王辰龍，韓金良，劉奕杉，楊 干，喬 磊，尚立濤

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司，北京 102218

2.中國石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，各行各業(yè)對能源的需求量也一直在不斷發(fā)生著變化，煤層氣的合理應(yīng)用能夠有效解決天然氣的供需問題，煤層氣可以作為一種能源燃料和化工原材料。在國際能源局勢趨緊的情況下，煤層氣的大規(guī)模開發(fā)利用前景十分廣闊。由于我國煤層氣賦存盆地地質(zhì)特征相對于其他國家更為復(fù)雜，且勘探開發(fā)時間又相對較晚，雖然已實(shí)現(xiàn)煤層氣的初步開發(fā)，但是未形成一套完整的煤層氣開發(fā)體系。為了能夠有效提高我國煤層氣的開采效率，文章通過分析國外現(xiàn)有的煤層氣賦存盆地特征及工程技術(shù)現(xiàn)狀的特點(diǎn)，并結(jié)合我國煤層氣賦存盆地的特點(diǎn)分析出適宜于我國高、中、低煤階層和松軟低滲透煤階層的開發(fā)方向和技術(shù)發(fā)展趨勢。

1 國外煤層氣開發(fā)工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 美國煤層氣開發(fā)情況及關(guān)鍵鉆采技術(shù)研究現(xiàn)狀

（1）美國主要煤層氣賦存盆地特征。美國的煤層氣資源主要集中在西部落基山脈中，大多屬于中、低媒階煤層，其煤層氣資源量占美國煤層氣總資源量的80%以上；其余的煤層氣資源主要分布于東部的阿巴拉契亞含煤盆地和中部的石炭紀(jì)含煤盆地中。

（2）美國煤層氣關(guān)鍵鉆采工程技術(shù)。①鉆完井工程技術(shù)。在鉆完井技術(shù)方面，支撐美國煤層氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的鉆井技術(shù)主要有以下方面：低成本直井鉆井技術(shù)、低階煤層氣洞穴完井技術(shù)、中低階煤層氣藏羽狀水平井鉆井技術(shù)。②壓裂工程技術(shù)。在壓裂技術(shù)方面，氣體泡沫壓裂液快速突破了水基壓裂液濾失大、水敏傷害重、攜砂困難和返排效率低等技術(shù)瓶頸，成為圣胡安、黑勇士、皮申思、云他等盆地實(shí)現(xiàn)提采穩(wěn)產(chǎn)的主要推動力。③排采工程技術(shù)。美國常用的排采設(shè)備主要是傳統(tǒng)的有桿設(shè)備，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中對排采設(shè)計和選型方面進(jìn)行了創(chuàng)新，在以圣胡安和黑勇士盆地進(jìn)行了試驗研究，并取得了優(yōu)異的成績。

1.2 澳大利亞煤層氣開發(fā)情況及關(guān)鍵鉆采技術(shù)研究現(xiàn)狀

（1）澳大利亞主要煤層氣賦存盆地特征。澳大利亞的含煤盆地主要分布在東部沿海地區(qū)，包括4個二疊紀(jì)煤盆地：博文盆地、悉尼盆地、蘇拉特盆地和加里里盆地。澳大利亞煤炭資源量1.7萬億t，煤層平均含氣量為0.8～16.8m3/t，煤層埋深小于1000m，滲透率多為1～10md，煤層氣資源量為8～14萬億t。

