什么是煤炭开采

张义 鲍清英 孙粉锦 张继东

作者简介:张义,1983年生,工程师,硕士,主要从事煤层气多分支水平井、欠平衡钻井及钻完井新技术等方面的研究。电话:(010)69213514。E-mail:zhangyi15@petrochina.com.cn

(中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007)

摘要: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、沿顶/底板钻井分段压裂等U型井钻完井新技术研究。研究结果表明:水平井煤层段采用PEC筛管完井能有效保护井壁稳定性,减少井眼坍塌,即便排采过程中井眼发生局部垮塌,筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害,保护煤储层沿煤层顶/底板钻水平井可有效避免粉煤、构造煤等井壁稳定性问题,定向射孔分段压裂可有效沟通煤储层,释放储层应力,实现煤层气的开采。通过对井眼轨迹和钻井工艺参数进行优化设计,可增大煤层气降压解吸范围,加快煤层气解吸,并减少煤储层伤害。

关键词:U型井 筛管完井 欠平衡钻井 分段压裂 优化设计

Study on Drilling and Completion Technologies for Coalbed Methane U-shaped Wells

ZHANG Yi BAO Qingying SUN Fenjin ZHANG Jidong

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang, PetroChina, Langfang 065007, China)

Abstract: In order to solve the problems in producing coal bed methane, some new drilling and completion technologies for coal bed methane U-shaped wells are studied in this paper.With the study on such technologies, it comes to conclude that the PEC sieve tubes used for horizontal wells not only can protect the stability of boreholes, but also can provide good channels for coal bed water and coal bed methane flowing.The coal seams can be protec- ted from pollution with the use of aerated under-balanced drilling technology.The borehole wall is easy to collapse while drilling in pulverized coal or tectonically deformed coal, for such coal seams, it should be better to drill wellbores in its roof or floor and then use the oriented perforating and staged fracturing technologies to intersect the coal seams and release the reservoir stress, as a result to produce the coal bed methane.After optimizing the well paths and drilling parameters such as annular gas injection rate, gas injection pressure, mud discharge rate, and so on, it can enlarge the desorption range of coal bed methane, accelerate the desorption rate of coal bed meth- ane, and also protect the coal seams from pollution.

Keywords: U-shaped wellsscreen completionunder-balanced drillingstaged fracturingoptimal design

我国煤层气资源丰富。全国埋深2000m以浅的煤层气资源量大约为36.81×1012m3,其中,中、高煤阶煤层气资源量约为21.68×1012m3,占总资源量的58.9%,低煤阶煤层气资源量约为15.13×1012m3,占总资源量的41.1%[1,2]。中高煤阶煤层气开发目前采用的钻完井技术主要为直井水力压裂、定向井/丛式井、多分支水平井等,但由于中高煤阶煤层气富集地区(如沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等)地形条件比较复杂,多以山地、沟壑为主,地表高差大,水力压裂施工难度大,且煤岩机械强度低,多分支水平井在排采过程中随着储层压力的降低,主支及分支井眼周围煤层易发生破碎、垮塌,部分直井、水平井单井产气效果差,有的产气量一直很低,有的前期产量高、后期递减严重且无法恢复低煤阶煤层气的开发目前尚处于研究探索阶段[3~5]。因此,为了进一步丰富煤层气开发技术和推动高、中、低煤价煤层气的全面开发,开展U型井等煤层气钻完井新技术研究具有非常重要的意义。

1 U型井技术简介

U型井一般由洞穴直井和定向水平井两口井组成,由于水平井在水平段的靶点末端与洞穴直井相连通,两口井形成一个“U”字形的井筒结构,因此形象地称为U型井(如图1所示)。煤层气U型井中洞穴直井一般布置在煤储层构造低部位(见图1中A井),水平井布置在煤储层构造高部位(见图中B井)。在钻井过程中,当水平井造斜进入目的层以后沿目的层倾向从高端向低端钻进,并与洞穴直井定向连通(参见图1中CD段)[6]。

图1 U型井示意图

整个U型井的有效排水采气井段为水平井,位于煤层/目的层中的斜直井段CD段。由于煤层气U型井这种独特的井身结构充分利用了倾斜煤层水的重力优势,在生产阶段煤层水很容易依靠重力作用排到生产井A井的井底,再经过排采设备抽排到地面,因此非常有利于排水降压采气和排除煤粉。

U型井技术由于能够有效疏导和沟通煤储层割理、裂缝,从而改善煤储层导流能力、提高煤层气井的单井产量,因此该技术目前在国外(尤其是澳大利亚)的煤层气开发中得到了广泛应用,并取得了良好的经济效益和社会效益。澳大利亚博恩盆地和苏拉特盆地等高渗煤层气富集区的U型水平井单井产量达到7000~50000m3/d。国内该技术目前山西晋城、寿阳地区及山西保德等地区煤层气开采中也开展大量的应用试验,取得了初步成功。

图2 U型井沿煤层钻井筛管完井示意图

图3 注气接头系统示意图

2 U型井钻完井新技术研究

2.1 沿煤层钻井筛管完井技术

沿煤层钻井筛管完井技术即水平井在二开完钻以后,三开沿煤层进行定向钻进与洞穴直井相连通,并在煤层段下入φ78mm的PEC筛管进行完井(图2)。由于PEC筛管具有良好的挠度和强度,下入水平井眼煤层段后对井壁具有一定的支撑作用,能有效保护井壁稳定性,减少井眼坍塌即便在煤层气排采过程中,随着储层压力的降低,井壁失稳,水平井眼局部发生一定程度的垮塌,筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道,从而避免出现目前部分多分支水平井存在的井眼垮塌、堵塞气、水流动通道,煤层气产量严重下降的现象。该技术对于构造相对稳定的中高煤阶煤层气开发具有良好的适用性。

2.2 沿煤层充气欠平衡钻井技术

沿煤层充气欠平衡钻井技术即水平井二开完钻后,通过二开技术套管在水平井造斜段下入特定的注气接头系统(图3)。当水平井在煤层中沿煤层定向钻进时,通过注气接头系统进行环空注气,降低水平井环空液柱压力,从而可实现水平井在煤层中的欠平衡钻进[7]。

由于煤层割理、裂缝发育,钻井过程中煤储层易受钻井液的污染,致使煤储层渗透率严重下降,且这种储层渗透率伤害具备不可逆性,因此采用充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害,可有效保护煤储层。该技术对于沿煤层钻水平井开发煤层气具有非常好的储层保护作用。

2.3 沿顶/底板钻井分段压裂技术

沿顶板/底板钻井分段压裂技术即U型井二开完钻后,三开沿煤层顶部/底板或煤层间隔层进行定向钻进与洞穴直井相连通,下套管固井,三开水平段采用定向分段射孔压裂完井(图4)。该技术根据水平段长度进行合理地分段,通过定向射孔大排量水力压裂可有效沟通煤储层,释放储层应力,从而实现煤层气的开采。该技术对于构造煤、粉煤发育的煤储层煤层气开发具有良好的应用可行性,在下一步低煤阶煤层气规模开发中也具有良好的应用前景。

图4 U型井沿顶/底板钻井分段压裂示意图

3 U型井欠平衡钻井优化设计

3.1 井眼轨迹优化设计

为了使水平井二开完钻后能顺利地进入煤层并沿煤层定向钻进,水平井井眼轨迹设计采取“双增双稳”五段式井眼轨迹设计方法,如图5所示。

在井眼轨迹设计过程中,第一个增斜段井斜角α1及第一个稳斜段长度L2的确定主要依据煤储层埋深而定第二个增斜段的井斜角α2则主要根据煤储层地层倾角而定,其目的是为了二开完钻后,所钻井眼井斜角与煤储层地层倾角基本一致,三开水平井眼能平滑地进入煤储层并沿煤层进行钻进第二个稳斜段则主要是为了连通洞穴直井,其长度L3即为整个U型井有效排水降压段的长度。

以沁水盆地某U型井(ZU09井)设计为例,该井预计煤层埋深560m左右,煤储层地层倾角平均4°~5°,但U型井设计方位73.9°,与煤层走向几乎垂直,通过采用五段式设计方法,U型井中水平井第一个增斜段井斜角设计为27.23°,第二段增斜段井斜角89.56°,直井段段长378m,第一个稳斜段段长2.3m,第二个稳斜段段长519.5m,具体设计参数如表1所示,井眼轨迹参加图6。

图5 五段式井眼轨迹设计方法示意图

表1 ZU09-H井主水平井眼设计剖面数据

为了增大U型井单井控制面积,扩大煤层气降压解吸范围,U型井井眼轨迹设计采取了“双翼”U型井井眼轨迹结构(图7)。该井眼轨迹结构的优势在于通过左右侧钻分支井眼分别与洞穴直井相连通,既扩大了煤层气降压解吸范围,又可通过井眼间井间干扰作用加快煤层气的解吸。此外,U型井主水平井眼采用筛管完井,在排采过程中可有效保障U型井煤层气、水流动通道两翼分支井眼采用裸眼完井,由于分支井眼两端分别与主井眼及洞穴直井相连通,因此即便排采过程中分支井眼发生了井眼垮塌、堵塞,仍能最大限度地保障分支井眼内煤层气、水的流动通道。

