摘要：云南的煤层气储量丰富、分布十分广泛，具有特别大的开采潜力，其大部分的煤层气地质构造属于高陡坡型，常规的开采钻井往往不能收到理想效果。针对高陡构造煤储层特点，经过技术科研人员的不懈努力终于研制成功了U型井钻进技术。它可以非常充分地利用直井和定向井的技术优势，针对特殊的地质环境，充分利用流体势能原理实现煤气层的排水降压采气。它通过采用充气欠平衡技术，通过改善注气排量、注气压力和钻井液排量等有效降低污染的产生及排放。我们还可以改进U型井的结构设计，采用一个开采口多个U型井共用的形势，从而大大节约了地面资源，形成一井多用的局面。
关键词：煤层气；U型井；欠平衡钻井；钻采技术
云南煤层气地质构造复杂开采难度大，传统的油气井技术并不能很好移植在煤层气开采中。在地质情况相对比较平坦的地区水平井就可以很好的完成开采任务，但是在地质比较特殊的、倾斜角比较大的单斜或向斜、背斜相对陡峭的翼部煤层，其倾斜角超过了传统井的地质要求。这使我们就要改进钻井技术，以适应倾斜煤层的地质构造。
1云南煤气层分布
云南省聚煤区包括滇东、滇东北、滇中等，其煤层气的总量占到了全省总量的百分十九十以上，是云南省煤层气的最主要分布地区。滇东地区煤区位于云南宣威、曲靖、弥勒一线以东，师宗以北，为海陆过渡相型地层，羊场向斜、龙潭向斜、宣威来滨向斜等为陆相型沉积地层，地层倾角在5到7度之间，总面积为3137平方公里，煤层总厚在3m-31m，煤层气总资源约为3千亿立方米，储量十分丰富，开采价值很大。滇东北区也是云南主要的煤层富集区，该区主要为二叠系煤层，主要分布在镇雄盆地、兴隆——盐津地区，地层倾角在10度左右，煤层较薄在2m-7m之间，煤层气资源比较分散，开采难度较大。滇中及其他地区的煤气层分布集中，分布范围相对较小，层数少，厚度小，适合小规模开采，地层倾角在2到25度之间，主要为三叠纪煤层。由此可以看出云南大部分的煤区都属于高陡坡煤层。
2U型井井部构造及优点
在高陡型煤层中煤层倾角大、渗透率普遍比较高，如果采用传统的气羽状井和多分支水平井意义不大，水平井对于后续的排水减压工作非常不利，这是我们可以改造优化井构型，将水平井改造成U型定向井，即顺着煤层设计一段与煤层平行的斜直段，简称为U型井。直井一定要在斜井完工之前完工，在平行于煤层方向上联通，还要注意在煤层顶板以上设计建造斜点，以达到稳定造斜的作用，陆点应该建造在顶板下方接近煤层的部位，从而可以更加方便的套管固井，也便于下一步施工。
由于斜井按照煤层方向由高到底钻入，生产排水和生产煤很容易依靠自身重力排入到直井下方很容易被收集然后集中取出到地面。这种U型构造充分利用了地形优势，充分利用重力排水和出煤，下面是U型井的结构简图。
3钻井工艺
U型井钻井分为直井和斜井两部分。直井先用300毫米钻头钻进，当钻进风化带15米后下244毫米套管，然后进行水泥固井工作，然后再用215钻头钻进，当钻进煤层下方60米完钻，下177毫米生产套固井，并进行水泥加固。最后进行扩孔造洞穴，洞穴完井，洞穴直井500毫米，洞穴高20米，施工中可以加入低密度钻井液帮助钻井。斜井的钻井工艺相对来说比较复杂，首先要煤层地质构造进行探明，明确煤层展布、强度、硬度、倾向、倾角、断层、褶皱特战，对于包含大断层的煤层或者煤层结构比较酥松就不能进行U型钻井。首先用300毫米钻头钻进，当钻井风化带下方20米后下244毫米套管，并用水泥加。二段井采用215毫米的钻头钻进，当钻进造斜点后应该及时更换钻具和随测工具，待钻入煤层顶板以内接近煤层的着陆点完工，下177毫米的井固管，然后用水泥加固。钻进层的倾向角度对于钻具和工艺参数的采用有直接影响，可以根据井斜角变化率（请参考下表）来改变定向工具弯接头的弯角和造斜钻具的结构以及钻进参数。煤气层U型井还可以采用寄生管注气欠平衡钻井工艺，它可以更加准确方便地计算出注气量，从而达到控制欠压值最大限度保护煤层的作用。
4对应U型井特殊结构的采气工艺改进
低煤阶煤层气体渗透率比较高，在与煤层近似平行的U型井中能更发挥好倾斜地层流体势能，排水效果好，要比普通直井水压裂增产方式产水量高。由于煤粉的产量高所以在排采阶段选择下泵时就要留足口袋，以备沉沙。要选择排量较大而且可调、耐煤粉强的泵型，最好选择螺杆泵，并配备空心抽油杆，同时配备故障自动诊断系统。在含水量低、煤层的硬度较高、含沙少的煤层选择管式泵。在选择排水液液面下降速度时一定要考虑煤层应力敏感性和水中含煤量，保持液面下降平稳避免下降速度波动剧烈，以免造成煤层岩体局部破坏和排水中煤粉含量过高堵塞泵。
5U型钻井采气技术的优势
实践证明U型钻井采气技术可以有效利用直井开采稳定、成本投入低、生产速度较高的优势。同时扩大高陡构造煤层气的排采区域，有效降低了渗透率、工程周期。通过特殊的井下构造更加有利于降压、排水、采煤和采气。通过采用欠平衡钻井技术，优化气压、液排量等参数降低储层污染，采用一井多用的形式使多口U型井通过一口井进行排采，有效提高了地面利用率，可以节省开采设备，节约成本，提高生产效率。
结语
高陡型煤层在云南省分布广泛，这些煤层倾角很大、渗透率较高，普通钻井技术已经没法达到要求，U型钻井技术采用直井和斜井相结合的特点充分发挥了直井的特点，又可以充分利用地势优点加快排水、排煤、排气，对于提高生产效率、降低成本、加快钻井速度、降低污染有着很大的作用。U型钻井目前虽经过多年发展已经取得了一定的成效，但是云南省地形复杂单一的构造还远远满足不了要求。我们要在基构造原理相同的基础上因地制宜发展新构型，采用新工艺，开发适用于新要求的高科技工艺设备，不断发展丰富U型钻井采气技术，为我国煤气层钻井采气技术的发展做出自己应有的贡献。
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论文作者:何小广
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/8
标签：煤层论文; 煤层气论文; 技术论文; 地质论文; 倾角论文; 斜井论文; 地层论文; 《基层建设》2017年第30期论文;