（2）澳大利亞煤層氣關(guān)鍵鉆采工程技術(shù)。①鉆完井工程技術(shù)。在鉆井技術(shù)方面，澳大利亞主要有三種成熟的鉆完井技術(shù)：一是水力壓裂或裸眼完井直井；二是大斜度定向井；三是多分支水平井。不同的鉆井技術(shù)結(jié)合相應(yīng)的完井方式，配合壓裂等措施提高采收率，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。②壓裂工程技術(shù)。澳大利亞博文盆地的東部邊緣氣田煤厚度為7.1～22.7m，煤層深度為600～1200m。以提高產(chǎn)量和降低成本為目的，應(yīng)用多煤層氮?dú)馀菽瓨蛉侄螇毫?，提高了完井效率。并根?jù)煤的特性設(shè)計壓裂液添加劑，確保降低表界面張力，易于返排，降低傷害。③排采工程技術(shù)。在排采工程技術(shù)方面，通過調(diào)研總結(jié)了澳大利亞蘇拉特區(qū)塊排采工程現(xiàn)狀，蘇拉特盆地主要的排采技術(shù)如下：煤層氣井舉升方式優(yōu)選技術(shù)和叢式斜井井組防偏磨技術(shù)。

2 國內(nèi)煤層氣開發(fā)工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 我國主要煤層氣賦存盆地特征

我國是世界煤炭資源大國，煤炭資源和煤層氣資源非常豐富，我國煤層氣資源可劃分為東北、華北、西北、南方和青藏共五大賦氣區(qū)，資源量達(dá)36.8×1012m3，煤層滲透率通常小于1md?；趯ξ覈簩託赓Y源及分布特征分析，認(rèn)為我國煤層氣資源具有多個煤階、多個深度、多期生氣、多源疊加、多期改造的地質(zhì)特征。

2.2 我國煤層氣關(guān)鍵鉆采工程技術(shù)

（1）直井、叢式井鉆完井技術(shù)。由于淺層煤層氣叢式井鉆井周期短、單井成本低等特點(diǎn)，直井、叢式井鉆完井技術(shù)成為煤層氣低成本開發(fā)的主體技術(shù)，在中國的沁水及鄂東煤層氣田等氣田得到了廣泛應(yīng)用。

（2）持續(xù)探索水平井等其他適用鉆完井工藝技術(shù)。針對構(gòu)造平緩、煤層結(jié)構(gòu)完整的中高煤階儲層，引進(jìn)并發(fā)展羽狀水平井技術(shù)。羽狀水平井主要采用機(jī)動靈活的車載鉆機(jī)、注氣欠平衡設(shè)備、特種定向井井下工具，實(shí)現(xiàn)了安全、快速、經(jīng)濟(jì)鉆井的目標(biāo)。

（3）活性水壓裂液為主的增產(chǎn)改造技術(shù)。自煤層氣規(guī)模開發(fā)以來，先后應(yīng)用了活性水、清潔壓裂液、瓜膠等三種壓裂液體系。其中，活性水因具有無殘渣、低傷害、低成本的優(yōu)點(diǎn)，成為煤層改造的首選工藝。

2.3 我國煤層氣開發(fā)技術(shù)痛點(diǎn)

（1）煤層氣鉆井技術(shù)急需升級換代。煤層氣直井、叢式井?dāng)?shù)量占總開發(fā)井?dāng)?shù)96%，該技術(shù)地面工程成本高，且對地面環(huán)境影響大，同時已無成本下降空間，不能滿足深部低滲透煤層氣的高效動用需求。

（2）壓裂整體效果差，需要從設(shè)計理念和工藝技術(shù)上進(jìn)一步創(chuàng)新。①加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化壓裂設(shè)計及施工，有效提高單井產(chǎn)量。國內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)面臨的最大挑戰(zhàn)，要求壓裂工程從設(shè)計理念和工藝技術(shù)上進(jìn)一步創(chuàng)新。影響壓裂增產(chǎn)效果的關(guān)鍵影響因素主要有儲層地質(zhì)因素，天然裂縫發(fā)育程度、水平主應(yīng)力差、煤體結(jié)構(gòu)對壓裂效果的影響較大。②深部煤層氣未形成有效增產(chǎn)的主體壓裂技術(shù)，需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。深部煤層氣儲層壓裂以垂直縫為主，裂縫縱向過度擴(kuò)展容易壓穿頂、底板，縫高失控，導(dǎo)致裂縫控制區(qū)域小，效果差。