3.2 充气欠平衡钻井优化设计

由于在U型井充气欠平衡钻井过程中,注气接头系统是下入在水平井第二段增斜段中。以ZU09井为例,由表1中设计参数可以看出,两个增斜段造斜率相差不大(第一段为9.87°/30m,第二段为9.69°/30m),且两者之间的稳斜段长度仅为2.3m,因此为了便于计算,将第一个增斜段、第一个稳斜段、第二个增斜段视为一段,即假定三者为造斜率相同的同一个增斜段。因此,U型井充气欠平衡钻井物理模型可以简化为两部分组成:直井段、造斜(增斜)段,如图8所示。

在造斜段内选取任一微元段ds进行分析(如图8)。

通过对微元体内流体质点建立质量守恒方程、能量守恒方程、伯努利方程、沿程摩擦损失达西公式等,并进行推导计算,可得出增斜段及稳斜段井筒环空内压降计算模型如下[8~10]:

增斜段井筒环空压降计算模型:

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:p为混相流体压力,MPaα为井斜角,(°)ρm为混相流体密度,g/cm3g为重力加速度,m/s2Rw为弯曲段曲率半径,mvm为混相流体平均流速,m/sλ为沿程阻力系数,无因次Db为三开井眼直径,mDP为三开钻杆柱外径,m。

图6 ZU09-H井井眼轨迹示意图

图7 “双翼”U型井井眼轨迹示意图

图8 U型井欠平衡钻井简化物理模型

竖直井筒环空内压降计算公式:

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

图9 井底欠压值随环空注气量变化曲线

图10 井底欠压值随钻井液排量变化曲线

式中:p为混相流体压力,MPay为竖直方向基准坐标轴,mθ为水平井眼倾角,(°)ρm为混相流体密度,g/cm3g为重力加速度,m/s2fm为摩阻系数,无因次vm为混相流体平均流速,m/sD为井眼环空当量直径,m。

以ZU09井为例,利用上述建立的数学计算模型,对注气接头系统不同注气压力、注气量以及不同钻井液排量条件下井底欠压值井下了计算,得出井底欠压值与环空注气量、钻井液排量关系曲线如图9、图10所示。

图9反应的是不同注气压力(Pgas)条件下井底欠压值随环空注气量(Qg)变化曲线。由图可以看出,在同一注气压力下,井底欠压值随着环空注气量的增大呈单调递减变化规律注气压力接近地层压力(Pe=0.82*560*9.8*0.001=4.5MPa)时,井底欠压值随注气量的增大变化较平稳注气压力越大,井底欠压值随注气量的增大波动也较大。图10反应的是不同环空注气量条件下井底欠压值随钻井液排量变化规律。由图可以看出,当环空注气量选在某一合理范围内时,井底欠压值随钻井液排量的增大单调递增当注气量超出该合理范围时,井底欠压值随钻井液排量的变化波动较大。为了满足现场欠平衡钻井工艺要求(井底欠压值控制在-0.5~-0.2MPa之间),综合图9、图10关系曲线,可以优化得出环空注气量、注气压力、钻井液排量的合理取值区间为:环空注气压力控制在4.5~4.7MPa,环空注气量22~25m3/min,钻井液排量13~16L/s。

4 结论

(1)U型井能充分利用倾斜煤层水的重力优势进行排水采气,能有效疏导和沟通煤储层割理、裂缝,改善煤储层导流能力、提高煤层气井的单井产量,因而在煤层气开发中具有良好的应用前景。

(2)水平井煤层段采用PEC筛管完井能有效保护井壁稳定性,减少井眼坍塌即便排采过程中井眼发生局部垮塌,筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道,因此对于构造相对稳定的中高煤阶煤层气开发具有良好的适用性。

(3)充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害,保护煤储层,对于沿煤层钻水平井开发煤层气具有非常好的储层保护作用。

(4)沿煤层顶/底板钻水平井可有效避免粉煤、构造煤等井壁稳定性问题,通过进行定向射孔分段压裂可有效沟通煤储层,释放储层应力,实现煤层气的开采。该技术在下一步低煤阶煤层气规模开发中具有良好的应用前景。

(5)通过采用“五段式”+“双翼”井眼轨迹优化设计方法,既可扩大单井煤层气降压解吸范围,充分利用井间干扰作用加快煤层气的解吸,又能最大限度地保障分支井眼内煤层气、水的流动通道通过合理优化环空注气量、注气压力、钻井液排量等工艺参数,可实现水平井沿煤层欠平衡钻进,从而减少钻井液对煤储层的污染,有效保护煤储层。

参考文献

[1]刘洪林,王红岩,宁宁等.2005.中国煤层气资源及中长期发展趋势预测[J].中国能源,27(7):21~26

[2]刘洪林,王红岩,赵群等.2010.吐哈盆地低煤阶煤层气地质特征与成藏控制因素研究[J].地质学报,84(1):133~137

[3]潘军.1999.直井与水平井欠平衡钻井数值模拟研究[D].四川南充:西南石油学院

[4]鲜保安,夏柏如,张义等.2010.煤层气U型井钻井采气技术研究[J].石油钻采工艺,32(4):91~95

[5]胥思平.2006.欠平衡钻井理论模型及其应用研究[D].山东东营:中国石油大学(华东)

[6]翟光明,何文渊.2008.抓住机遇,加快中国煤层气产业的发展[J].天然气工业,28(3):1~4

[7]翟光明,何文渊.2010.中国煤层气赋存特点与勘探方向[J].天然气工业,30(11):1~3

[8]张义,鲜保安,孙粉锦等.2010.煤层气低产井低产原因及增产改造技术[J].天然气工业,30(6):55~59

[9]张义,鲜保安,赵庆波等.2009.煤层气欠平衡钻井环空注气工艺优化[J].石油勘探与开发,36(3):398~402

[10]张义.2008.羽状水平井欠平衡钻井环空流动特性研究[D].山东东营:中国石油大学(华东)

杨庆龙 吴财芳

( 中国矿业大学资源与地球科学学院 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 徐州 221008)

摘 要: 本文从剖析射孔完井的优缺点出发，结合山西省沁水盆地寺河矿区某井所采取的完井工艺技术，对沁水盆地煤层气气井的射孔完井技术进行适应性探讨。研究发现: 各个地区的地层属性都有其独特性，有必要根据本地区地层的区域性的具体特点，对煤层气井的钻井工艺做出相应的改善必须高度重视煤层气钻井完井过程中压力对煤层的伤害问题研究更低密度、低固相、高强度的水泥浆体系，以及其他低伤害高效压裂液是煤层气钻井完井技术的重要保障。

关键词: 沁水盆地 煤层气 射孔 钻井 完井

Study of Qinshui Basin CBM Technical Adaptation of Perforated Completion

YANG Qinglong WU Caifang

( 1. The School of Resources and Earth Science，China University of Mining and technology， Ministry of Education Key Laboratory of CBM resources and accumulation process， Xuzhou，221008，China)

Abstract: Base on the technology of well completion in Sihe mine of Qinshui Basin，This paper analyzes the advantages of Perforated completion，and Discuss the adaptation about it in Qinshui Basin CBM wells. The results indicate that: the formation of each region has its unique properties，it is necessary to make corresponding im- provement process about the drilling technique of CBM wells according to the regional stratigraphy of the region's specific characteristicswe must attach great importance to pressure harm to coal seam during CBM drilling and completionit is an important guarantee to research more low density，low solids，high strength cement slurry and other low damage，Efficient fracturing fluid for CBM drilling and completion technology.

Keywords: Qinshui BasinCBMPerforationDrillingCompletion

项目资助: 国家 “973”煤层气项目 ( 2009CB219605) 、国家科技重大专项项目 ( 2011ZX05034) 、国家自然科学基金重点项目 ( 40730422) 及青年科学基金项目 ( 40802032) 资助。

作业简介: 杨庆龙，男，1987 年 7 月出生，中国矿业大学资源与地球科学学院，在读硕士，专业方向: 煤层气勘探与开发，Tel: 13852485883，E mail: yangqinglong325@126. com。

自20世纪90年代以来，随着地面煤层气开采技术的引进，山西地面煤层气开发利用发展迅速。截至2009年底，中外十余家企业在沁水煤层气田已建成各类煤层气井2621余口，地面煤层气年抽采能力达到22亿立方米。由于直井钻井成本低、工艺技术简单、技术最成熟。煤层气开发方式以地面垂直井为主。多分支水平井、丛式井试验成功标志着我国煤层气开发技术取得重大突破，但由于该技术属于试验阶段，大规模展开尚需时日。目前完井方式主要有裸眼洞穴完井和套管射孔完井。由于套管射孔完井技术具有对地层适用范围广、层间封隔好，允许进行选择性完井、有利于水力压裂和采气作业、井筒稳定，寿命长，便于修井等优点［1］。所以本地区主要最优的完井工艺依然是套管射孔完井，裸眼洞穴完井的适用性还有待研究。

1 钻井的目的

本井为煤层气开发井，本井完钻层位位于石炭系上统太原组3号煤层底板以下41.54m。本井揭露煤系地层厚度82.36m，共见主要可采煤层1层。3号煤层，位于山西组底部，似金属光泽，镜煤、暗煤次之。其钻探深度为443.85～450.45m，厚度为6.6m。测井为444.02～450.62m，厚度为6.6m，结构简单。钻井目的为开发利用3号煤层的煤层气，降低煤层瓦斯含量。

2 本井的工艺技术

本井井身结构符合设计要求，井身质量合格(图1)。

图1 煤层气井井身结构示意图

2.1 井身结构

(1)一开井身井径φ311.15mm，井深41.06m(钻入基岩26.05m)，下入φ244.50mm的表层套管，为了使水泥浆较为便利的注入井内，表层套管长度为40.23m。固井水泥上返地面。

