煤层气开发老区L型加密水平井钻井及排采技术研究

＊陶占盛

（1.北京化工大学 北京 100029 2.山西兰花煤层气有限公司 山西 048000）

煤层气开采前期主要采用的是直井/定向井，而直井/定向井在实施过程中因井间距大、钻机技术水平低、储层保护措施不当等因素，造成大量的直井/定向井单井日产量远低于设计产能，煤层气产能得不到充分利用。但这些井的相关配套措施，如电网、管网、道路等，都已经完成，大量资金已经投入。因此，急需对低产能井所在的区域进行改造，提高低产井的产量，也有效提升区域的采收率。

通过分析认为，前期大部分直井/定向井虽然经过了长时间的排采，井间没有建立有效的井间干扰，这是造成这些井产量低的主要原因。在此基础上，笔者提出了老区加密井的概念，在这些低产的老井之间增加加密L型水平井，利用现在成熟的L型水平井技术建立各个单井之间的井间干扰，实现区域整体降压，实现单井的产气量的提升和采收率的提高，从两个方面提升区块的整体采收率。

1.地质布井

直井/定向井通过压裂改造的方式提高产气量是煤层气早期运用最普遍的一种开发方式。但在布井的时候往往忽略了一个重要的信息，就是煤层中的端割理和面割理有着不同的渗透率。图1和图2分别从实物和理想状态下进行了渗透率对比，通过对比可以看出面割理与端割理之间渗透率差别高达100倍。关键因素。图3显示沁水盆地3口井煤层主裂缝方向为北东方向，所以在沁水盆地水平井布井时水平段方向与主裂缝方向需存在一定夹角，避免水平段方向与主裂缝方向平行。

图1 煤层割理示意图煤层主裂缝方向是水平井及加密水平井布井时的

图2 煤层不同割理渗透率图

图3 沁水盆地三口井压裂裂缝监测图

根据国外煤层气开发现状调研，国外煤层气田井网的井距主要在400～800m（见表1）。我国煤层气开发早期受到国外煤层气开发井间距及压裂影响半径的影响，直井/定向井的井间距一般为250～300m。

表1 各大型煤气田布井间距一览表

通过对早期煤层气井的研究表明，在井间距250～300m时，井网之间未达到耦合降压的效果，整体产气量效果不太理想。

通过上述不同方向上的渗透率的对比及主裂缝方向的分析，结合三种不同布井方式产气量模拟曲线（见图4），可以清楚地看到，b型布井方式（顺着主裂缝方向延长井间距）的产气量较高，且稳产时间较长。

图4 不同布井方式下的产量对比图

通过以上对井间距、煤层主裂缝方向及产气量情况分析，在加密水平井布井时，应充分考虑以下因素：

（1）加密水平井水平段方向应尽可能与主裂缝方向垂直。若无法满足垂直情况时，应保证水平段方向与主裂缝方向保持一定夹角；

（2）充分利用现有井场，尽量减少钻前工程投入；

（3）因受早期压裂影响，煤层破碎，加密井成井比较困难，煤层段不宜太长。

2.钻井难点

由于加密井需要穿越压裂和已经排采过的区域，煤层的原始地层应力结构已经被改变。水平段钻进时井壁不稳和煤层坍塌是加密井钻井的主要技术难点。另外煤层保护也是加密井应该考虑的一个主要因素。

(1)钻井液

从力学方面来讲，当钻井液密度大于地层破裂压力当量密度或者小于地层坍塌压力当量密度，井壁岩石就会失去平衡，造成井壁的崩裂或者垮塌。煤层气井井壁失稳是内因和外因两方面共同导致的。内因为煤储层机械结构松软破碎且含有易水化的黏土矿物等自身地质条件。外因是钻井液安全密度窗口决定的，即钻井液密度要限制在地层破裂和地层垮塌当量密度的范围内。加密井在三开水平段采用胍胶泥浆钻井液体系，该钻井液体系易于控制钻井液密度并将其限制在地层破裂和地层垮塌当量密度的范围内，有效地防止煤层坍塌。

胍胶钻井液体系中添加的Clay Treat 3C是一种高效的黏土稳定剂，可防止煤层中黏土膨胀和运移达到稳定地层的作用，其防膨效果优于KCl。

通过防膨性能测试，进行静态黏土稳定性实验，测试液体有清水、1L/m3Clay Treat 3C、2% KCl三种。其测试结果如表2。

表2 黏土稳定性实验数据表

钻进过程中保持钻井液良好的抑制性，以抑制地层造浆，注意防止井漏及泥岩因水化膨胀而产生的坍塌，以及由于岩性破碎而导致泥页岩剥落掉块。进入煤层后严格控制固相含量，尽可能减小对煤层的损害，同时由于煤体结构破坏严重，因此煤层中钻进时钻井液首先在确保安全钻进、确保井孔质量的前提下尽量采用低密度泥浆钻进。原则上钻进煤层时的井液密度尽量不超过地层破裂和地层垮塌当量密度的范围，从而达到稳定井壁的目的。

(2)煤层保护

造成储层污染的因素也包括内因和外因，内因为煤储层具有裂隙性和敏感性，机械强度弱，外因主要为钻井液液柱压力以及钻井液与煤层流体的不配伍性。

胍胶钻井液体系是从植物提取的胍胶为主体，配以一定比例的杀菌剂及黏土稳定剂组成的无固相钻井液体系。其储层保护机理为在钻井过程中胍胶钻井液体在井壁形成一种胶状保护膜，防止有害固相进入煤层裂隙堵塞煤层通道。完井后按比例配制破胶剂进行破胶，使井壁的胍胶钻井液尽可能零残留，以起到恢复原始地层的目的。通过近几年在各个区块胍胶体系的应用及产气量对比情况分析，该钻井液体系稳定井眼和保护煤层方面具有明显的科学性及实用性。

3.排采控制

煤层气的储存方式主要以吸附为主，然而煤体属于典型的“孔-裂隙”结构，吸附于煤基质中的煤层气会在一定条件下发生解吸，游离于孔隙和裂隙中，且在孔隙和裂隙中符合不同的运移规律。在煤层气抽采过程中，由于煤基质应力作用，煤体中的孔隙和裂隙分布及形态会发生相应变化，进而反过来影响煤层气的流动和煤层气压力的分布，使得煤层气的存储和扩散规律变得十分复杂，即在煤层气排采过程中需要同时涉及到固体力学场、渗流场，甚至温度场的相互耦合作用。因此，排采过程中必须遵守多场耦合条件下的煤岩基质中煤层气运移规律。

对于加密井的排采，由于老区前期已经进行了直井/定向井的排采，地层多数处于欠压状态，因此多场耦合条件下的煤岩基质中煤层气运移规律将更加复杂。为了做好加密井的排采，主要需要控制排采的速度，特别是每天液面的变化量不要太大，防止由于压力的剧烈变化对煤层造成激荡而影响到上述各个场之间的相互作用，从而对地层造成不可逆转的伤害。

4.结论

在沁水盆地煤层气开采早期，因受井间距较大、钻井技术水平低、储层保护措施不当等诸多因素的影响，直井/定向井产气效果不太理想，资源开采程度低的情况下。通过加密L型水平井的实施，可以很好地改造老区的整体降压效果，实现老区产气量的增加和采收率的提高，也可以使老区投入的大量基础设施得以充分利用，是很好的一种老区改造方式。