分析煤層氣U型井鉆井采氣技術的運用

■王立峰（河南豫中地質勘察工程公司河南鄭州450016）

分析煤層氣U型井鉆井采氣技術的運用

■王立峰
（河南豫中地質勘察工程公司河南鄭州450016）

我國至今為止也沒有真正意義上的煤層氣田，這主要是由于我國煤層氣開采技術的起步較晚導致的。目前，煤層氣U型井鉆井采氣技術已經在美國等發(fā)達國家實現了工業(yè)化推廣和應用，并體現出了良好的煤層氣開采性能。本文針對煤層氣U型井鉆井采氣技術的運用進行分析，并對U型井鉆采技術的適應性和基本工藝流程進行闡述，對我國U型井煤層氣鉆采技術的發(fā)展略盡綿薄之力。

煤層氣U型井采氣技術應用

1　U型井概念和特點

U型連通井技術是能夠實現長距離水平井與直井連通的新型鉆井技術，U型連通井就是將兩口不同位置的水平井與直井在同一目的層相連通。U型井可以有效的溝通煤層割裂系統(tǒng)，并實現水平井排水和直井采氣同時進行，還可以利用多口水平井功用一口直井采氣，提高采氣的速率，利用U型井，我們可以依靠傾斜地層的重力實現排水采氣。

我國的煤層氣開采起步較晚，包括垂直壓裂法、二氧化碳注入、洞穴完井等雖然有過嘗試，但也沒有被廣泛應用于煤層氣開采中。U型井煤層氣開采技術作為成熟的煤層氣開采技術，在我國的應用具有普遍的適應性。首先，U型井由水平井和直井構成，兼有單分支水平井溝通割理與直井點狀派彩煤層氣的優(yōu)點。其次，U型井能夠實現排水和采氣同時進行。U型井的兩個井口還可以任意選擇，利用傾斜重力提升排水采氣的效率。但U型井煤層氣鉆井采氣技術在我國仍然處于摸索階段，由于在U型井鉆井采氣系統(tǒng)的建設中，兩井連通、地質導向、欠平衡鉆井等多種先進技術綜合，因此鉆井難度較大，推廣和實際應用具有一定困難。

2　U型井在煤層氣鉆井采氣中的應用適應性

U型井對儲層適應性極好，而且不需要進行壓裂，因此這種采氣方法在我國具有廣泛的應用前景。筆者對國內外U型井煤層氣開采的案例和理論進行分析總結，U型井在煤層氣開采中能夠適合以下儲層。

2.1中高煤階儲層

煤階是反應煤層成熟程度的單位，煤階越高，則煤炭的埋藏深度遞增，其構造作用和成巖作用影響也增強，煤炭演化程度提高，孔隙率較小，比表面積增加，割理增加。因此，隨著煤階的增加，煤熱演化程度會隨之提高，生成的煤層氣氣量提高，含氣量也會增加。

U型井能夠最大限度的溝通割理，并在鉆進過程中保持井壁穩(wěn)定，因此比較適合高煤階的煤層開發(fā)。另外，由于高煤階一般埋藏較深，因此更加適合U型井的發(fā)揮，如果采用其他鉆采方法，會增加開采成本不說，還會降低開采效率。

2.2U型井鉆采技術適合厚煤層

厚煤層是指煤層厚度大于5m的煤層，厚煤層不僅擁有較多的煤層氣，而且還能夠提高U型井鉆采技術的產能?！癠”型井集欠平衡鉆井技術、兩井連通技術、地質導向技術等多種先進技術于一身。薄煤層會加大最終連通難度，有可能促使鉆井偏離煤層，重新尋找靶位會大大增加成本。而厚煤層更容易保持在煤層中鉆進，也就更加適合“U”型井開發(fā)。