(2)二开井径φ215.90mm，钻至井深492.16m完钻。下入φ139.70mm的生产套管，套管长490.49m，高出地面0.28m。固井水泥返高为187.50m。

(3)阻位深487.66m，人工井底深度为487.00m。

2.2 井身质量评述

终孔489.00m处井斜为1.1°，该井的最大井斜在井深375.00m处，斜度为1.3°。全井在400m处全角变化率最大，为1.7°/25m。

全井平均井径224.20mm，平均井径扩大率为4.82%，井眼规则。非煤系地层平均井径225.92m，平均扩大率为4.46%。煤系地层平均井径223.56mm，平均扩大率3.54%，全井井径最大处为450～475m深度附近3号煤层底板山西组泥岩坍塌带，最大井径为301.57mm，最大扩大率为39.68%。

井底水平位移5.10m，全井方位均在272°～285°之间变化，闭合方位角为279°。未见井身扭曲现象。

2.3 钻具及钻井液设计

钻具组合如表1所示。

表1 钻具组合

钻井液要求:尽可能采用与煤层水理化性质相近的活性水钻进如井下情况异常需要用钻井液钻进时，钻井液要严格按照保护煤层的要求控制好固相含量(特别是微颗粒和胶体颗粒的含量)和虑失量［2］。

本井采用清水钻进，钻井非煤系地层泥浆比重保持在1.05g/m3以下，钻进煤系地层泥浆比重保持在1.02g/m3以下，完全符合甲方钻井要求。

2.4 固井质量

对水泥浆的要求:严格控制水泥浆的失水量，一般不得超过200mL，水泥石的高压强度要达到14MPa以上水泥至少要反至煤层顶部200m以上才为固井质量合格。

对生产套管的要求:套管串中要有短管，便于用磁定位测井校正射孔深度。短套管的下入深度在煤层顶界5～10m的范围内套管接箍、扶正器及套管其他附件应尽量避开煤层。

该井的套管及水泥浆的使用情况如表2所示。

3 号煤顶板至水泥返高面的距离为252.52m，在完井试压测试中，在15MPa的压力下，经过30分钟的检测，压降为0。固井质量合格。测井曲线解释为煤系地层固井优良率为100%，非煤系地层固井合格率为100%。

2.5 完井设计

井筒与煤层的连通技术要求:井筒与煤层的连接方法采用射孔枪射孔方法。射孔孔径10～15mm孔眼几何形状短轴与长轴之比小于0.8孔径轨迹须沿套管表面螺旋分布，在任一横截面只能最多有一个孔眼孔眼密度为15～25孔/m。孔眼除有效穿透套管和水泥环外，还要尽可能穿透煤层伤害区，进入无伤区。

表2 套管及水泥浆

该井3号煤层使用套管射孔完井，使用牙轮钻头钻完全部孔深，下套管、固井并将煤层用水泥封住后，用射孔器射穿套管、水泥环和部分煤层。射孔参数如表3所示。

表3 射孔参数

2.6 压裂设计

该井采用水基压裂液压裂，液体准备数量及配方:活性水650m3，钻井液用HT01润滑防塌剂325.0kg，钻井液用HT2(腐殖酸钾)防塌剂325.0kg，配方为清水+0.05%HT01+0.05%HT2。支撑剂选择石英砂，数量为:粒径0.15～0.3mm，准备量10.0m3，粒径0.45～0.9mm，准备量26.0m3。压裂车及辅助设备车辆名称及数量如表4所示。

表4 压裂车及辅助设备车辆名称及数量

本井3号煤层设计注入液体566.1m3，石英砂36m3(0.15～0.3mm石英砂10.0m3，粒径0.45～0.9mm石英砂26.0m3)实际注入液体569.6m3，加入石英砂36.0m3(0.15～0.3mm石英砂10.0m3，粒径0.45～0.9mm石英砂26.0m3)，加砂率100%，施工达到了设计要求。

3 排采效果及工艺技术分析

3.1 排采效果

该井从2009年6月17日开始进行排采作业。至2010年4月9日该井煤层气产能随时间的变化关系如图2所示。

由图可知，该井在排采6个月左右达到产气高峰1000m3/d，随着排采过程的继续，排采效果稳定在1000m3/d，之后没有明显的提升。而经过测井计算所得该煤层的天然渗透率为(0.1～1)×10－3μm2，含气量高达22.5m3/t，具有较好的储层参数，与其煤层气井的产能明显不符。

图2 煤层气井前期产能变化曲线

3.2 工艺技术分析

分析该井的排采效果，综合工程的工艺技术特点，除了地质条件影响外，在工程上主要是目前所使用的射孔完井工艺技术存在一定的不足［3］。形成了较大的表皮系数，从而降低煤储层的有效渗透率，对煤储层造成较大伤害。采用射孔完井方式时，对煤层气储层的损害包括钻井过程中钻井液、固井过程中水泥浆以及射孔压裂等三个方面。

本井的钻井方式采用常规的清水钻进，但常规的煤层气钻井方式在本区有一定的局限性。这是由于本区主要含煤地层二叠系下统山西组岩性由灰、深灰色泥岩、砂质泥岩和浅灰色砂岩及煤层组成，钻井液从井底上返至地面的过程中，依次经过泥岩—煤层—灰岩—第四系土层。由于泥岩是水敏性地层，在接触到活性水钻井液之后势必会引起体积膨胀，作用于煤储层之上的应力增大，造成煤储层渗透率降低，在近井筒地段尤为明显，严重影响煤层气向井筒内的渗流。同时，泥岩具有较强的造浆能力(由测井资料可知在井深为450.00～475.00m范围内的井径达到301.57mm，井径扩大率达到39.68%。则从另一方面证明了泥岩的造浆能力)，虽然本井采用清水钻进，在地面控制钻井液体系的固相含量，保持比重在1.02g/m3以下等一系列降低固相含量的措施，但钻井液在经过泥岩层时，经过泥岩的造浆作用，又形成了普通的泥浆体系，这种浆液直接接触煤岩层，则会对煤层造成更大的伤害。

钻井液性能包括钻井液密度、粘度、失水、含砂、pH值等，其中最重要是钻井液密度。本井的固井方式采用密度为1.85g/cm3的水泥浆液，水泥浆固井过程由于较大的水泥浆密度在井筒中存在较高的围压，煤层应力敏感性也同样会造成储层损害问题。压力敏感性是指施加在煤层上有效压力的变化对煤储层微观结构的影响，在宏观上表现为煤层的孔隙度、渗透率随着围压的增加而降低的现象。煤层裂缝和割理发育，由于煤层是一种弹塑体，裂缝在高围压下闭合，这种闭合是不可完全恢复的。郑毅［4］等人研究认为密度为1.85g/cm3的水泥浆所产生的液柱压力对煤储层的伤害也是不可低估的。若钻井完井过程中液柱压力没有控制在煤层压力以下，会造成煤层应力改变和塑性变形，使渗透率无法完全恢复，从而影响产气量。

射孔压裂过程一方面是为气流建立若干沟通气层和井筒的流动通道，另一方面又会对产气气层造成极大的损害，有时甚至超过钻井损害，从而使煤层气井产能很低。压裂液对煤层的伤害也是煤层气井增产效果不理想的重要原因。本井采用的是水基压裂液压裂。水基压裂液的成本低，性能好，易于使用，应用最广泛。但是熊友明［5］等人研究中国煤层多数不含水，目前多采用水基压裂液进行增产改造，而压裂液的返排率仅为35%～68%，剩余水滞留在煤层。由于煤岩具有很强的吸附性，吸附压裂液后会引起煤岩基质的膨胀及堵塞割理，从而降低割理孔隙度和渗透率及限制煤层气的解吸［6］，在一定程度上造成二次伤害，极大地影响了煤层气的产出加之煤层松软、煤粉多，压裂砂的支撑效果相对较差，井筒周边的压裂砂还会因卸压回灌到井筒，这也是导致部分井压裂无效的重要原因。经过压裂施工后有些井的产能只是天然生产能力的20%～30%，甚至完全丧失产能。此外，固井液、压裂液中的固体颗粒侵入煤储层，直接堵塞煤储层的空隙通道，结果将导致降低煤储层的绝对渗透率和相对渗透率，对煤层气井的产能也会造成较大的影响。

综合以上分析并结合本井实况，在完井过程中，要达到煤层气井增产、稳产的效果，需要多种措施来试图降低完井对地层造成的损害。在固井过程中，需要降低作用在煤层上的有效应力，就需要在保证强度的前提下降低固井所采用浆液的密度，使用低密度水泥浆、泡沫水泥浆等，目前，国外已成熟的煤层气井固井技术主要有水泥浆中加入固体降重剂(如粉煤灰、空心微珠等)形成高强度、低密度、低失水水泥浆、在水泥浆中加入氮气组成泡沫水泥浆等。在钻进过程中，需要减少钻井液和煤层的接触，考虑到本井含煤层位的上下部位均有土层，马永峰［7］等提出在含煤层位使用套管外封隔器，这样就有效地防止钻井液和煤层接触。最大限度地降低对煤层的伤害。同时，使用封隔器也解决了固井过程中煤层压力敏感性、水泥浆渗透等一系列问题。若是多煤层煤层气共采，这样就可以分段对煤层进行射孔和压裂施工。在压裂过程中，需要降低压裂液的失水量及固相含量。研制低伤害高效压裂液是当前亟待解决的关键问题，也是今后的发展趋势。泡沫压裂液、清洁压裂液等对低压、低渗煤层气储层比较适用，在沁水盆地已经取得较好的效果［8］。目前该技术成本高、应用范围局限，但前景很好，是值得推广的适宜中国煤层气储层条件的新技术。

