煤层气多分支水平井钻井关键技术研究

李国红+孟红伟

摘 要 煤层气开发中，多分支水平井钻井技术是最为有效技术之一，不但使单井的产量得到提高，而且使钻井的综合成本进一步降低，备受勘探部门青睐。但同时多分支水平井钻井作为一项系统工程，其具有较大的施工难度和较高的技术要求，需要勘探单位加快多分支水平井钻井技术探讨，尽早实现煤层气的大规模开发。

关键词 煤层气；多分支水平井；钻井技术

中图分类号 TD84 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0037-02

我国具有非常丰富的煤层气资源，不过现如今我国煤层气仅有30%的利用率。想要实现煤层气的产业化开采，多分支水平井发挥着重要作用。在钻探过程中，煤层破裂、坍塌等问题时有发生，对井壁的稳定性产生一定影响。煤层经常出现垮塌和破碎的主要原因是大量的割理存在于煤层中。现如今，我国需要通过有效措施解决上述关键技术问题，从而实现煤层气产业化发展。

1 煤层气多分支水平井的主要特点

在煤层气水平井钻井过程中，通常是将常规的天然氣钻井技术应用其中，不过相比于常规天然气，煤层气具有不同的排采方式和储藏性质，因此，多分支水平井具有以下特点。

1）目的层段具有较多的分支和进尺。由于煤储层具有较低的渗透率和地层压力，所以，想要使煤层气的产量大幅提高，需要将更多的排气通道和渗滤面积设置在水平井内，这就导致煤层段具有较多的分支钻井，一般情况下主分支为1～2个，将6～8个分支钻在主分支的两侧，而煤层段的累计进尺一般要大于4 000m。

2）主井眼和分支井眼具有较小尺寸。因为煤层具有较差的强度和胶结程度，垮塌现象容易在煤层中出现。通过分析研究国内外的多分支水平井钻井经验能够看出，井眼偏小能够防止出现煤层坍塌事故。

3）开发目的层比较单一，而且是水平面多分支。煤层气的开发一般是通过多分支的水平井钻井技术来完成的，现如今开发主力煤层是首选，会有很多分支出现在某个单一层相似的水平面上，但它并不等于油井在2个以上的层位钻出的多分支。

4）运用裸眼完井的方式。一般情况下，会采取裸眼完井的方式进行煤层气的多分支水平井施工，主要原因如下：（1）煤层气和煤炭通常是在一个区域进行开采开发，国家对于煤层气的开采提出了一些要求，必须先采气再采煤，实现气煤开采一体化，但是采煤过程中，不允许有采气用的金属套管存在于煤层中；（2）由于完井技术对其的限制，完井的筛管或套管很那下入分支井内。

5）运用成对的1+1式井组连通钻井的工艺。在完成钻井以后，一般要通过排水降压的方式解析煤层气，从而使气体产生。由于煤层气的多分支水平井具有特殊的工艺，因此，在产气和排水时需要专门的排采直井完成，同时要求直井连通水平井。所以，一般需要先将一个排采直井设置在煤层气的多分支水平井中，随后将水平井在合适位置进行打钻，要确保直井连通着水平井，随后再进行多分支的水平井打钻。

2 多分支水平开发煤层气的优势

多分支水平井开发与水力压裂增产技术以及常规直井的钻井技术相比，能够使地质局限性的缺点有效规避，其具有以下明显的优势。

1）对煤层的伤害大幅减少。利用常规垂直井钻井方式进行施工后，不但需要进行固井，还需要改造水力压裂，煤层会在各个环节受到不同的伤害，而且很难恢复所受伤害。通过多分支水平井钻井技术不但能够使钻井液对煤层的伤害大幅降低，而且确保与工程要求相符合。

2）具有较高的单井产量和较高的经济效益。通过多分支水平井钻井技术的应用，能够使开发区域内的钻井数量大幅减少，降低钻井的材料消耗，节约大量投入资金，单井不常规直井的产量高出4—9倍左右，采出程度也比直井高3倍。

