仿樹形水平井的研究范文

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《天然氣工業雜志》2014年第八期

1煤層氣仿樹形水平井設計技術

1.1煤層氣仿樹形水平井的成井理念傳統的煤層氣多分支水平井主支、分支追求最大限度穿越煤層，出現垮塌復雜即完鉆。因此是一種被動防塌。其結果是煤層進尺達不到設計要求，主支不可監測、不可重入、不可沖洗。為變被動防塌為主動防塌，確保主支通道穩定，提出了“主支疏通、分支控面、脈支增產”的仿樹形水平井設計理念。即，仿樹形水平井由主支、分支、脈支組成，主支是“樹干”，是匯聚各分支、脈支產氣的主通道，要求穩定疏通；分支是“樹枝”，是各脈支產氣進入主支的連通通道，通過分支的延伸控制產氣解析面積；脈支是“樹葉”，若干脈支在煤層內造孔，是煤層氣解析的主要來源。在此成井理念的指導下，將多分支水平井的主支建在穩定的煤層頂板或底板上，分支由主支側鉆進入煤層，再從分支側鉆若干脈支。一個主支與若干分支以及每個分支上的若干脈支，構成了主支長期穩定并可監測和重入維護的仿樹形多分支水平井排采系統（圖3）。

1.2煤層氣仿樹形水平井設計技術

1.2.1煤層氣仿樹形水平井的組成1口煤層氣仿樹形水平井由1口工藝井（即多分支水平井）和2口排采井組成（圖4），其中，遠端排采井也可作為監測井。工藝井分別與兩口排采井連通，連通位置置于穩定的煤層頂板（或底板），工藝井的主支在穩定的煤層頂板（或底板）沿上傾方向鉆進，形成穩定的排采通道；工藝井水平段由主支、分支、脈支構成。該仿樹形水平井主要適用于有穩定頂板（或底板）巖層的單斜煤層。

1.2.2煤層氣仿樹形水平井設計技術1）工藝井的直井段位于煤層的低部位，主支在穩定的頂板或底板巖層（圖5、6），沿煤層上傾方向鉆進，井斜角大于90°，距離煤層保持盡可能小的距離，但不觸煤。水平段長度一般不小于800m，與兩口排采井均在頂板（或底板）巖層中連通。建在煤層頂板或板內的主支，提供了穩定的排水、疏灰、采氣通道；產狀上傾，有利于排水；不觸煤，有利于穩定。2）在主支兩側鉆若干分支（一般6～12個），分支沿地層上傾方向側鉆進入煤層，井斜角保持不小于90°，在煤層內保持平緩上傾延伸，盡可能鉆長，以滿足多鉆脈支的需要，分支長度一般不小于200m，同側分支側鉆點間距100～200m，異側分支側鉆點間距50～100m。分支通過在主支兩側的延伸控制著仿樹形水平井在煤層中的展布形態和產氣解析面積。3）在每個分支上側鉆若干脈支（一般3～8個），脈支在煤層內，以溝通煤層內裂隙為主要目的，不出煤層，長度一般50～400m，不求長，但數量盡可能多，以增大煤層氣解析面積（圖5）。4）排采井洞穴的主要作用，一是方便工藝井與排采井連通，二是排采時氣、液、固的分離腔。為確保洞穴長期穩定，將排采井洞穴建在穩定的頂板（或底板），排采洞穴應處于水平井軌跡的低部位，便于主、分支順“勢”排水，便于氣、液、固三相分離，同時當井眼有垮塌物時，流水可將其搬運到洞穴處，保證井眼暢通。