4 结论

煤层的渗透性低，孔隙压力低，煤储层保护一直是整个煤层气钻井完井过程施工中必须重点考虑的问题。钻井液、固井液、完井液对煤储层污染程度如何，直接影响到目的煤层物化参数的正确评价及产能的精确评估［9］。如果对完井技术不重视，采取的措施不当，煤层气产能则会遭受重大影响。煤储层保护的核心就是尽量使所采取的钻井完井工艺技术少伤害、不伤害煤层。

(1)各个地区的地层属性都有其独特性，在探明地下煤岩层的地质环境后，有必要根据本地区地层的区域性的具体特点，对煤层气井的钻井工艺做出相应的改善。否则，很难保证不会对煤储层造成更大伤害。

(2)高度重视煤层气钻井完井过程中压力对煤层的伤害问题，在保证携带岩屑、润滑钻具等钻井液的基本功能的前提下，尽量减少钻井液的固相含量、失水量。研究更低密度、低固相、高强度的水泥浆体系，以进一步降低对煤层的液柱压力。

(3)从目前的发展看，今后一段时间水力压裂仍是煤层气增产的首选方法和主要措施，应继续深入对低伤害高效压裂液的研究。

参考文献

［1］傅学海，秦勇，韦重韬.2007.煤层气地质学［M］.徐州:中国矿业大学出版，214～218

［2］孙茂远，黄盛初等.1998.煤层气开发利用手册［M］.北京:煤炭工业出版社，204～237

［3］孟福印，王德桂，徐凤银.2009.从151气1井探索新疆地区低煤阶的高效完井工艺技术［A］.傅学海，秦勇，Geoff G.X.Wang等.煤层气储层与开发工程研究进展［C］徐州:中国矿业大学出版社，574～577

［4］郑毅，黄洪春.2002.中国煤层气钻井完井技术发展现状及发展方向［J］.石油学报，3:81～86

［5］熊友明，童敏，潘迎德.1996.煤层气井完井方式的选择［J］.石油钻探技术，2:48～51

［6］王东浩，郭大立，计勇.2008.煤层气增产措施及存在的问题［J］.煤，3:33～36

［7］马永峰.2003.美国西部盆地煤层气钻井和完井技术［J］.石油钻采工艺，4:32～35

［8］刘贻军.2007.应用新技术促进煤层气的开发［J］.地质通报，5:625～627

［9］田中岚.2001.山西晋城地区煤层气钻井完井技术［J］.煤田地质与勘探，3:25～28

张金成1 王爱国1 王小剑1 丁娜2

(1.大港油田石油工程研究院 天津 300280 2.青海油田钻采工艺研究院 敦煌 736002)

摘要:本文介绍一种应用地球物理方法，即电位法测定压裂裂缝方位、长度等参数的测试技术，它是针对油(煤)层所固有的特点，进行了大量室内外试验及理论研究后取得的科研成果。在简要阐述电位法测试技术的基本原理、测量方法及测量仪器的基础上，文章重点对山西吉试1井、延长油矿8118井的现场应用效果进行了分析，证明了电位法测试技术的可行性及在油(煤)层气田勘探与开发领域中所发挥的重要作用。

关键词:电位法 测量仪器 测量工艺 裂缝监测

Dynamic Testing Technology of Orientation by Potentiometry Method for Coalbed Fracturing

ZHANG Jincheng1WANG Aiguo1WANG Xiaojian1DING Na2

1. Dang Gang Oil Field Co，Tianjin 300280，China2. Qing Hai Oil Field Co，Dunhuang 736002，China

Abstract: An applied geophysics method is introduced in this paper and this is a new testing technology of o- rientation and length by testing potentiometry of coal-bed fracturing. For attaining the scientific research，substan- tial field experiment and the theory study was carried out based on a large number of physical model and indoor ex- periments against the inherent characteristics of coal-bed seams. The measurement technology was assessed in ap- plication that it had high accuracy and not any break to production compared with other measurement meth- ods. After showed the fundamental principles of testing、measuring instruments and measuring methods，the tes- ting data of well JiShi 1 and well WuShi 5 3 was focusly analyzed and the result indicated the testing technology of orientation by potentiometry method was entirely feasible and had more significance for coal-bed fracturing.

Keywords: Potentiometry methodMeasuring instrumentsMeasuring techniqueOrientation of coal-bed fracturing

作者简介: 张金成，1961 年生，高级工程师1990 年毕业于成都地质学院物探系，2002 年毕业于吉林大学地探学院，获工程硕士学位先后在有关刊物发表学术论文十余篇，电位法井间监测技术研究获大港油田集团一等奖多年来一直从事井间监测技术的研究工作。联系电话: 022 25925803 ( 13802162056) E mail: zjc_ 2056@sohu. com

1 研究背景

对煤层气藏的可采储量进行经济评价后，若要经济的开采煤层气，煤层中必须发育并广泛分布裂缝系统(割理面必须与井筒相联)，这样才能加速煤层气的排水降压，促使煤层气解吸并流向井底。众所周知，煤层的主要特征表现在:煤层割理发育、弹性模量低，这样水力压裂在煤层中形成和支撑长裂缝是极其困难的。鉴于此，人们常把水力压裂看作是一种将井筒与割理系统连通的作业过程，但远离井筒后还仍然是与普通砂岩一样，主要以平行于最大主应力方向的弯弯曲曲的垂直裂缝和水平裂缝为主。

针对煤层固有的特点(近于非弹性体)，在“九五”期间进行了地面电位法测定煤层气井压裂裂缝方位的研究与试验工作，2000年在地面电位法技术的基础上，又开展了《动态法测定压裂井压裂裂缝监测技术》的研究工作，成功的研制出DCT50型动态影像监测系统，该系统可对压裂全过程实现实时、可视化动态监测，进一步扩大了方法的应用范围。在此基础上，2008年又开展了一体化精密仪器系统DDPI—EM的研发，并申请相关发明专利两项，这套系统能提供一种高测量精度的、抗干扰的能加载伪随机编码的可控信号，其中的可控信号加载有伪随机编码，在煤层气井内深层发射，在地面测试人工电场时，能够排除干扰背景，可清晰地分辨深层低阻异常体。至此，形成了完整的具有鲜明特色的动态法测定煤层气压裂裂缝方位技术。

2 测试原理和基本公式

假设地层是一个无限大的均匀介质，若通过导线及套管以恒定电流向地层供电，在地层中则形成一人工电场，在供电电极以外任一点M(x，y，z)观测电场的电位为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

对于平面环形测量来说，只与井深h和测量环半径r有关，上式可改写为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:ρ为地层视电阻率(Ω·m)I为供电电流强度(A)h为测试目的层深度(m)r为观测点M到点源dz之间的距离(m)。

当场源为任意形状时，计算外电场电位应在场源处划出一个面元ds，如果ds处的电流密度为j，则从ds处流出的电流为jds，它在观测点M产生的电位dUM仿上式可写为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

积分得外电场电位:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

从(3)式看出，当观测点M相同时，由于场源的几何形状不同，所产生的电位值也不相同。

压裂施工中，如果所用的压裂液相对于地层为一个良导体，即液体电阻率与地层介质的电阻率相比差异较大时，利用被测井套管向地层供以高稳定度的电流(被伪随机码调制)，这部分压裂液在地层中即可看作为一个场源，由于它的存在将使原电场(未进行压裂施工前的地面电场)的分布形态发生变化，即大部分电流集中到低阻体带，这样势必造成地面的电流密度减小，地面电流密度减小相应的地面电位也会发生较大的变化。鉴于此，若在被测压裂井周围环形布置多组测点，采用高精度的电位观测系统，实时监测压裂施工过程中地面电位变化，并通过一定的数据处理，就可达到实时解释裂缝延伸方位等有关参数的目的(图1)。

图1 压裂裂缝监测原理图

3 测量仪器系统

系统的总体研制方案(图2):整体仪器设计其主要的设计思想就是采用整体系统思维方法，不再认为发射仪和接受仪是各自独立的模块，而是相互共同工作和反馈的统一体，它们由单片机C8051F236共同管理。单片机与个人电脑进行通讯，最终实现由计算机统一管理，最终仪器系统主要性能指标如下:

·最大输出电流:20A

·最大输出电压:500V

·稳流精度:1%内(在负载变化±20%，输入变化±20%以内)

·频率稳定度:0.01%

·输入阻抗:80MΩ

·分辨率:1μV

·电位测量精度:优于0.5%

·动态监测范围±2V。

图2 系统总体研制方案

4 野外工作的方法技术

4.1 测点及测线布置

测点的布置是以A井为圆心环形设置内(N)、中(COM)、外(M)呈放射状对应的多环测点，测点间夹角为15°，测环半径可用经纬仪或红外测距仪测定，同时测点位置要有明显的标志，以保证两次测量没有几何误差在测点布置完后敷设测网，在有条件的地区，测量电极、测量线及供电线预先埋设或布置，这是保证测量精度的重要方面(图3)。