2.3高含水煤層適合鉆U型井

U型井能夠實現排水采氣同時進行，因此對于高含水煤層具有較好的適應性。排水和采氣同時進行，能夠使排水不影響采氣效率。在高含水煤層中，我們通過遠距離連接直井，能夠有效的排出煤層中的承壓水，降低地層壓力，當地層壓力降低到一定程度時，就可以產出煤層氣。為了提升采氣效果，我們可以采用直井排水，水平井采氣的辦法，這種方法不僅能夠快速的將地層中的承壓水排除，從而提升采氣效率，當排水到一定程度時，還可以實現直井和水平井同時采氣，提升采氣效率。

2.4U型井適用于割理發(fā)育的煤儲層

煤層的割理是煤化作用過程中煤物質結構、構造等變化而產生的裂隙，為煤層中的次一級弱結合面。煤層割理分為面割理和端割理，兩種割理方式會對滲透率有較大影響，因此我們在割理煤層中應用U型井鉆采技術進行煤層氣開采時需要根據割理的類型進行有效的設計。對于端割理發(fā)育的地層可以采用垂直割理方向鉆井，溝通割理并使其形成網絡，提高產能。對于雙向割理發(fā)育且面割理方向滲透率高于端割理滲透率的，可以垂直于面割理鉆井，提升產能。因此，割理發(fā)育的煤儲層煤層氣的開采，應用U型井具有較好的應用優(yōu)勢，并且能夠達到較好的開采效果，提升產能。

2.5U型井適合于傾斜地層的煤層氣開采

利用連通器效應，我們在傾斜地層中運用U型井能夠有效的提升煤層氣的開采效率。當地層有傾角時，可以從高處鉆水平井，而垂直井設計在低處，通過聯(lián)通效應原理，能夠在重力的作用下使水和煤層氣聚集到垂直井下，提升開采效率。我們還可以在上傾斜方向不同位置多鉆幾口U型井，實現多個水平井連通一個直井，提升開采效率。

3　U型井的施工工藝研究

U型井時由直井和水平井構成的連通井，因此其主要的施工步驟為直井施工、水平井施工和連通作業(yè)。

3.1直井施工

U型井的直井是掏穴井，掏穴井就是在垂直鉆孔的煤層利用機械的方法進行擴孔，并下套管完井的一種鉆井方法。U型井首先進行直井施工首先是為了給水平井的施工提供靶向目標，其次還能為欠平衡鉆進提供輸送空氣介質的通道。

3.2水平井的鉆井施工

我國的水平井施工技術比較成熟，在進行U型井的水平井施工時，可以采用散開井身結構，一開孔直井為444.5mm，鉆穿風化帶10m后下直井339.7mm的表層套管。二開孔直徑311.1mm，著陸后下直徑244.5mm的技術套管，三開孔直徑215.9mm，鉆到目的層位實現連通后下直井139.7mm的生產套管完井。

二開井段鉆進過程中要控制好傾斜，為后續(xù)井段施工創(chuàng)造條件，一般采用直井311.1mm的鉆頭和直徑165mm無磁鉆鋌一根、直徑177.8mm的鉆鋌3根以及直徑127mm的鉆桿一根。鉆進過程中要保證孔眼的圓滑并使全角變化率不大于7°/30m，保證著陸地層穩(wěn)定。

三開水平段的鉆進需要控制好井眼軌跡，鉆具組合為直井215.9mm鉆頭和直井165mm單彎螺桿、直井165mm無磁鉆鋌以及直徑127mm加重鉆桿兩只。在鉆進過程中要控制好井眼軌跡，全角變化率不大于2°/30m。

3.3連通段施工

通段的施工是“U”型井施工的關鍵步驟，因此連通前，要保證掏穴井和水平井井口坐標以及掏穴井測井數據等關鍵數據的準確性，在鉆頭離井底掏穴井洞穴距離100m左右起鉆，下入強磁短接，在掏穴井下入連通儀器，準確測量水平井鉆頭與掏穴井的方位和距離，然后調整水平井鉆井方位，當鉆頭與掏穴井距離15m時，取出掏穴井內的連通儀器，繼續(xù)鉆井，當鉆壓放空，泵壓下降，井口無鉆井液返出，掏穴井進口返出鉆井液時，確認連通成功。

