煤层气水平井开发技术现状及发展趋势

煤层气水平井开发技术现状及发展趋势

张卫东　魏　韦

(中国石油大学石油工程学院,山东东营　257061)

摘　要:煤层气是一种非常规天然气资源,传统的煤层气开采方式为地面直井排水降压开采,但这种方式开采煤层气单井产量低、经济效益比较差。目前针对这种问题煤层气常用的增产措施为水平井技术。煤层气水平井是一种成本不是很高但增产效果非常好的技术,已经越来越多的应用于煤层气的开采。文中主要介绍了煤层气羽状分支水平井技术现状和发展趋势,通过国内外技术煤层气水平井技术的介绍,得出煤层气水平井技术是一种适合中国煤层气开发的关键技术,必须在充分了解煤储层地质特性的基础上应用水平井。关键词:煤层气　水平井　技术现状　发展趋势

S tatus o f C oalbed M ethane H oriz on tal W ell T echn olog y and T rend o f D ev elopm en t

Zhang Weidong ,Wei Wei

(C ollege of Petroleum Engineering ,China University of Petroleum ,Shandong 257061)

Abstract :C oalbed methane (C BM )is a kind of unconventional natural gas res ources.T raditional way for C BM development is surface (vertical wells )drainage buck ,but this method may cause low production of single well and the economic return relatively poor.At present ,one of the countermeasures to stimulate C BM production is horizontal well technology.C BM horizontal well technology is a high yield technology with low cost ,which has been increasingly used in C BM development.This paper mainly presents the current status and development trend of the Multi 2lateral horizontal well technology.Through the introduction to C BM horizontal well technology at home and abroad ,a conclusion can be conducted that C BM horizontal well technology is an im portant technology suitable to be applied in China ’s C BM development when it is used on the basis of fully understanding of the geological characteristics of coal reserv oirs.

K eyw ords :C BM ;horizontal well ;status of the technology ;development trend

煤层气是一种非常规天然气资源。煤层气储层的特性与常规天然气藏有相似之处,但差别也很大,因此煤层气开发与开采技术与常规天然气差别较大,有其自身的特点。目前开采煤层气的方法一般采用抽排煤层中的承压水,降低煤层压力,使煤

层中吸附的甲烷气释放出来。我国煤层普遍存在低压、低渗、低吸附气饱和度的特性,开采煤层气单井产量低、经济效益比较差,为获得经济产量就必须对煤层实施增产措施。常用煤层气的增产措施主要有裸眼洞穴完井、直井水力压裂、水平井技术

作者简介　张卫东,1968年生,1990年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,在读油气井工程博士研究生,副教授,主要从事水平

井研究工作。

第5卷第4期 中国煤层气 V ol 15N o 142008年11月 CHI NA C OA LBE D METH ANE N ov 12008

(超短半径水平井、羽状分支水平井)。煤层气水平井是一种成本不是很高但增产效果非常好的技术,已经越来越多的应用于煤层气的开采。

1　发展现状

111　国外煤层气水平井技术发展现状

随着国外煤层气产业化的发展以及开发领域的逐渐扩大,开发技术也不断完善和提高,尤其是美国,煤层气开发从最初在圣胡安、黑勇士盆地的中煤阶气肥煤,逐步发展到低煤阶褐煤和高煤阶贫煤、无烟煤,并针对不同地质条件下煤层渗透性、力学性质、井壁稳定性,形成了一套煤层气开发技术系列,在煤层内钻羽状分支水平井,每个羽状分支井由1口分支水平井,1口洞穴排采直井组成,水平井主水平井眼长1500m以上,主水平井眼两侧钻8～14个分支,分支井眼长200～800m。每个羽状井组由4个羽状分支水平井组成,总进尺312×104m,一个井组控制418km2(相当于16口直井的开采面积)。该项技术主要适用于中、高煤阶低渗透含煤区,通过增加煤层裸露面积,沟通天然割理、裂隙,提高单井产量和采收率,解决低渗区单井产量低、经济效益差的问题,高含气薄煤层也可采用这一技术。

澳大利亚煤层气勘探始于1976年,20世纪末以来,由于充分吸收美国煤层气资源评价和勘探、测试方面的成功经验,针对本国煤层含气量高、含水饱和度变化大、原地应力高等地质特点,成功开发和应用了水平井高压水射流改选技术,使鲍恩盆地煤层气勘探开发取得了重大突破。澳大利亚的一些矿井已广泛应用水平钻孔、斜交钻孔和地面采空区垂直钻孔抽放等技术。1998年澳大利亚煤层气产量只有0156×108m3,2006年钻井1100口,产量达18×108m3,已进入商业化开发阶段。近几年澳大利亚已成功地实施了利用中半径水平井技术开发煤层气,取得了良好的开发效果和经济效益(图1)。

112　中国煤层气水平井技术发展现状

在我国,2004年11月28日由奥瑞安能源国际有限公司设计和组织施工的DNP02羽状分支水平井正式投入生产并实现了预期工艺和产能的双重突破。该井第一次在中国实现了地面煤层水平多分支钻进,煤层中水平井眼总进尺近8000m,

实现了煤

图1　澳大利亚中半径水平井示意图

层气井的稳产高产,日产气量达3000m3以上。继DNP02水平井之后,在我国山西宁武和寿阳又先后施工了两口羽状水平井,特别是中联公司承担的国家油气资源战略选区与评价项目———山西省沁水县端氏煤层气羽状分支水平井示范工程,分别在沁南3#煤层和15#煤层成功实施了4口羽状分支水平井,总结形成了一套从设计施工到评价的技术体系,并通过学习引进消化吸收,其中两口井利用国产的关键设备和技术,自主设计和施工完成。

奥瑞安能源国际有限公司设计施工的PZP03-1H井于2006年10月18日开钻。2006年11月10日完井,作业天数为23天,本井按照设计布署,顺利完成了2个主井眼和8个分支井眼的施工,钻井总进尺5558m,地质导向总进尺5183m,其中纯煤层中进尺5011m,煤层钻遇率96168%,井眼控制面积约0155km2。PZP03-1H井设计施工中所采用的技术在中国处于领先地位,具体采用的技术手段如下:

①直井洞穴技术(图2

)

图2　直井洞穴技术示意图

机械工具造穴利用机械切削的原理,用钻具把特殊设计的机械装置送入造穴井段,然后通过液压控制方式使造穴工具的刀杆张开,并在钻具的带动

02中国煤层气 第4期