图3 测点及测线布置

4.2 B井的选择

在压裂井A周围形成人工电场，还应在A周围再选一口井B使之与压裂井A形成闭合回路，AB两井之间距离一般应大于A井的压裂层段深度，而不应太小，这样做改善了AB间表层电流密度大的情况，有利于提高充电异常的分辨力，通常遵循以下原则进行选择:(1)AB之间距离D>压裂层位的深度H(m)，(2)B井深度HB≥A井压裂层位的深度H(m)。

4.3 降低压裂液电阻率

压裂液电阻率与压裂层段围岩介质电阻率的差异越大，就越有利于异常显示。为了达到这个目的。压裂施工中必须在压裂液中加入有利于导电的金属盐类，通常可按3%比例在压裂液中加入食盐即能达到导电性差异的要求。

4.4 施工工序

主要施工步骤如下:①按施工设计布置测点(夹角一般为15°，测环数随地质任务而定)、测线及供电线②选择发送与接收系统参数(如码宽度和码长)，进行调试使之满足设计要求的测量精度③注液施工，同时测试工作也开始进行，直至注液施工结束。

4.5 数据处理

在实际数据处理工作中，我们选用了“视纯异常法”进行数据处理，考虑供电电流的变化，需要对注入工作液前、后测得的电位差数据进行了归一处理。即:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:US为标准视纯异常(mV/A)UQMN、UHMN分别为注入工作液前、后测得的电位差数据(mV)IQ、IH分别为注入工作液前、后时的供电电流(A)。

数据处理后，给出了视纯异常曲线图和环形图。在视纯异常曲线图中横坐标表示测点的方位角，纵坐标表示视纯异常值在视纯异常环形图中，圆点为被测井，环外标出测试点方位角，正北方向(N)为0°并顺时针旋转，90°为正东(E)方向、180°为正南(S)方向、270°为正西(W)方向。

5 现场应用实例

5.1 吉试1井测试

吉试1井是煤层气项目经理部在山西大宁吉县地区部署的一口煤层气勘探评价井，其地理位置在山西省蒲县皮条沟村西200m，构造位置为鄂尔多斯盆地东部晋西饶褶带古驿背斜。为了确定吉试1井煤层压裂裂缝的延伸方向，煤层气项目经理部委托大港油田钻采院，对该井的8#煤的压裂裂缝方向进行测试，由图4至图6可以看出:Us视纯异常曲线在360°范围内出现了近两个周期的变化，极小值分别对应了No.16(N45°E)和No.4(S45°W)，且两者的异常幅度差很大。认为压裂施工所形成的裂缝为一对称不等长裂缝，根据反演计算，NO.16(N45°E)方向的裂缝长度为89m，NO.4(S45°W)方向的裂缝长度为66m(图6)。

5.2 武试5-3井测试

图4 吉试1井8#煤80100视纯异常曲线

图5 吉试1井8#煤100120米视纯异常曲线

武试5井组的各井位置见图7所示，本次现场实施压裂裂缝测试的是武试53井，试验井组所在区块以往探井的施工资料表明该区块延伸压力梯度变化很大，部分井延伸压力梯度很高，尤其是中心井武试5井，延伸压力梯度高达0.044MPa/m，在前置液阶段甚至高达0.05MPa/m，一方面反映了区域煤层的非均质性，另一方面反应煤层裂缝非常复杂，延伸困难。总体评价是:特低孔、特低渗，目的层上下隔层有一定的应力遮挡效果延伸压力梯度变化较大，部分井延伸压力梯度较高，煤层多裂缝发育程度高，裂缝延伸困难。

图6 吉试1井8#煤测试成果图

图7 武试5井组位置图

现场测试资料数据处理后所得到的视纯异常曲线见图8至图10，①视纯异常曲线在360°范围内出现了近两个周期的变化，认为压裂施工中，形成了两翼对称不等长裂缝，裂缝中心方位角为30°和210°方向，其中60°方向为长裂缝(图8，9)②经模拟计算，30°方向裂缝长度为79.96m，210°方向裂缝长度为60.97m(见图10)。

图8 武试5—3井视纯异常曲线

6 结论

应用地球物理方法来研究和确定油(煤)层水力压裂裂缝方位，在生产与科研中具有实际应用的意义，同时该研究成果也为电位法开辟了新的领域。它是以充电法的基本理论为依据，通过对结合实际所给数学模型的合理分析和比较系统的物理模拟试验取得的，如按所提供的一套野外工作方法与技术并采用研制的动态观测系统在所论的条件下，可较成功的用来确定埋藏深度在3000m以内压裂裂缝的主导方位和该基础上所进行的裂缝长度的预测研究，这不仅对研究压裂工艺效果，合理的经济的制定开发方案有一定的指导意义，而且对解决其他类似工程问题也有一定的参考价值，故具有广阔的应用前景。

图9 武试5—3井视纯异常环形图

图10 武试5-3井裂缝长度等值线图

参 考 文 献

傅良魁主编 . 1983. 电法勘探教程 . 地质出版社，5，( 1) 16 ～17

江汉石油学院测井教研室编 . 1981. 测井资料解释 . 石油工业出版社

张金成 . 2001. 电位法井间监测技术 . 地震地质 Vol. 23 ( 2) 292 ～300

Bartel L C，McCann R P and KecK L J. 1976. SPE 6090. Presented at the SPE 51st Annual Fall Meeting in New Orleans， Louisiana，Oct. 4 ～ 6.

McCann R P and KecK L J. 1976. SAND 76 0379，Sandia Laboratories，Aug.

TD 矿业工程

1．煤炭学报 2.中国矿业大学学报 3.煤炭科学技术 4.金属矿山 5.非金属矿 6.煤矿安全 7.矿山压力与顶板管理 8.矿山机械 9.矿业安全与环保 10.中国煤炭 11.中国矿业 12.辽宁工程技术大学学报.自然科学版 13.煤炭工程 14.矿冶工程 15.煤田地质与勘探 16.煤矿机械 17.矿业研究与开发 18.选煤技术 19.煤矿自动化（改名为：工矿自动化） 20.西安科技学院学报 21.湘潭矿业学院学报 22.化工矿物与加工 23.洁净煤技术

TE 石油,天然气

1.石油学报 2.石油勘探与开发 3.石油地球物理勘探 4.油田化学 5.石油炼制与化工 6.石油大学学报.自然科学版 7.天然气工业 8.石油学报.石油加工 9.石油钻采工艺 10.油气储运 11.钻井液与完井液 12.石油机械 13.石油与天然气地质 14.炼油技术与工程 15.油气田地面工程 16.钻采工艺 17.石油化工 18.新疆石油地质 19.大庆石油地质与开发 20.石油实验地质 21.石油与天然气化工 22.油气地质与采收率 25.大庆石油学院学报 26.江汉石油学院学报

吴 见 王赞惟

( 中联煤层气有限责任公司，北京 100011)

摘 要: 我国低煤阶煤层气资源十分丰富，但目前开发效果不明显。本文总结了低煤阶煤层气勘探开发现状，对五个煤层气盆地进行了特征对比。依据准南项目工作经验，提出了低煤阶煤层气井网部署、钻完井技术、排采技术等方面的认识。

关键词: 低煤阶 煤层气 研究进展 认识

The Low Rank Coalbed Methane Research Progress and Recognition of South Junggar Basin

WU Jian WANG Zanwei

( China United Coalbed Methane Corporation Ltd. Beijing 100011)

Abstract: Low rank coalbed methane is abundant in China，but with poor developing result. This article summarizes the current situation of CBM exploration and development，and developes a characteristic contrast of five CBM basins. Based on south Junggar Basin item，this article put forward the recognition about network deploy- ment，drilling and completion and draining technology.

Keywords: South Junggar BasinLow rankCoalbed methaneResearch progressRecognition

作者简介:吴见，男，(1983年生)，2009年毕业于中国矿业大学(北京)，硕士研究生，工程师，从事煤层气资源评价等工作。地址:北京东城区安外大街甲88号，100011。E-mail:ilcby@163.com。

1 前言

低阶煤是煤化作用早期阶段形成的产物，通常指碳含量低、挥发份高、发热量较低的褐煤、长焰煤和不粘煤等，煤岩镜质体反射率Ro<0.65%。

我国煤层气资源十分丰富，新一轮全国油气资源评价(2007年)结果表明:中国42个主要含煤盆地2000m以浅煤层气资源量为36.81×1012m3，其中低阶煤层气约占煤层气总资源量的36%。主要分布在侏罗系、下白垩统和第三系，其次为石炭二叠系。侏罗系低阶煤主要分布于中国西北部的80余个不同规模的内陆坳陷盆地，如准噶尔、吐哈、伊犁、塔里木等盆地下白垩统低阶煤主要分布于大兴安岭以西的40余个规模不等的中新生代断陷盆地，如伊敏、霍林河、胜利、扎赉诺尔、大雁等盆地第三系低阶煤分布于沈北、珲春、舒兰、梅河等盆地。中国低煤阶煤层气资源量巨大，形成了良好的勘探开发资源基础。开展低煤阶煤层气资源评价研究，探索勘探开发工艺技术具有积极的意义。