3 我國煤層氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 鉆完井技術(shù)發(fā)展方向

我國煤層氣鉆完井技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在六個方面：（1）大井叢集約化建井模式；（2）地質(zhì)工程一體化鉆井技術(shù)；（3）煤層氣長水平段鉆井優(yōu)化技術(shù)；（4）鉆井提速配套技術(shù)；（5）玻璃鋼篩管、套管完井技術(shù)；（6）深部煤層氣鉆完井技術(shù)的發(fā)展。

3.2 壓裂增產(chǎn)技術(shù)發(fā)展方向

隨著我國高新技術(shù)的不斷發(fā)展，酸化壓裂技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中已經(jīng)取得了非常優(yōu)異的成績，煤層氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下五個方面：（1）多井聯(lián)動的工廠化壓裂模式；（2）多巖性協(xié)同開發(fā)的合層壓裂作業(yè)模式；（3）活性水為主體的多元化壓裂液體系；（4）暫堵轉(zhuǎn)向相結(jié)合的重復(fù)壓裂技術(shù)；（5）先進(jìn)高效的鉆完井配套設(shè)備。

3.3 排采技術(shù)發(fā)展方向

排采作為煤層氣產(chǎn)氣的重要環(huán)節(jié)，是鉆井、壓裂效果成敗的關(guān)鍵。煤層氣排采技術(shù)呈現(xiàn)出如下趨勢：（1）建立多層系多氣合采工藝技術(shù)模式；（2）動態(tài)監(jiān)測技術(shù)；（3）延長檢泵周期綜合治理技術(shù)；（4）等離子脈沖增透增產(chǎn)技術(shù)；（5）連續(xù)管自動化修井技術(shù)；（6）建立基于人工智能和大數(shù)據(jù)的煤層氣田智能信息技術(shù)的發(fā)展趨勢。

4 適合我國煤層氣的開發(fā)方式

4.1 適宜規(guī)模開發(fā)區(qū)高階煤的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)技術(shù)

針對高階煤層氣的開采應(yīng)加強(qiáng)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)以及提高采收率等方面的研究，這樣才能有效提高高階煤層氣的開采量。穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)技術(shù)主要包括直井人工裂縫解堵技術(shù)、智能管控排采技術(shù)以及直井重復(fù)壓裂技術(shù)，但是在實(shí)際開采過程中應(yīng)注重煤儲層變化規(guī)律，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的開采技術(shù)。

4.2 適宜鄂爾多斯東緣中階煤區(qū)的鉆壓采技術(shù)

探索適宜于中階煤的煤儲層精細(xì)描述技術(shù)，定向井安全高效鉆完井技術(shù)，直井壓裂改造技術(shù)，水平井分段壓裂技術(shù)，高產(chǎn)水、弱含水煤儲層的智能排采技術(shù)等。

4.3 適宜低階煤區(qū)的煤層氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

低煤階煤層氣屬于一種非常規(guī)資源，因此在開采過程中，不能按照傳統(tǒng)理念進(jìn)行開采，需要在符合國家相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的前提下選擇合理的開采技術(shù)，主要包括密閉取心技術(shù)、資源評價技術(shù)、連續(xù)油管壓裂技術(shù)等，應(yīng)用這些技術(shù)可以有效提升低煤階煤層氣的開采效率。

5 結(jié)束語

煤層氣開發(fā)的質(zhì)量和效率與勘探開發(fā)技術(shù)密切相關(guān)，因此企業(yè)必須重視勘探技術(shù)的研究，優(yōu)化現(xiàn)有的施工技術(shù)，這對提高煤層氣的開發(fā)效率具有非常重要的意義。為了促進(jìn)我國的煤層氣勘探開發(fā)的發(fā)展，仍需繼續(xù)創(chuàng)新突破，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對煤層氣的高效開采。