国内煤层气开采技术的分析研究

王湘君（天津市大港油田勘探开发研究院，天津 300000）

国内煤层气开采技术的分析研究

王湘君（天津市大港油田勘探开发研究院，天津 300000）

作为一种新型清洁能源，煤层气越来越引起人们的重视。本文在文献调研的基础上，结合近些年国内山西沁水盆地、内蒙古鄂尔多斯盆地煤层气的成功开发利用，对现阶段煤层气的开采技术进行了全面的概括和总结。

煤层气；U型井；V型井；欠平衡；气动潜孔锤

据统计资料，我国的煤层气储量约为36.81万亿m3，与陆上常规天然气资源量大致相当。在目前煤层气的开发过程中，主要采用两种方式：一是直井压裂，二是水平井技术，包括多分支水平井、U型水平井、V型水平井等。

为了能够缓解我国常规油气供应紧张的现状，同时改善煤矿安全生产条件，减少瓦斯爆炸事故的产生，因此有必要对目前煤层气的开采技术进行总结，从而能够在此基础上完善开采技术并开发出适用于国内煤层气储层状况的开采新技术。从我国部分矿区所得理论采收率来看，其数值的变化范围基本维持在7%～73%，平均大概在28%。如图1

图1 我国各地方矿区煤层气理论采收率

1 煤层气开采机理

煤层气的开采，主要是通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层的压力，从而能够使煤层中吸附的甲烷发生解吸，转化为为大量的游离态甲烷并在地层与井筒压差作用下运移至井口。在煤层气开始排采后，通过地面设备，井筒中的液面下降，因此在井筒和煤层之间形成压力差，从而使地下水在压力差的作用下由煤储层流向井口，直至煤层各点储层压力保持恒定，此时解吸停止，产气也就终止。根据所形成的压降漏斗体积，结合Langmuir方程，便可以求出该井能产出的煤层气总量。

2 煤层气钻井技术

2.1 多分支水平井

煤层气多分支水平井，也被称为羽状分支井，在目前的多分支水平井中，布井方式主要分为单羽状、多羽状、三羽状和四羽状等。单羽状多分支水平井由一口水平井和一口抽排直井组成。双羽状多分支水平井由两口羽状多分支水平井和两口抽排井组成。以此类推，多羽状分支水平井能够使井数和井场数逐渐减少，成本进一步降低，在目前油气市场低迷的情况下，有较好的应用前景。

2.2 U型水平连通井

U型井，即U型水平连通井，其水平井的远端与洞穴井连通。由以上工艺可得，U型斜井是沿煤层倾向从高端向低端钻进，则有效的排水采气井眼是位于煤层中的斜直井段，排水阶段煤层水很容易依靠重力作用排到直井的井底，再经过排采设备抽排到地面。煤层气的这种U型斜井结构，充分利用了倾斜煤层水的重力优势，而且有利于排水[4]。

2.3 V型水平井

V型井，即V型水平连通井，由两口以上水平井远端与同一口洞穴井连通的井。两口水平井之间会呈一定的夹角，它们共用一口排采直井。在钻井的过程中，首先钻直井并在对接段造穴，随后两口水平井分别沿储层的下倾方向施工完水平井段之后与直井洞穴位置进行远端对接，最后下入50mm的PE连续筛管完井[5]。在实际排采过程中，地层流体会通过两个水平井眼流向同一排采直井井筒内，增加了煤层气的泄流面积，相对于U型井其能够产生更大的经济效益[6]。

2.4 欠平衡钻井

欠平衡钻井技术，在上个世纪90年代出现并迅速发展，其与水平井、分支井及小井眼技术的结合越来越多。在2007年，在山西沁水盆地的FP1-1井，国内首次应用油管注气实现欠平衡钻井形成煤层气多分支水平井[7]，该多分支水平井填补了我国煤层气欠平衡钻井技术的空白。

2.5 气动潜孔锤钻井

气动潜孔锤钻井，在动力头的带动下，钻头能够在井底不断地改变冲击位置形成圆形井筒。气动潜孔锤钻井以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石，以动载冲击替代了静载研磨，以岩石的体积破碎替代了研磨剪切破碎。在2006年，我国首次用TSJ-2000型水源钻机在山西沁水的樊庄区进行气动潜孔锤空气钻井[8],为我国煤层气井气动潜孔锤技术作出了重大突破。

2.6 超短半径水力喷射钻井

该钻井技术具有以下作用：增大了煤层暴露面积，提高了煤层气产量；增大井距，减少钻井数及费用；克服了传统的定向钻井垂直孔不能重复利用的缺点；能够沟通煤层裂隙，提高煤层的渗透性，增加煤层气的产量。

煤层气藏为自生自储型气藏,它有自己独特的性质,不能完全按照油气勘探开发的方法对其进行开发，煤层气排采机理为抽排煤层承压水，降低煤储层压力，促使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并在地层压力和井筒压力差的作用下运移至井口。煤层气水平井开采煤层气主要分为多分支水平井、U型水平井、V型水平井,欠平衡钻井，气动潜孔锤钻井，超短半径水力喷射等。不同的水平井类型有不同的适应条件，具体在实际操作过程中，要根据不同的地质实际情况选择不同的井型。

[1]王洪亮.煤层气V型井套管完井固井工艺探索[J].中国石油和化工标准与质量,2014(2014年08):107-108.

[2]苏俊.煤层气勘探开发与技术[M].北京：石油工业出版社, 2011

王湘君（1975-），女，汉，吉林省吉林市，天津市大港油田勘探开发研究院，工程师，大本，研究方向：油田开发地质等。