2 国内外研究现状

2.1 理论基础

美国的煤层气开发首先是在圣胡安和黑勇土两个盆地的中煤阶煤中取得突破，并由此形成了煤层气产出的“排水—降压—解吸—扩散—渗流”理论。20世纪90年代，美国又提出“生物型或次生煤层气成藏”理论，并在尤因塔、粉河盆地上白垩统煤系地层勘探取得成功，实现了低煤阶煤层气的商业性开发。加拿大注重发展连续油管压裂、二氧化碳注入、水平羽状井等增产技术。澳大利亚发展了针对低渗透特点的地应力评价理论和水平井高压水射流改造技术，均实现了煤层气开发突破。同时，也证明了美国煤层气理论的适用性，根据煤层气资源条件进行借鉴应用和适宜性改进，可以促进中低煤阶煤层气资源开发。

中国实现煤层气资源开发的突破区是高阶煤，目前，中联公司、中石油、蓝焰等公司在沁水盆地实现了无烟煤煤层气地面商业化开发，形成了创新性煤层气开发技术体系，解决了高阶煤煤层气勘探开发的技术和模式问题，可保证煤层气地面开发的顺利进行，具有国际领先水平在低煤阶煤层气研究方面，开展了大量的工作，比如总结出影响低阶煤煤层气富集的关键因素是封堵，而构造、岩性和水动力是形成煤层气封堵的主要因素(傅小康，2006)开展了中国低煤阶煤层气藏的地质特征和成藏模式研究，提出低煤阶煤层气成藏模式(孙平，2009)介绍国外成功应用的低煤阶煤层气勘探开发技术，对我国的低煤阶煤层气资源与勘探开发前景进行了初步分析、评估和展望(李五忠，2008)。对于低煤阶煤层气资源的富集模式、成藏条件、储层特征以及钻完井等施工技术开展了理论研究和实践应用总结，在准南煤层气资源勘探开发方面，也形成了诸多研究成果，对于促进我国低阶煤煤层气资源发展起到了积极的作用。在总结国内外低煤阶煤层气研究成果的基础上，以准南地区为对象，提出低煤阶煤层气勘探开发的一些认识。

2.2 开发现状

全球已有29个国家开展了煤层气研究、勘探和开发，其中，美国、加拿大、澳大利亚、中国已形成煤层气产业(图1)。2009年美国煤层气年产量542亿m3，占当年美国天然气产量的8.7%，在尤因塔、粉河盆地等的低煤阶煤层气资源开发突破，实现了煤层气产量的大幅增长。粉河盆地主要为低煤阶褐煤，深部存在高挥发分烟煤，煤层气以生物成因气为主且主要通过微生物发酵代谢途径形成。富集区带的高产是由于同时存在超压承压和水动力捕集致使煤层再饱和的运移热成因气和生物气而造成的，煤层气开发区位于盆地东缘浅部位。同时澳大利亚在低煤阶的苏拉特(Surat)盆地、加拿大在阿尔伯塔盆地成功实现煤层气规模开发。国外煤层气开采实践已证实，低煤阶煤层同样具有产气能力，完全可以实现规模化商业性生产。

2010年中国地面煤层气产量仅为14.5亿m3，占常规天然气总产量的1.5%，几乎全部来自沁水盆地无烟煤煤层气资源开发。而美国在粉河盆地2006年底年产气量就超过140亿m3，实现了低煤阶区煤层气的大规模开发。中国低煤阶煤层气资源十分丰富，若实现技术突破推动低煤阶煤层气资源开发，中国煤层气产量将大幅增加。

图1 煤层气年产量曲线

3 中国低煤阶煤层气基本特征

中国典型的低煤阶含煤盆地具有煤层层数多、厚度大、分布广泛的特点，弥补了含气量小的缺点，使得低煤阶煤层气具有良好的勘探开发前景。低煤阶煤层气藏以美国的粉河盆地为代表，在盆地开发初期，认为低含气量、低地层压力将阻碍煤层气的发展，但独特的地质条件和煤储集层特征、理论和技术进步带来的全新完井工艺技术理念，推动了该盆地煤层气商业性开发，成为低煤阶煤层气开发的示范。中国准噶尔盆地煤层气藏与美国粉河盆地煤层气藏的成藏特征极为相似，含气量明显高于粉河盆地，粉河盆地的煤层气商业开发给准噶尔盆地煤层气的勘探开发提供了思路和借鉴。

选择北部的二连盆地、中部的鄂尔多斯盆地、实现高煤阶煤层气商业化开发的沁水盆地以及国外具有代表性的低煤阶煤层气区粉河盆地进行特征对比。其中北部的二连盆地群，是我国重要的低煤阶聚煤区，霍林河地区是二连盆地群典型的聚煤盆地。而中部的鄂尔多斯盆地侏罗系，截至2010年5月底，共钻煤层气探井17口，部分井目前已获得了工业气流。其中铜川矿务局与煤炭科学研究总院西安研究院在焦坪矿区合作开发一口煤层气井，井深628米，排采一个月后日产气量达到了1000m3，之后产气量维持在1000～1500m3/d。准南地区施工煤层气井14口，阜试1井和ZN－01井获得了连续排采数据，为准南地区排采特征的研究和排采制度的制定提供了原始数据。

相对于高煤阶含气量高的特点而言，低煤阶地区具有渗透率好、煤层厚度大等特点，保证了低煤阶煤层气开发的资源条件和煤层气产出的有利条件。比如沁水盆地主要含气区含气量在10m3/t以上，普遍高于低煤阶几立方米的含气量，但低煤阶煤层气藏的渗透率一般大于高煤阶煤层气藏，美国粉河盆地低煤阶煤层气藏渗透率一般为35～450mD，鄂尔多斯盆地乌审旗地区、准南地区主力煤层都在10mD，而沁南高煤阶煤层气藏渗透率一般小于2mD，同时，煤层厚度也普遍高于沁水盆地。

表1 煤层气盆地主要特征对比表

相对于国内其他低煤阶地区，准南地区具有更高的含气量，煤层厚度适中，但地层倾角大，加大了开发难度，与粉河盆地具有诸多的相似性，煤储层渗透率高，煤层厚度大，地层倾角大，粉河盆地成功的勘探开发模式和技术对准南地区具有更好的适用性。

4 准南煤层气基本特征

本区含煤地层主要为侏罗系中统西山窑组(J2x)和下统的八道湾组(J1b)，煤层赋存条件相对较好的区域主要分布于玛纳斯河至阜康大黄山区段，其中八道湾组富煤带位于阜康水西沟一带，西山窑组富煤带展布于玛纳斯乌鲁木齐。西山窑组可采煤层总厚度6～45.24m，八道湾组可采煤层总厚度2.50～45.32m。煤类以长焰煤、气煤为主。含气量较高的地区分布在乌鲁木齐河白杨河区域，主可采煤层含气量均能达到10m3/t以上阜康大黄山和乌鲁木齐矿区最高气含量均达到15cm3/g左右。该地区孔裂隙发育，煤层渗透率高，利于煤层气开采。储层压力总体处于稍欠压和正常压力状态。准南地区煤层基本特征总体为高倾角、厚煤层、高含气量、中渗透率、稍欠压。

目前普遍认为准噶尔盆地等具有良好的煤层气勘探前景，是我国低煤阶煤层气勘探开发潜在的接替领域，力争在低煤阶煤层气勘探开发领域取得突破。依据《中国西部低阶煤煤层气资源调查研究成果报告》(中联煤层气公司，2005)，准噶尔盆地共有5个低阶煤煤层气富集区，而准噶尔盆地南缘为最具有潜力的地区，准噶尔盆地南缘是现在新疆具有较好条件的勘探开发区域。

5 准南勘探现状

至2010年底，准南地区施工了7口参数井、3口生产试验井、1口参数+生产试验井，共11口井。

在准南地区实施排采的煤层气井共有4口。2006年中石油在呼图壁施工了昌试1井、昌试2井，套管完井，通过造穴射孔、压裂进行储层改造，煤层最高实测含气量为7m3/t(深度890～1070m)2008年，新疆煤田地质局在阜康地区实施阜试1井，42号煤层为射孔高能气体压裂，44号煤为洞穴完井，同年11月开始排采，12月9日点火成功，在排采过程中，日最大产气量近1000m32009年中联公司与新疆煤田地质局在阜康地区实施ZN01井，是一口套管完井的煤层气生产井加参数井，测试42号煤层平均含气量9.6m3/t，对42号煤层(880～888m)进行压裂，目前正进行排采，产气量较小。

图2 准南地区煤层气井分布图

总体上，准南地区的煤层气勘探开发处于勘探初期阶段，目前已初步完成了选区评价工作，对地区煤层气地质条件和储层特征有了一定认识，同时实施了十余口煤层气井，4口井进行了生产试验，获取了部分煤储层参数和生产特征数据，在煤层气井钻井、储层改造、排采方面积累了宝贵经验。勘探开发工作集中在阜康、后峡、硫磺沟玛纳斯地区，也是工作的优先区和重点区。新疆煤田地质局在阜康白杨河地区，以阜试1井、ZN01井为基础，已开展小井网建设，拟在该地区初步建成煤层气开发利用基地，起到示范带动作用。

6 勘探开发建议

6.1 井网部署

由于该区地层倾角较大(阜康有利区地层倾角在45°～50°)，根据高倾角地层压降漏斗的特点，考虑采用三角形构成的梯形网。即布设两条线(井距大约300m)，线距200m(垂深700m～900m)，共布置5个井(杨曙光，2010)。井网井型的确定应采用数值模拟进行优化部署，建议尽快开展数值模拟工作，以确定合理的布井间距。

