佟 峰

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气开采技术研究进展

佟 峰

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气是煤在生成过程中产生的一种伴生产物，具有清洁环保的特点。目前来说，我国煤层气资源主要集中于中高煤阶含煤区，并且已经逐步提高了开采与利用成效。且目前煤层气开采的常用钻井技术主要是多分支水平井技术、U型水平井技术、V型水平井技术，欠平衡钻井技术等，为进一步开发利用煤层气奠定基础。但是常会出现由于煤层气排采设备选型设计不合理，而影响煤层气顺利开采的现象。

煤层气；开采技术；因素；工艺

1、煤层气开采机理

通常情况下，赋存于煤层当中的天然气主要呈现出游离、吸附和溶解这三种状态，所存在的少量游离气大多附吸在煤的表面之上。当煤层的压力降低至煤层气解吸压力的临界值的时候，CH4就会开始和微孔隙的表面相分离，解吸的气体可以通过基岩和微孔隙实现扩散，进而到达裂缝网络当中，再经过其流入井筒。煤层气井主要包括了三个生产阶段：其一，脱水降压阶段，时间可能会持续几天到数月不等；其二，稳定生产阶段，产气量相对较为稳定，是产气的高峰阶段；其三，气产量下降阶段，压力下降，出少量或微量水。

2、煤层气开采技术的影响因素

我国煤层气的地质构造较为复杂，因此影响煤层气开采技术的首要因素即是地质因素，主要体现在煤层地质的特点上。一是煤层的厚度与埋深等对排采设备的能力和质量要求较高。二是地质构造条件的影响。三是地层含水性对煤层气开采技术与设备的影响。四是煤储层的孔渗特征也对煤层气开采技术与设备选型具有重要的影响。五是煤的吸附解吸特征对煤层气开采工艺的影响。

3、煤层气开采工艺技术

3.1 提高煤层渗透率手段

3.1.1  储层保护。现阶段，国外所采用的都是空气钻井，然而由于我国煤层气相关研究较晚，目前所采用的是泥浆，对地层通常会造成较为严重的伤害，因此要做好对储层的保护。

3.1.2  应力释放。围岩的压力会作用在煤岩之上会产生挤压，使得裂隙闭合，渗透率因而降低。应力释放，实际上是通过采取合理有效的措施将约束应力予以释放，使得闭合的裂隙实现重新的张开，进而提高渗透率。对于应力释放而言，将煤层中部分体积予以排除是最为有效的方法，一般会采用洞穴完井。

3.1.3  水力压裂的优势。煤层气压裂技术是对油气井压裂技术的改进和应用。其压裂过程为：基于传递压力原理，将高压大流量泵安装在地面，以远超煤层吸收能力的速度把粘度相对较高的介质注入煤层，这样能显著提高煤层的压力。由于粘度介质的注入能够有效的克服煤岩自身强度以积极地层应力，冲破煤层井筒四周薄弱的地方，形成若干裂缝，随着介质持续注入能够有效的增大裂缝，当裂缝增大到一定程度形成裂缝系统，然后再将带有支撑剂的携砂液注入到煤层中，最后将顶替液注入到煤层井筒中，这样能够把所有的携砂液都注入到裂缝中。

3.2 煤层气开采方法

3.2.1  多分支水平井。主水平井眼与洞穴井连通，主要在主水平井眼的两侧不同位置分别钻出多个分支水平井眼。在进行钻井的过程中，首先钻一口直井，由地面直至煤层，使用造穴工具形成洞穴，即洞穴井，随后开钻工程井，在距洞穴100～200m的水平位移处钻一直井段，然后造斜延伸穿过洞穴井的洞穴，通过洞穴后工程井继续在煤层中沿着水平方向延伸，钻至一定距离后，形成主分支井眼，接着在主分支井眼两侧不同位置开钻多个分支井眼，从而加大与煤层气的接触面积。

3.2.2  U型水平连通井。U型井，即U型水平连通井，其水平井的远端与洞穴井连通。在高陡构造中，煤层倾角比较大，渗透率相对偏高，羽状水平井或多分支水平井开采效果较差，因此借鉴U型水平井技术，将其设计为沿煤层的U型定向斜井，即沿煤层段设计一段平行于煤层的斜直段，随后进行直井钻探，其必须在斜井段之前完井，接着直井与斜井会在煤层段连通。

3.2.3  V型水平井。V型井，即V型水平连通井，由两口以上水平井远端与同一口洞穴井连通的井。两口水平井之间会呈一定的夹角，它们共用一口排采直井。在钻井的过程中，首先钻直井并在对接段造穴，随后两口水平井分别沿储层的下倾方向施工完水平井段之后与直井洞穴位置进行远端对接，最后下入50mm的PE连续筛管完井。排采中，地层流体会通过两个水平井眼流向同一排采直井井筒内，增加煤层气的泄流面积，产生更大的经济效益。

3.2.4  欠平衡钻井。我国煤储层存在低压、低渗的特点，在开发过程中为了保护储层，因此不宜采用常规的过平衡钻井技术。充气钻井液是将气体注入钻井液内形成以气体为离散相、液体为连续相的体系。它主要的适用范围是地层压力系数小于1.0的储层，而且不受地层大量出水的影响，其保护储层的机理是通过在钻井液中充气以减少其当量密度，从而降低液柱对井底的压力，最后达到在井底形成负压差以实现欠平衡钻井。

3.2.5  气动潜孔锤钻井。气动潜孔锤钻井，在目前的煤层气钻井中得到了广泛的应用，其动力为压缩空气，借以驱动冲击器内的活塞进行高频的往复运动，产生的动能将不断地传递到钻头上，从而能够使钻头获得一定的冲击力。

3.2.6  超短半径水力喷射钻井。煤层气超短半径水平钻井系统，即一套应用在煤层中的超短半径自进式水平钻井系统。在垂直煤层气井内它能够以300mm超短半径从垂直转向水平方向。超短半径水力喷射钻井首先在垂直的煤层内采用机械或高压水射流进行扩孔，然后下入转向器，在300mm的曲率半径内使高压胶管和高压水射流钻头等钻具由原来的垂直方向转向水平。

综上所述，煤层气是一种优质且洁净的新能源，具有较高的利用价值，不仅会提高能源的利用率，而且还显著的降低了对环境产生污染的情况，对其进行合理的开发与利用对于社会的健康发展具有十分重要的现实意义。然而，由于我国对煤层气开采利用的研究起步时间较晚，在工艺技术方面还存在着一些不成熟的方面，因此，在今后还需要对煤层气的开采工艺技术予以进一步的研所，从而提高对能源的开采率和利用率。

[1]程林林，程远方，祝东峰，邓文彪，陈冲.体积压裂技术在煤层气开采中的可行性研究[J].新疆石油地质，2014，05：598-602.

[2]王丹凤.煤层气井负压排采工艺技术研究[D].长江大学，2014.