煤层气多分支水平井钻井技术浅析

煤层气多分支水平井钻井技术浅析

摘要: 由于我国煤层气储层具有渗透率低压力低的特点，直井煤层控制面积小，产量低，钻单支水平井不利于后期的排水降压作业，所以现在煤层气开发多采用羽状水平井，羽状水平井需要工艺井与排采井之间的连通，两井连通需要对两井距离方位偏差新的靶点坐标、南北坐标、东西坐标等进行精确测量，找出新的靶点，然后对定向井进行定向指导，确保成功连通。可以提高单井的产量、降低钻井的综合成本。本文主要介绍了煤层气多分支水平井的主要特点以及煤层气多分支水平井钻井的几种主要技术。

关键词：煤层气；多分支水平井；钻井技术

一、煤层气多分支水平井的主要特点

煤层气水平井主要借鉴的是常规天然气水平井的钻井工艺技术，但是，其工作的对象与煤层气的储藏性质和排采方式不相同，所以，在设计及施工的工艺等方面都有自己独有的特点：

1、开发目的层比较单一，而且是水平面多分支。

运用多分支的水平井钻井技术来开发煤层气，当前通常是选择某个主力煤层进行开发，在某个单一层相似的水平面上会钻出很多分支，这和油井在两个以上的层位钻出的多分支也不相同。

2、目的层段的分支和进尺比较多。

因煤储层的地层压力及渗透率相对来说比较低，因此，如果要提高煤层气的产量，就要比常规的油气井有更加多的渗滤面积和排气通道，这就会使煤层段所钻的分支变得更多，通常有l到2个主分支，在主分支的两侧需要钻出多个，通常是6到8个分支，而累计煤层段的进尺通常需要达到4000米以上。

3、运用裸眼完井的方式。

煤层气的多分支水平井通常会运用裸眼完井的方式，这主要是因为：（1）煤层气的开发区一般也是煤炭的开采区，比如山西的沁水盆地。按国家先采气、后采煤、采气和采煤一体化的政策要求，在采完气之后还需要采煤，然而采煤的禁忌是在煤层里有金属套管；（2）因为受到完井技术的限制，当前很多的分支井还较难下入完井的套管或者筛管。

4、主井眼和分支井眼的尺寸比较小。

由于煤层的强度和胶结的程度比较差，容易发生垮塌。而依照国内外的煤层气多分支水平井钻井的经验来看，比较小的井眼利于避免煤层的垮塌。

5、运用成对的1+1式井组连通钻井的工艺。

当一口井完成之后，通常需要进行排水降压以使煤层气解析，这样才可以产气。煤层气的多分支水平井因为其工艺的特点，需要专门的排采直井来排水和产气，而且这口直井一定要水平井相连通才可以达到目的。因此，煤层气的多分支水平井通常都要先打一个排采直井，然后再在适和的位置打一口水平井（也称为工艺井)，这口水平井和直井相连通，之后再钻多分支的水平井。

二、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多种先进的钻井技术综合的运用，主要有以下几种技术：

1、水平井井眼的轨迹控制技术。

煤层气多分支水平井井眼的轨迹控制和一般的水平井比起来需要更加地精确，主要原因有：（1）煤层比较浅。工艺井和排采井的距离近，已经接近短半径的水平井；（2）需要穿针来进行精确地制导；（3）连通之后的主支和分支的分布依照设计，要各自呈出一定的角度，只有这样才可以达到控制面积广的目标。然而这在井眼尺寸较小、钻具较柔软，并且进尺较多的情况之下的难度会更大。钻进实践中所采用的随钻导向的钻具组合和随钻的测量系统，主要是通过LWD、等随钻测量的参数（如井斜、工具面角等参数)，运用地面的计算机软件来进行跟踪和分析，以确定钻头位置，并且通过工具面钻井参数的摆放、措施的落实，来控制井眼的轨迹，以使其按照预计的方向前进。

2、直井裸眼的造穴技术。

直井，是排采煤层气的生产井，能够确保工艺井和直井之间的连通。工作人员要在直井的煤层气处造穴，其主要过程是：往直井完井套管的煤层处下放一个玻璃钢套管固井，下入到割刀割断的玻璃钢套管处，下入的工具在煤层段进行造穴，把井眼清洗干净，把砂填到煤层的底部。当前，主要方法有水力喷射的射流造穴以及机械造穴这两种。

3、井眼达到连通技术。

这种技术在国内也称为穿针技术，水平井眼进入到煤层之后一定要和排采直井相互连通才可以钻主支和分支，并且需要有精确的制导技术支持，当前，美国公司拥有这项专利技术，这种技术中的精确定位设备，即RMRS系统，主要是利用旋转磁性接头，在正钻井里可以产生几十米之外就能够探测的一个磁场信号，在目标井里下入一个有线的探管，以测量出磁场的强度及方向，并通过对测量的数据进行分析来判断钻头和洞穴间的相对位置，在连通前还要对轨迹进行有效地调整，这样才能实现连通。

4、欠平衡的钻井技术。

为了达到保护产层、加快速度、利于携带煤屑的目的，要采用欠平衡的钻井技术，就是从另外一口井里把气体注入到水平井的中间，以实现在环空的气液混合，并降低液柱的压力，这种情况也只有在煤层气多分支的水平井中才会有。

5、井身结构和井眼轨迹优化的设计技术。

煤层气井通常比较浅，排采直井和工艺井井口间的距离一定要适当，而且还要依据地质的构造、煤层的展布情况来确定分支的数量和方向。因此，井身的结构、井眼的轨迹以及分支井底的形状进行优化设计也很非常重要。比如，在山西的沁水盆地钻取多分支的水平井，则因地处在山区，地势比较崎岖，所以，不仅要满足地质设计的要求，还要依据地势的特点来选取排采直井和工艺井井口的位置，此后再对井身的结构和井眼的轨迹进行优化设计。

6、悬空的侧钻技术。

在水平主井的井眼上，钻取分支的井眼时，没有导斜器或者水泥塞作依托来进行侧钻，因此，要在定点的水平侧钻出各个分支，就要在选择侧钻点、摆放工具面、制订技术参数、控制操作措施和施工之上认真地进行分析进而判断。

7一体化施工

因水平井轨迹是根据定向井实钻数据进行设计的，在一体化设计的前提下，要实现水平井与定向井连通成功，就须要求水平井与定向井井眼轨迹控制精确、轨迹数据误差最小化，才能保证连通成功。水平井与定向井连通的关键之一是取得的井眼轨迹数据精确可靠。而使用不同人员操作、不同仪器测量，都会使数据误差扩大化。因此，一体化施工十分必要，除了统一组织、统一规划外，关键在于保证水平井和定向井施工应由同一支钻井队伍承担，同一队伍承担水平井与定向井施工任务的优点在于：

（1）同一支钻井队伍，在加压、送钻、工具面控制有其较为定式的操作习惯，同时对自己施工过的井还能做到心中有数，这就最大限度地减少了施工过程中的系统偏差。

（2）同一支钻井队伍，轨迹数据测量应用同一套测量工具，这就能消除不同仪器间的仪器误差，最小化轨迹数据误差，为水平井轨迹设计提供真实可靠的轨迹数据。

因水平井与定向井连通是国内首例，无经验可循。两井对接属于高难度、高精细工艺施工，其工艺难度特别大，具有很大的挑战。要求施工人员必须精细操作，同时两井都必须使用相同测量工具测得的轨迹数据，以消除不同仪器间的系统误差，最大程度上保证数据误差就会最小化，使获得轨迹数据准确可靠，是连通成败的决定因素。