6.2 钻完井技术

(1)大倾角、高渗区:准南阜康地区煤层倾角大、渗透率偏高地区，可以采用大倾角斜井钻井技术，以及U型水平井技术(U型定向斜井)。斜井沿煤层倾向从高向低钻进，保证了与煤层的最大限度接触面积，预期可实现单井产量提高3～5倍

(2)厚煤层:阜康地区主力煤层厚度大于20米，ZN01井进行了水力携砂压裂，压裂过程和压裂曲线都比较理想，但由于地应力较高，可能裂缝压开后，随着井内压力被释放，压开的裂缝又闭合，从而造成煤层的渗透性减弱，可试验注N2，CO2置换工艺技术，查看实际应用效果。

(3)煤层较松软、破裂压力较低:煤层气井固井一般水泥返深在最上层煤层顶板以上200m，ZN01井目的层42号煤层距最上层煤层39号煤层100余米，煤层破裂压力较低，可能对煤储层造成了一定影响。水泥返深应根据煤层埋深、破裂压力、煤质等状况确定，合理控制水泥浆量与顶替液量，在煤层较松软、破裂压力较低时，合理降低水泥返深，降低固井液密度，防止煤层在固井时压裂，保证固井质量，保护煤储层。

6.3 排采

煤层气主要以吸附状态储存于煤层中，因此，煤层气井的生产是通过抽排煤层或顶底板含水层的承压水，降低煤储层压力，促使煤储层中吸附的煤层气解吸。煤层气井的产气量大小、生产周期则直接受控于排采制度的调整以及设备的选型。因此在排采过程中，必须选择适合该煤层气井地质、储层条件和不同生产阶段的排采工艺技术。

总体原则是排液应连续平稳，保持动液面平稳下降，禁止间歇间排和排量的大起大落而造成生产压差上下波动，至使储层激动、吐粉、垮塌。

依据中联公司在沁南地区排采经验，排水降压阶段，为使井底和储层间的压差变小，并维护煤层结构的完好，宜采用定压排采制度，根据本区地层水的情况和煤层强度，控制适中的排采强度，保持液面平稳下降。阜康地区主力煤层埋深近900米，目的层较深，排水降压后期液面下降每天不宜超过50m。一方面是防止煤粉和压裂砂抽吸过程中在井筒附近聚积堵塞煤缝隙，二是避免进入泵筒引起泵堵，因为每一次的停泵检修，都是对煤储层的一次伤害，三是如果井底压力释放过快，受上覆地层压力的影响，前期改造好的气体运移通道将受到大力挤压，从而使通道闭合，降低渗透率稳产阶段，宜采用定产排采制度，即通过控制井底压力来控制产气量。通过降低套压或降低动液面都可以达到降低井底压力、增加产气量的目的。

参考文献

雷怀玉，孙钦平，孙斌等.2010.二连盆地霍林河地区低煤阶煤层气成藏条件及主控因素，天然气工业［J］.26～30

李嘉川，王小峰，石兆彬等.2011.中国煤层气开发现状与建议，科技创新导报［J］.8:43～43

李五忠，田文广，孙斌等.2008.低煤阶煤层气成藏特点与勘探开发技术，天然气工业［J］.28(3):23～30

马财林，张铭记，权海奇等.2010.鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气勘探开发潜力评价.煤层气勘探开发理论与技术——2010年全国煤层气学术研讨会论文集.157～166

孙平，王勃，孙粉锦.2009.中国低煤阶煤层气成藏模式研究，石油学报［J］.36(1):648～653

王勃，李景明，张义等.2009.中国低煤阶煤层气地质特征，石油勘探与开发［J］.30(5):30～34

鲜保安，夏柏如，张义等.2010.煤层气U型井钻井采气技术研究，石油钻采工艺［J］.32(4):91～95

杨曙光，周梓欣等.2010.新疆阜康市阜试1井煤层气产气分析及小井网布设建议，中国西部科技［J］.9(26):3～9

张 义 鲍清英 孙粉锦 张继东

( 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007)

摘 要: 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、沿顶/底板钻井分段压裂等 U 型井钻完井新技术研究。研究结果表明: 水平井煤层段采用 PEC 筛管完井能有效保护井壁稳定性，减少井眼坍塌，即便排采过程中井眼发生局部垮塌，筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害，保护煤储层沿煤层顶/底板钻水平井可有效避免粉煤、构造煤等井壁稳定性问题，定向射孔分段压裂可有效沟通煤储层，释放储层应力，实现煤层气的开采。通过对井眼轨迹和钻井工艺参数进行优化设计，可增大煤层气降压解吸范围，加快煤层气解吸，并减少煤储层伤害。

关键词: U 型井 筛管完井 欠平衡钻井 分段压裂 优化设计

Study on Drilling and Completion Technologies for Coalbed Methane U-shaped Wells

ZHANG Yi BAO Qingying SUN Fenjin ZHANG Jidong

( Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang，PetroChina， Langfang 065007，China)

Abstract: In order to solve the problems in producing coal bed methane，some new drilling and completion technologies for coal bed methane U-shaped wells are studied in this paper. With the study on such technologies，it comes to conclude that the PEC sieve tubes used for horizontal wells not only can protect the stability of boreholes， but also can provide good channels for coal bed water and coal bed methane flowing. The coal seams can be protec- ted from pollution with the use of aerated under-balanced drilling technology. The borehole wall is easy to collapse while drilling in pulverized coal or tectonically deformed coal，for such coal seams，it should be better to drill wellbores in its roof or floor and then use the oriented perforating and staged fracturing technologies to intersect the coal seams and release the reservoir stress，as a result to produce the coal bed methane. After optimizing the well paths and drilling parameters such as annular gas injection rate，gas injection pressure，mud discharge rate，and so on，it can enlarge the desorption range of coal bed methane，accelerate the desorption rate of coal bed meth- ane，and also protect the coal seams from pollution.

Keywords: U-shaped wellsscreen completionunder-balanced drillingstaged fracturingoptimal design

作者简介: 张义，1983 年生，工程师，硕士，主要从事煤层气多分支水平井、欠平衡钻井及钻完井新技术等方面的研究。电话: ( 010) 69213514。E mail: zhangyi15@ petrochina. com. cn

我国煤层气资源丰富。全国埋深2000m以浅的煤层气资源量大约为36.81×1012m3，其中，中、高煤阶煤层气资源量约为21.68×1012m3，占总资源量的58.9%，低煤阶煤层气资源量约为15.13×1012m3，占总资源量的41.1%［1，2］。中高煤阶煤层气开发目前采用的钻完井技术主要为直井水力压裂、定向井/丛式井、多分支水平井等，但由于中高煤阶煤层气富集地区(如沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等)地形条件比较复杂，多以山地、沟壑为主，地表高差大，水力压裂施工难度大，且煤岩机械强度低，多分支水平井在排采过程中随着储层压力的降低，主支及分支井眼周围煤层易发生破碎、垮塌，部分直井、水平井单井产气效果差，有的产气量一直很低，有的前期产量高、后期递减严重且无法恢复低煤阶煤层气的开发目前尚处于研究探索阶段［3～5］。因此，为了进一步丰富煤层气开发技术和推动高、中、低煤价煤层气的全面开发，开展U型井等煤层气钻完井新技术研究具有非常重要的意义。

1 U型井技术简介

U型井一般由洞穴直井和定向水平井两口井组成，由于水平井在水平段的靶点末端与洞穴直井相连通，两口井形成一个“U”字形的井筒结构，因此形象地称为U型井(如图1所示)。煤层气U型井中洞穴直井一般布置在煤储层构造低部位(见图1中A井)，水平井布置在煤储层构造高部位(见图中B井)。在钻井过程中，当水平井造斜进入目的层以后沿目的层倾向从高端向低端钻进，并与洞穴直井定向连通(参见图1中CD段)［6］。

图1 U型井示意图

整个U型井的有效排水采气井段为水平井，位于煤层/目的层中的斜直井段CD段。由于煤层气U型井这种独特的井身结构充分利用了倾斜煤层水的重力优势，在生产阶段煤层水很容易依靠重力作用排到生产井A井的井底，再经过排采设备抽排到地面，因此非常有利于排水降压采气和排除煤粉。

U型井技术由于能够有效疏导和沟通煤储层割理、裂缝，从而改善煤储层导流能力、提高煤层气井的单井产量，因此该技术目前在国外(尤其是澳大利亚)的煤层气开发中得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。澳大利亚博恩盆地和苏拉特盆地等高渗煤层气富集区的U型水平井单井产量达到7000～50000m3/d。国内该技术目前山西晋城、寿阳地区及山西保德等地区煤层气开采中也开展大量的应用试验，取得了初步成功。

2 U型井钻完井新技术研究

2.1 沿煤层钻井筛管完井技术

图2 U型井沿煤层钻井筛管完井示意图

沿煤层钻井筛管完井技术即水平井在二开完钻以后，三开沿煤层进行定向钻进与洞穴直井相连通，并在煤层段下入Φ78mm的PEC筛管进行完井(图2)。由于PEC筛管具有良好的挠度和强度，下入水平井眼煤层段后对井壁具有一定的支撑作用，能有效保护井壁稳定性，减少井眼坍塌即便在煤层气排采过程中，随着储层压力的降低，井壁失稳，水平井眼局部发生一定程度的垮塌，筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道，从而避免出现目前部分多分支水平井存在的井眼垮塌、堵塞气、水流动通道，煤层气产量严重下降的现象。该技术对于构造相对稳定的中高煤阶煤层气开发具有良好的适用性。

