芦宏斌 高辉 万占鵬
中国石油集团西部钻探工程有限公司玉门钻井分公司 甘肃省 酒泉市735000
摘要：煤层气井类型有直井、水平井2大。其中，直井开发影响范围小，单井产量往往较小，经济效益不佳；水平井通过改变煤层气储层结构及应力分布，从而增加储层透气性，扩大降压排采范围，单井产气量一般是定向井的几倍甚至几十倍。目前，水平井在煤层气资源开采中被广泛应用。煤层气水平井可分为U型水平井、L型筛管水平井和L型筛管压裂水平井，不同的井型具有不同的特点。关键词：煤层气；水平井；煤储层；渗透性
1区块地质概况
山西某煤层气区块煤储层厚度稳定，一般厚度在10～15m，埋深在300～1300m。煤存储煤层气含量较高，在15～20m3/t，受区域地质构造影响部分区域煤存储含气量较小。评价区内煤储层透气性在0.002～0.59mD，均值为0.29mD，具有低压、低渗特点，储层孔隙度在2%～7%，煤层气开采难度较大。煤储层结构复杂，发育有糜棱煤、碎粒煤、原生煤、破碎煤等。
2区块内水平井分析
2.1裸眼多水平分支井
该类型水平井在设计时一般包括排采井和工程井2个井，在排采井又设计2个主分支，每个主分支上又有3个支分支。其中，主分支长度在800～1000m,2个主分支夹角在10°～20°；支分支长度在350～600m，与主分支夹角在15°～30°。单个裸眼多水平分支井在煤储层钻进长度一般在4000m以上，控制范围在0.3km2以上。裸眼多水平分支井结构如图1所示。
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在裸眼多水平分支井钻进过程中，一般先施工排采井，后施工工程井，排采井与工程井连通后再进行主分支和各支分支的钻进。钻进完成后，将工程井封井，排采井进行煤层气排采。
裸眼多水平分支井具有单井控制范围大、理论产气量高等优点，单井产气量一般为直井产气量的10倍以上，在煤储层物性好、地质构造不发育以及分布稳定的区域具有较强的适应性。但也存在钻孔容易塌孔、部分钻井液（如黄原胶等）对储层伤害大、钻孔钻进成本高等问题。
2.2U型水平井
为解决裸眼多水平分支井在钻进及后续排采过程中钻孔塌孔问题，在后续煤层气开采中逐渐采用U型水平井开采。U型水平井结构包括工程井和排采井，其中在工程井钻进1个水平分支，分支在煤储层中钻进深度在750～900m，控制范围在0.02km2以内。工程井和排采井井身结构一般为三开，在非煤段完井采用套管并与排采井连通后进行水平井钻进。
U型水平井具有单井理论产气量高的特点，在排采后期可通过对水平段钻孔进行双向冲洗，从而保证产气通道通畅。但是也存在单井投资额度大、井眼孔径小等问题，且在构造煤发育区内钻进时容易堵塞、塌孔，后期改造难度相对较大。
2.3L型筛管水平井
该井结构保留1个工程井和1个水平主支，其中水平主支长度在800～1000m，单井控制面积在0.02km2以内。钻井井身结构一般为二开，非煤段及煤存储段分别采用套管固井，PE筛管完井。相对于裸眼多水平分支井和U型井，L型井仅有1个工程井，省去了排采井，从而可显著降低钻孔钻进成本。
L型筛管水平井在煤储层渗透率较高的区域应用效果明显，具有钻进投资额度小、主分支可控等优点，同时非煤储层段采用套管固井、煤储层段采用PE筛管完井可对钻孔井壁有效支撑，钻孔稳定性较好，便于后期改造。但是也存在单井控制范围小、对煤储层渗透率改善效果不明显等弊端。
2.4L型套管水平压裂井
为了有效解决L型筛管水平井在低渗透煤储层中应用效果不佳问题，提出采用L型套管水平压裂井用以煤层气开采。L型套管水平压裂井井身结构与L型筛管水平井相似，均由1个工程井和1个主分支构成，其中主分支在煤储层中钻进深度在800～1000m。在主分支段采用压裂造缝技术可增加煤储层透气性和水平井控制范围，压裂后的煤储层透气性可提升5倍以上，同时控制面积可由0.02km2以内提升至0.02～0.04km2。
L型套管水平压裂井井身结构为二开，全井均采用套管固井。
采用L型套管水平压裂井，可有效解决煤储层渗透性低导致煤层气产气量不高的问题，同时压裂造缝效果较好，井壁稳定性较强。但也存在工艺繁琐、后期排砂量大容易出现卡泵进而影响煤层气井连续排采问题。
3不同井应用效果分析
3.1裸眼多分支水平井应用效果
裸眼多分支水平井大多数在该煤层气区块生产初期施工，平均实际产能到位率仅为32%，其中低产气量井数量53口，约为全部裸眼多分支水平井（89口）的59.6%。主要原因是裸眼多分支水平井在排采过程中，由于地应力、流压等因素影响，部分主分支、支分支段出现塌孔，从而制约煤层气排采。虽然后期采用化学解堵、酸化压裂等增产措施，但产气量增加不明显，整体产量仍较低。
3.2U型水平井应用效果
在该煤层气区块共计施工15口U型水平井，平均单井煤层气产量为850m3，实际产能到位率仅为24%，占比最低。在钻井过程中，为了确保成孔率，采用对煤储层有一定伤害的绒囊钻井液护壁。由于该井水平段为裸眼孔，钻孔在地应力、流体压力等作用下易塌孔，降低了钻孔水平段连通性，制约了该类型水平井产气量的提升。
3.3L型筛管水平井应用效果
区块内施工且投入生产的L型筛管水平井共计55口，平均产气量为4500m3/d，实际产能到位率为100%。在钻孔钻进施工过程中，采用对煤储层伤害小的可降解性钻井液，可保持井壁稳定并为后续下筛管创造良好条件，解决主分支塌孔问题。但由于未对水平段进行压裂，对煤储层改造效果不显著，无法有效增加煤储层透气性，仅适宜在煤储层渗透性较好区域使用。
3.4L型套管压裂水平井应用效果
区块内现已完成施工且投入生产的L型套管压裂水平井共计35口，单井产气量在7590m3/d，实际产能到位率为100%，单井产气量比L型筛管水平井增加3060m3/d，增产效果显著。由于L型套管压裂水平井全程下筛管，从而可有效避免在排采过程中井壁塌孔问题，同时压裂后煤储层渗透性明显增加，单井控制面积显著提升，对低渗透区也有较好的应用效果。
结论
(1）水平井是提升煤层气产量及经济效益的主要方法之一。其中，裸眼多分支水平井和U型井受单井投入大、井壁为裸孔易塌孔、产能较低等影响，在煤层气开采应用中受诸多因素限制，难以成为后续煤层气开发的主力井型，仅适宜在煤储层条件较好的区块使用。
(2)L型筛管水平井和套管压裂水平井，具有井壁稳定性好、投入低等优点，在煤层气开发中被逐渐广泛应用。随着该煤层区块开发重心逐渐由Ⅰ类资源向Ⅱ类资源过渡，除部分煤储层透气性较好的区域采用L型筛管水平井外，其余的区域均拟采用L型套管压裂水平井开采。
参考文献
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