1.2.3煤層氣仿樹形水平井的主要特點煤層氣仿樹形水平井將主支建在穩定的煤層頂板（或底板）內，與其連通的排采井一起，組成“主支疏通、分支控面、脈支增產”的排采系統，有效解決了傳統的煤層氣多分支水平井在我國煤層氣開發中存在的技術問題。主要特點是：1）主支井眼形成穩定的排水、疏灰通道，井眼軌跡平緩上傾，有利于水、灰進入排采井洞穴。2）分支沿地層產狀上傾方向側鉆進入煤層，保持平緩上傾，不追求煤層鉆遇率，但盡可能伸長以滿足多鉆脈支的需要。3）脈支是該系統產氣的主要來源，鉆穿煤層內夾矸層，以溝通煤層內裂隙為主要目的，不要求長度，但其數量盡可能多，以增大泄氣通道。4）仿生水平井的主支與兩口排采井構成“山”形，可監測生產過程中主支暢通情況。5）仿生水平井完鉆后可實施洗井作業。6）成井或成井后當主支某部位有堵塞時，可重入鉆柱實施維護作業。

2現場試驗

ZS1平－5H井是中國石油華北油田公司在山西沁水盆地的第1口煤層氣仿樹形水平井先導試驗。由1口工藝井（ZS1平－5H井）和1口排采直井（ZS1平－5V1井）、1口監測井（ZS1平－5V2井）組成（圖7），工藝井主支設置在煤層頂板泥巖中，距煤層頂部保持適當距離（一般控制在0．5～3m），不觸媒；排采井、監測井在煤層頂板造洞穴，洞穴底部距離煤層1m，直徑0．6m，高度6m。工藝井于2012年10月用444．5mm鉆頭開鉆，鉆進至57m完鉆，406．4mm表層套管下至深度56．7m，固井，水泥返出地面。2012年11月用374．6mm鉆頭第二次開鉆，在井深385m開始造斜，鉆進至1067m完鉆。技術套管下至1065．31m，固井結束后，冬休。2013年2月27日使用152．4mm鉆頭第三次開鉆，2月28日鉆至井深1144m處鉆壓突然下降，井口鉆井液短暫停止返出，漏失鉆井液2m3，排采直井井口返出清水，證明工藝井與排采直井已經連通。2013年3月8日下入連通鉆具實現與遠端監測井一次性連通，連通點井深1646m。之后由主支沿上傾方向鉆分支進入煤層，并在分支上側鉆脈支。該井順利完成1個主支，13個分支，26個脈支的鉆進工作，于2013年5月20日完鉆，總進尺為12288m，見煤后總進尺為9512m，純煤進尺為9408m，見煤后煤層鉆遇率為98．91％。2013年5月22日由遠端監測井注入清水92m3洗井，工藝井返出正常，洗井成功。ZS1平－5H井煤層進尺創國內紀錄，實現了單井萬米進尺無事故。該井于2013年8月投產，目前處于正常排水降壓階段，工藝井、排采井、監測井的井底壓力監測表明，目前主支連通狀況良好。

3結論與建議

1）煤層氣仿樹形水平井將主支建在穩定的煤層頂板（或底板）內，與其連通的排采井一起，組成“主支疏通、分支控面、脈支增產”的排采系統，有效解決了傳統的煤層氣多分支水平井主支坍塌堵塞排采通道以及主支不能重入、不能監測、不能進行洗井作業等技術問題。2）煤層氣仿樹形水平井的建成，必將推動多分支水平井在煤層氣開發中的應用，減少常規直井或定向井的數量，節約井場占地，有利于化解礦產開發與耕地資源的矛盾，實現資源與環境和諧發展。3）為確保分支、脈支的長期穩定，分支、脈支下篩管技術亟待進行現場實踐。4）由于ZS1平－5H井是第1口先導試驗井，在鉆進過程中進行了主支井壁穩定試驗以及遠端洞穴連通、定點懸空側鉆等多項工藝技術試驗，造成完井周期較長。該井型在縮短鉆井周期、提高經濟效益方面還有很大的改進空間，需要進一步完善技術工藝系列，提高技術的經濟性。5）煤層氣多分支水平井的應用規模相對于我國豐富的煤層氣資源來說還遠遠不夠，需要國家更多的政策扶持。

作者：楊勇崔樹清倪元勇王風銳楊益涵郎淑敏單位：中國石油華北油田公司中國石油海洋工程有限公司工程設計院