煤矿区煤层气开发精确对接井钻进技术与装备

2017-04-01

我国是煤炭大国，煤层气的储量十分丰富。煤矿区煤层气地面钻井开发具有获取清洁能源，提高煤矿安全保障能力和减少温室气体排放等多重效益，且不受井下采掘工程进度限制，生产周期长，是实现煤层气高效开发的重要方式之一。然而，多年来我国钻井类型和成井方法单一制约着煤层气的地面规模化开采。如何通过科研攻关和现场实践，开发出适合我国煤储层特征的煤层气开发技术，并研制配套装备，是破解我国煤层气地面开采技术瓶颈的关键。

“煤矿区煤层气开发精确对接井钻进技术与装备”项目提出了利用带分支的精确对接井开发煤层气的总体思路，即施工1口目标垂直井和1口或多口水平连通井，目标垂直井煤层段造穴，水平连通井在目标煤层中长距离延伸后与远端垂直井对接连通，过洞穴后继续钻进，并在对接点两侧施工分支井，完钻后在目标垂直井内安装设备排水采气。该项目由中煤科工集团西安研究院有限公司牵头，山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司参与完成。项目成果荣获2015年中国煤炭工业科学技术特等奖。项目取得的主要创新成果如下：

１．研制、集成了一套精确对接井钻进用配套装备系统，成功研制了MDY-60型全液压车载钻机，实现了精确对接井关键施工装备的国产化，提升了我国地面煤层气开发钻进装备水平。MDY-60型全液压车载钻机设计有多种保护功能、多冗余度的电液控制系统，动力头转速与额定扭矩可调节范围大，对钻进工艺适应性强，工作可靠性好，自动化程度高，满足精确对接井施工需要，同时可用于其他类型煤层气开发井和特殊工程钻孔施工。

表1  MDY-60型全液压车载钻机技术指标

２．发明了一种带分支井的精确对接井煤层气开发模式及施工方法，有利于提高煤层气开发效果；成功将充气欠平衡钻进工艺与精确对接井施工技术相结合，解决了压力敏感煤层中长距离水平段储层保护难题，拓展了精确对接井钻进技术的适用范围。

煤层气开发远端精确对接井由1口目标垂直井与1口或多口水平连通井组成，目标垂直井在目标煤层段造穴，高度与煤层厚度一致；水平连通井在目标煤层中长距离延伸后与远端（一般井口距离＞500 m）目标垂直井洞穴连通，主井过洞穴继续钻进一定长度，同时在对接点两侧施工分支井，可采用裸眼完井、筛管完井、分段压裂等系列完井工艺。

对接点两侧的分支井增加了煤层气有效供给面积，扩大了排水降压的波及范围和煤层气有效解吸区；远端精确对接结构便于主井段修井作业，能够延长井组的有效产气时间，增加累计产气量；精确对接井可利用未产气或低产的直井作为目标直井，实现已有井网的加密和挖潜；分支结构配合分段压裂完井工艺易于实现大范围压裂改造，增大精确对接井排采影响范围。

３．针对目标煤层特殊物理力学性质，在中硬完整煤层裸眼完井的基础上，研究应用了PE筛管完井工艺，研制了专用的筛管下入装置，有效解决了精确对接井生产过程中容易发生井壁塌坍而堵塞产气通道的问题；将水力分段压裂技术引入精确对接井中，形成了精确对接井滑套分段压裂完井工艺，达到了提升低渗、薄煤层煤层气开发效果的目的。

煤矿区煤层气开发精确对接井钻进技术与装备研发成功后，在山西晋城矿区寺河井田内进行了现场工业性试验，成功钻成了高产的远端精确对接井。随后，项目研究成果被推广应用于多个煤层气勘探开发工程中，先后施工建成了8 个不同类型（U 型、V 型、多井连通型等）的精确对接井组，施工水平连通井14 口，最大对接距离达到了1 064.57m。

总之，煤层气是我国重要的非常规天然气资源。加快煤层气开发不仅是保障安全生产、构建本质安全型煤矿的需要，也是能源革命的需要，在提高能源利用效率、减少排放、维护国家能源安全等方面都具有积极意义。该项目实现了精确对接井关键施工装备的国产化，发明了精确对接井煤层气开发模式及施工方法，提升了我国地面煤层气开发钻进装备水平，有利于提高煤层气的开发效果，对于推动我国煤层气产业快速发展具有重要意义。