3.4完井技術

水平井下套管前，需要將垂直井封井，一般會在洞頂2m處填砂，并用水泥漿封固井段，24小時之后，再下水平井套管。為了避免固井水泥漿流入洞穴，下套管時可以在水平段兩根套管下一個剛性扶正器，造斜段每一根套管下一個剛性扶正器，保證套管居中。水平井水平段長、位移大，套管居中難度大，不易提高頂替率，容易造成泥漿串槽，因此宜采用變密度水泥漿，淺部選用低密度水泥漿，下部斜井段和水平井段采用防串速凝早強水泥漿體系，提高頂替率，防止在頂替水泥漿過程中因液柱壓力過高而造成井漏。

4　U型井在煤層氣鉆井開采應用過程中的問題

U型井技術廣泛的技術有點，使其對于我國的煤層氣開采具有很好的應用前景，但由于我國煤層氣開采技術發(fā)展較晚，我國的U型井煤層氣開采技術雖然經過多年的研究和實踐已經有成功的案例，但由于缺乏技術經驗和關鍵技術支持，仍然存在著許多問題。這些問題包括沒有煤層專用的完井液、煤層損害嚴重、完井多為裸眼或篩管完井、煤粉堵塞問題嚴重等。雖然U型井技術在國外已經被推廣應用并實現了量產，但國外對U型井技術實施了封鎖和保密政策，因此我們根本就無法獲得U型井的高端核心技術成果，因此國外先進的鉆井完井技術對我國國內U型井的發(fā)展很難有促進作用。目前國內研究U型井的機構多是結合U型井的鉆井原理進行探索性實踐和實驗，因此我國的U型井鉆井和完井工藝還有很多不足之處。

近年來，包括中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院在內的很多石油勘探機構，都針對不同煤階煤層氣開發(fā)過程中存在的問題，結合U型井自身技術優(yōu)勢，開展了沿煤層鉆井篩管完井、沿煤層充氣欠平衡鉆井、分段壓裂等U型井鉆完井新技術研究。有些井組完成后，有些水平井采用了篩管完井，完井方法存在篩管與地層間的鉆井液濾餅無法清除的問題。因而我國U型井鉆井采氣技術發(fā)展任重道遠，我國想要實現對煤層氣的有效開采和利用，不僅需要大量的人力、物力和資金投入，也需要一段時間進行技術和經驗積累，才能夠讓煤層氣U型井開采技術為我國的經濟發(fā)展貢獻力量。

綜上所述，U型井在煤層氣開采中的廣泛技術優(yōu)勢，使得我國油氣開采領域對該技術投入大量的人力、物力和財力進行研究和探索，并取得了可喜的成果。國內也有進行了許多煤層氣U型井鉆采技術的應用和實踐，雖然我國U型井鉆采技術還不能達到推廣和應用的條件，但對于煤層其U型井開采技術的研究對促進我國煤層氣開發(fā)的發(fā)展卻十分有意義。盡管我國在U型井鉆井采氣技術方面是摸著石頭過河，相信在不久的將來，隨著我國科技的發(fā)展和技術以及經驗的積累，U型井煤層氣開采技術必然會為我國的煤層氣開發(fā)利用貢獻力量。

[1]楊剛,汪志明,陳添,彭汝杰.多目標決策方法在煤層氣井完井方式優(yōu)選中的應用[J].特種油氣藏.2013(03).

[2]劉營,曲海,蔣廷學,湯達禎,吳壯坤.水力噴砂分段壓裂工藝在U型煤層氣井中的應用[J].鉆采工藝.2013(02).

P618.11[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-27-2