3）能够使导流能力大幅提高。压裂的裂缝不管有多长的长度，都具有较大的流动阻力，相比于割理系统，水平井内流体的流动阻力相对较小。

4）使解析波及面积增大。在煤层中，多分支水平井的分布呈网状，分割煤层使其成为众多连续的狭长条带，进而使煤层气的供给范围大大增加。

5）具有较小的占地面积。相比于常规井，多分支水平井的井场只需其1/3的面积，而且能够便捷的开发山地、建筑物以及河流下的煤层气。

3 煤层气多分支水平井钻井技术分析

煤层气多分支水平井是综合运用多种先进的钻井技术，其中钻井技术包括以下几种。

1）直井裸眼的造穴技术。煤层气排采所需的生产井被称为直井，要确保工艺井连通直井。施工人员要将造穴技术运用到直井煤层施工中，其具有以下过程：将一个玻璃钢套管下放到直井完井套管的煤层处进行固井，将造穴工具下入到割刀割断的玻璃钢套管处，在煤层段位置进行造穴，施工人员要清洗干净井眼，在煤层的底部填入砂。现行的造穴方式分为两种，一种是机械造穴，另一种是水利喷射的射流造穴。

2）欠平衡的钻井技术。通过欠平衡的钻井技术的应用，不但可以对产层起到保护作用，而且能够使速度加快，给煤屑的携带提供便利，一般需要在水平井的中间注入另外一口井的气体，从而达到环空的气液混合，同时使液柱的压力有效降低，在煤层气多分支的水平井中才可能出现上述情况。

3）悬空的侧钻技术。分支的井眼在水平主井的井眼上钻取，在侧钻过程中没有水泥塞或导斜器作依托。所以，想要将各个分支在定点的水平测进行钻取，需要认真分析侧钻点选择和工具面摆放，全面判断技术参数以及操作控制措施。

4）水平井井眼的轨迹控制技术。相比于一般的水平井井眼的轨迹控制，煤层气多分支水平井更加的精确，主要有以下原因：（1）具有较浅的煤层，排采井与工艺井具有较近的距离，水平井基本接近短半径；（2）制导需要通过穿针进行精确控制；（3）需要按照设计要求对主支和分支进行连通，确保其具有一定的角度，从而确保有较广的控制面积。

5）井眼达到连通技术。在国内，该技术又被叫作穿针技术，主支和分支的钻井需要等水平井眼进入到煤层并连通排采直井后进行，同时需要以精确的制导技术作支撑进行钻进。目前，这项技术的所有权在美国，该技术中的RMRS系统技术精确定位设备，一般在对井内几十米外的磁场信号进行探测时通过旋转磁性接头完成，将一个有线探管下放到目标井内，从而将磁场的方向和强度测量出来。在对钻头和洞穴间的相对位置进行判断时要全面分析测量的数据，在连通前有效地调整轨迹，从而确保井内连通。

6）井身结构和井眼轨迹优化的设计技术。一般情况下，煤层气井都相对较浅，工艺井井口和排采直井之间要控制适当的距离，另外分支的数量和方向需要根据煤层的展布和地质的构造情况进行确定。所以，不断优化井眼的轨迹、井身的结构以及分支井底的形状就显得尤为重要。

7）小井眼的钻井技术。煤层气多分支水平井在钻进施工时，其钻头型号为120.65mm和152.4mm的，在钻进过程中，使用小井眼和长裸眼时，要对小钻头、小螺杆以及小钻具使用的寿命进行综合考虑，同时有效解决井眼清洁和压力的判断、加压和循环控制等方面问题。不过在实际施工中，有很多工艺技术需要应用其中，通过对配套设备也具有较高的要求，例如要将顶驱装配在钻机上，将井控的设备安装在空气欠平衡钻井，特备是对液气的分离器及旋转的控制头进行正确安装。

4 结论

总之，我国今后发展的重要战略就是新能源开发和低碳经济发展，煤层气具有广阔的开发前景。通过多分支水平井钻井技术开发煤层气，其具有较低的综合成本、较高的产量、较好的经济效益以及较快的产出等特点，而且具有较小的占地面积，能够使生态环境得到保护，最终实现一体化开采气煤。不过仍有很多问题存在于多分支水平井的实施中，相关部门需要对煤层气多分支水平井钻井技术加强研究，使技术难题得到破解，进而推动新能源的广泛应用。

参考文献

[1]王永昌，苏士波，李武生.煤层气多分支水平井钻井工艺研究[J].天然气与石油，2013，31（5）：58-61.