮.煤層氣V型井套管完井固井工藝探索[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(2014年08):107-108.

[2]蘇俊.煤層氣勘探開發(fā)與技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社, 2011

王湘君（1975-），女，漢，吉林省吉林市，天津市大港油田勘探開發(fā)研究院，工程師，大本，研究方向：油田開發(fā)地質(zhì)等。