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盘点:中国煤层气钻井四大技术
       中国煤层气资源量为30×1012--35×1012m3其中埋深为300--500m范围内煤层气总资源量约为25×1012m3。自20世纪?#21496;?#21313;年代开始,经过几十年攻关探索,我国在煤层气地?#19990;?#35770;、资源预测与区块评价、钻井完井及压裂技术等方面取得了较大进展,特别是近年高阶煤煤层气富集理论与煤层气多分支水平井、U型井等复杂结构井技术钻采煤层气资源取得了较好的效果。然而,不可否认我国煤层气产量依然较低,煤层气钻井过程中?#26434;?#36739;多难题需要解决,钻井安全与煤层保护矛盾依然突出。继续加大煤层气钻井新技术研究,保障钻井安全,提高煤层气勘探开发效益,已刻不容缓。

煤层钻井技术难题
   
       煤岩具有特殊的物理力学性质,钻井方式、工艺、钻井液、完井方式与常规油气钻采明显不同,传统经验及钻采方式无法满足复杂结构井钻进煤层需要。在探索新技术、新工艺过程中,井壁失?#21462;?#29028;层损害、完井效果差等难题一直困扰着煤层气的高效勘探开发。

1. 多分支水平井技术
   
       煤层气多分支水平井与常规油气井有本质的不同,它由多分支水平井和洞穴井组成水平井组,它创新了分支水平井技术、远距离连通技术、地质导向技术、欠平衡钻井技术等,是一项具有独特技术施工难度高的?#20302;?#24037;程。目前,我国初步掌握了水平井眼侧钻技术、钻具组合优化设计技术、井眼轨迹导向控制技术、主水平井眼与裸眼洞穴连通工艺技术、抽排井造洞穴工艺技术。打破了国外公司对煤层气多分支水平井技术服务的垄断,短短几年时间,山西沁水盆地已钻多分支水平井60多口。此外,还形成了双底多分支水平井钻井技术。通过多年的研究工作,多分支水平井配套技术更为完善,刷新了多项技术指标:①煤层钻遇率由86%提高到98%;②总进尺由2900m提高到5200m;③纯煤进尺由2300m提高到4800m;④工程指标的钻井周期和建井周期大幅度缩短,钻速大大提高,多口井无事故复杂。
   
       我国多分支水平井技术已经取得了重大进展,但清水钻进过程中的煤层坍塌埋钻具等风险?#24418;?#24471;到根本解决,严重地制约了多分支水平井技术的发展和煤层气资源的高效勘探开发。

2. U型井技术
   
       U型井技术即U型水平连通井技术,该技术集成了水平井技术、水平井与洞穴井的连通?#32422;?#27424;平衡钻井和地质导向等技术,煤层气U型井组由1口直井和1口或多口水平井组成(图1)。U型井可采用套管完井方案,在排采后期遇到煤粉堵塞通道可下钻修井,重新打开裂隙通道恢复开采,延长煤层气井的寿命。国外对我国煤层气钻采技术实行严格封锁和保密。因此包括U型井在内的高端技术核心成果,国内均无法获得,钻井完井技术指标等难?#36828;?#22269;内有借鉴作用。国内公司多为通过相关理念结合自身多年经验做些探索性工作,取得了初步成功。中国石油勘探开发研究院廊坊分院,针对不同煤阶煤层气开发过程中存在的问题,结合U型井自身技术优势,开展了沿煤层钻井筛管完井、沿煤层充气欠平衡钻井、分段压裂等U型井钻完井新技术研究。?#34892;?#20117;组完成后,?#34892;?#27700;平井采用了筛管完井,该完井方法存在筛管与地层间的钻井液滤饼无法清除的问题。

 
图1 U型井结构示意图
 
   
       目前我国煤层气U型井钻完井及压裂技术研究刚处于起步阶段,钻井过程中没?#34892;?#25104;成熟的煤层专用钻井完井液,煤层损害仍然比较严重。完井多为裸眼或筛管完井,煤粉堵塞问题较为严重,钻井损害难以解除。

3. 复杂结构井技术配套
   
       远距离连通技术是煤层多分支水平井、U型井等复杂结构井开发的核心技术。该技术可以实时检测控制钻进轨迹,提供钻头的实时?#24674;茫?#20026;定向提供距离和方位?#38382;?#21363;时调整工具面指导钻头向洞穴井钻进,实现主井眼与洞穴井较好连通(图2)。

 
图2 水平井与直井连通简化图
 
   
       中国石油钻井工程技术研究院和中国石油渤海钻探工程公司均研发了相关工具并形成了现场服务能力,且取得了较好的成绩。专有井眼连通技术,可以实时检测控制钻进轨迹,提供钻头的实时?#24674;茫?#20026;定向提供距离和方位?#38382;?#21363;时调整工具面,指导钻头向洞穴井钻进实现主井眼与洞穴井较好连通。中国石油渤海钻探工程公司从2010年至今30余井次的现场试验中测试距离60m,中靶直径0.6m,连通成功率100%,特别是2011年和2012年,远端连通和不造洞穴连通技术获得成功。裸眼洞穴可降低连通难度,同时为后期煤层气抽?#21830;?#20379;便利。国内已经研究形成满足抽排井造洞穴要求的先进合理的造洞穴工艺方式,研制了 适应于152.4mm和215.9mm井眼造穴要求的系列机械式裸眼造穴工具(图3)和系列射流式裸眼造穴工具。新近研制的顶板泥岩造穴工具优化了切削面布置并采用单刀翼结构设计,增强了抗扭能力,提高了工具耐磨性,工具事故逐步避免,工具消耗逐步减少,工具磨损得到?#33322;猓?#39030;板造穴施工总体时间不断缩短,由最初的造穴施工30d,缩短到4.5d。

 
图3 煤层机械造穴工具图
 
   
       此外,为?#33322;?#29028;层垮塌卡钻风险,降低单井钻井成本,还研发了打捞工具,初步形成了MWD打捞技术,设计开发了平接箍钻具(图4),无磁金属管改进了悬空侧钻技术。但是,打捞工具只能满足目前短水平段打捞的需要,抽油杆与钻具摩擦起磁,在一定程度上阻止打捞工具的下入,长水平?#25105;?#22120;的打捞技术有待进一步的研究。【原载:天然气工业】
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(来源:金正纵横油气半月刊)

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