2.2 沿煤层充气欠平衡钻井技术

沿煤层充气欠平衡钻井技术即水平井二开完钻后，通过二开技术套管在水平井造斜段下入特定的注气接头系统图3)。当水平井在煤层中沿煤层定向钻进时，通过注气接头系统进行环空注气，降低水平井环空液柱压力，从而可实现水平井在煤层中的欠平衡钻进［7］。

图3 注气接头系统示意图

由于煤层割理、裂缝发育，钻井过程中煤储层易受钻井液的污染，致使煤储层渗透率严重下降，且这种储层渗透率伤害具备不可逆性，因此采用充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害，可有效保护煤储层。该技术对于沿煤层钻水平井开发煤层气具有非常好的储层保护作用。

2.3 沿顶/底板钻井分段压裂技术

沿顶板/底板钻井分段压裂技术即U型井二开完钻后，三开沿煤层顶部/底板或煤层间隔层进行定向钻进与洞穴直井相连通，下套管固井，三开水平段采用定向分段射孔压裂完井(图4)。该技术根据水平段长度进行合理地分段，通过定向射孔大排量水力压裂可有效沟通煤储层，释放储层应力，从而实现煤层气的开采。该技术对于构造煤、粉煤发育的煤储层煤层气开发具有良好的应用可行性，在下一步低煤阶煤层气规模开发中也具有良好的应用前景。

图4 U型井沿顶/底板钻井分段压裂示意图

3 U型井欠平衡钻井优化设计

3.1 井眼轨迹优化设计

为了使水平井二开完钻后能顺利地进入煤层并沿煤层定向钻进，水平井井眼轨迹设计采取“双增双稳”五段式井眼轨迹设计方法，如图5所示。

在井眼轨迹设计过程中，第一个增斜段井斜角α1及第一个稳斜段长度L2的确定主要依据煤储层埋深而定第二个增斜段的井斜角α2则主要根据煤储层地层倾角而定，其目的是为了二开完钻后，所钻井眼井斜角与煤储层地层倾角基本一致，三开水平井眼能平滑地进入煤储层并沿煤层进行钻进第二个稳斜段则主要是为了连通洞穴直井，其长度L3即为整个U型井有效排水降压段的长度。

以沁水盆地某U型井(ZU09井)设计为例，该井预计煤层埋深560m左右，煤储层地层倾角平均4°～5°，但U型井设计方位73.9°，与煤层走向几乎垂直，通过采用五段式设计方法，U型井中水平井第一个增斜段井斜角设计为27.23°，第二段增斜段井斜角89.56°，直井段段长378m，第一个稳斜段段长2.3m，第二个稳斜段段长519.5m，具体设计参数如表1所示，井眼轨迹参加图6。

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

表1 ZU09-H井主水平井眼设计剖面数据

为了增大U型井单井控制面积，扩大煤层气降压解吸范围，U型井井眼轨迹设计采取了“双翼”U型井井眼轨迹结构(图7)。该井眼轨迹结构的优势在于通过左右侧钻分支井眼分别与洞穴直井相连通，既扩大了煤层气降压解吸范围，又可通过井眼间井间干扰作用加快煤层气的解吸。此外，U型井主水平井眼采用筛管完井，在排采过程中可有效保障U型井煤层气、水流动通道两翼分支井眼采用裸眼完井，由于分支井眼两端分别与主井眼及洞穴直井相连通，因此即便排采过程中分支井眼发生了井眼垮塌、堵塞，仍能最大限度地保障分支井眼内煤层气、水的流动通道。

3.2 充气欠平衡钻井优化设计

由于在U型井充气欠平衡钻井过程中，注气接头系统是下入在水平井第二段增斜段中。以ZU09井为例，由表1中设计参数可以看出，两个增斜段造斜率相差不大(第一段为9.87°/30m，第二段为9.69°/30m)，且两者之间的稳斜段长度仅为2.3m，因此为了便于计算，将第一个增斜段、第一个稳斜段、第二个增斜段视为一段，即假定三者为造斜率相同的同一个增斜段。因此，U型井充气欠平衡钻井物理模型可以简化为两部分组成:直井段、造斜(增斜)段，如图8所示。

图6 ZU09-H井井眼轨迹示意图

图7 “双翼”U型井井眼轨迹示意图

在造斜段内选取任一微元段ds进行分析(如图8)。

通过对微元体内流体质点建立质量守恒方程、能量守恒方程、伯努利方程、沿程摩擦损失达西公式等，并进行推导计算，可得出增斜段及稳斜段井筒环空内压降计算模型如下［8～10］:

增斜段井筒环空压降计算模型:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:p为混相流体压力，MPaα为井斜角，(°)ρm为混相流体密度，g/cm3g为重力加速度，m/s2Rw为弯曲段曲率半径，mvm为混相流体平均流速，m/sλ为沿程阻力系数，无因次Db为三开井眼直径，mDP为三开钻杆柱外径，m。

图8 U型井欠平衡钻井简化物理模型

竖直井筒环空内压降计算公式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:p为混相流体压力，MPay为竖直方向基准坐标轴，mθ为水平井眼倾角，(°)ρm为混相流体密度，g/cm3g为重力加速度，m/s2fm为摩阻系数，无因次vm为混相流体平均流速，m/sD为井眼环空当量直径，m。

以ZU09井为例，利用上述建立的数学计算模型，对注气接头系统不同注气压力、注气量以及不同钻井液排量条件下井底欠压值井下了计算，得出井底欠压值与环空注气量、钻井液排量关系曲线如图9、图10所示。

图9 井底欠压值随环空注气量变化曲线

图10 井底欠压值随钻井液排量变化曲线

图9反应的是不同注气压力(Pgas)条件下井底欠压值随环空注气量(Qg)变化曲线。由图可以看出，在同一注气压力下，井底欠压值随着环空注气量的增大呈单调递减变化规律注气压力接近地层压力(Pe=0.82*560*9.8*0.001=4.5MPa)时，井底欠压值随注气量的增大变化较平稳注气压力越大，井底欠压值随注气量的增大波动也较大。图10反应的是不同环空注气量条件下井底欠压值随钻井液排量变化规律。由图可以看出，当环空注气量选在某一合理范围内时，井底欠压值随钻井液排量的增大单调递增当注气量超出该合理范围时，井底欠压值随钻井液排量的变化波动较大。为了满足现场欠平衡钻井工艺要求(井底欠压值控制在0.5～0.2MPa之间)，综合图9、图10关系曲线，可以优化得出环空注气量、注气压力、钻井液排量的合理取值区间为:环空注气压力控制在4.5～4.7MPa，环空注气量22～25m3/min，钻井液排量13～16L/s。

4 结论

(1)U型井能充分利用倾斜煤层水的重力优势进行排水采气，能有效疏导和沟通煤储层割理、裂缝，改善煤储层导流能力、提高煤层气井的单井产量，因而在煤层气开发中具有良好的应用前景。

(2)水平井煤层段采用PEC筛管完井能有效保护井壁稳定性，减少井眼坍塌即便排采过程中井眼发生局部垮塌，筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道，因此对于构造相对稳定的中高煤阶煤层气开发具有良好的适用性。

(3)充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害，保护煤储层，对于沿煤层钻水平井开发煤层气具有非常好的储层保护作用。

(4)沿煤层顶/底板钻水平井可有效避免粉煤、构造煤等井壁稳定性问题，通过进行定向射孔分段压裂可有效沟通煤储层，释放储层应力，实现煤层气的开采。该技术在下一步低煤阶煤层气规模开发中具有良好的应用前景。

(5)通过采用“五段式”+“双翼”井眼轨迹优化设计方法，既可扩大单井煤层气降压解吸范围，充分利用井间干扰作用加快煤层气的解吸，又能最大限度地保障分支井眼内煤层气、水的流动通道通过合理优化环空注气量、注气压力、钻井液排量等工艺参数，可实现水平井沿煤层欠平衡钻进，从而减少钻井液对煤储层的污染，有效保护煤储层。

参考文献

［1］刘洪林，王红岩，宁宁等.2005.中国煤层气资源及中长期发展趋势预测［J］.中国能源，27(7):21～26

［2］刘洪林，王红岩，赵群等.2010.吐哈盆地低煤阶煤层气地质特征与成藏控制因素研究［J］.地质学报，84(1):133～137

［3］潘军.1999.直井与水平井欠平衡钻井数值模拟研究［D］.四川南充:西南石油学院

［4］鲜保安，夏柏如，张义等.2010.煤层气U型井钻井采气技术研究［J］.石油钻采工艺，32(4):91～95

［5］胥思平.2006.欠平衡钻井理论模型及其应用研究［D］.山东东营:中国石油大学(华东)

［6］翟光明，何文渊.2008.抓住机遇，加快中国煤层气产业的发展［J］.天然气工业，28(3):1～4

［7］翟光明，何文渊.2010.中国煤层气赋存特点与勘探方向［J］.天然气工业，30(11):1～3

［8］张义，鲜保安，孙粉锦等.2010.煤层气低产井低产原因及增产改造技术［J］.天然气工业，30(6):55～59

［9］张义，鲜保安，赵庆波等.2009.煤层气欠平衡钻井环空注气工艺优化［J］.石油勘探与开发，36(3):398～402

［10］张义.2008.羽状水平井欠平衡钻井环空流动特性研究［D］.山东东营:中国石油大学(华东)