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1、煤层气水平多分支钻井及连通技术煤层气水平多分支钻井及连通技术（ （鉴鉴定技定技术报术报告）告）项目承担单位：中石化中原石油工程有限公司项目承担单位：中石化中原石油工程有限公司项项 目目 负负 责责 人：王自民人：王自民技技 术术 首首 席：毕泗义席：毕泗义报告编写日期：二报告编写日期：二一三年四月一三年四月煤层气水平多分支井钻井及连通技术煤层气水平多分支井钻井及连通技术负 责 人：王自民技 术 首 席：毕泗义编 写 人：毕泗义 姜汝德 审 核 人：主要参加人：王自民 魏风勇 毕泗义 卓景军 姜汝德马玉斌 刘昌魁 孙成龙 陈代军 刘春林李玉民 孔繁彦 郑道柱 闫丰明 陈立坡 目 录第一部分 项目
2、概述.1一、项目背景.1二、主要研究内容.6三、项目成果概要.6第二部分 主要技术成果.8一、煤层气水平分支井钻完井技术.8（一）井身结构优化.9（二）井眼轨道设计.10（三）轨迹控制技术.19（四）分支侧钻技术.23（五）筛管完井技术.26二、连通工艺技术.28（一）扩孔技术.28（二）精确控制技术.29（三）一体化技术.32三、煤层气保护技术.46（一）充气欠平衡钻井技术.46（二）其它煤层保护技术.54第三部分 应用效果及效益.62一、应用效果.62二、社会效益.73三、创新点.74第四部分 结论与认识.75一、结论.75二、认识.751第一部分第一部分 项目概述项目概述一、项目背景一、
3、项目背景煤层气又称作煤层瓦斯，是近 20 年来在世界上崛起的新型能源，是一种以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气。世界上有 74 个国家蕴藏着煤层气资源，中国煤层气资源量达 36.81012m3，居世界第三位。目前，中国煤层气可采资源量约 101012m3，累计探明煤层气地质储量 1023108m3，可采储量约470108m3。全国 95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区，其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大，为17.251012m3，占全国煤层气总资源量的 50%左右。国外视煤层气为重要能源，并把煤层气作为新的勘探目标。煤层气作为一种新兴的能源已经在美国成功开
4、发利用，也将成为中国新的接替能源。1 1、研究现状及必要性、研究现状及必要性煤层气的勘探开发对于我国国民经济的发展具有重要的战略意义，它将改善我国的能源结构、促进我国以煤炭为主的能源系统逐渐向环境无害的可持续发展模式转变，形成洁净能源新产业。同时，煤层气的开发还可以从根本上防止煤矿瓦斯事故，改善煤矿安全生产条件，减少煤层甲烷排放导致的温室效应，对全球大气环境的保护具有十分积极的作用。煤层气是以吸附状态赋存在煤层中。然而，要把煤层气工业化生产，降低煤矿瓦斯、改善我国能源结构、减少煤层甲烷导致的温室效应等问题，钻井则首当其冲是煤层气开采不可缺少的条件，只有通过钻井钻开煤层，煤层气工业化生产才会成为
5、可能。但煤层既是生气源岩又是储集岩，为特低孔特低渗的双孔隙储层，具有抗张强度小、杨氏模量低、体积压缩系数大的特点。它的特殊储层性和岩石物理性质使其与常规油气储层具有显著的差异，导致煤层气钻井技术类似于油气田钻井，但有别于油气田钻井。地面煤层气开发方式主要有地面垂直井、地面采动区井、丛式井、多分支水平井和 U 型井等方式。这些开发方式可系统地划分为定向井开发方式和直井开发方式两类。其中，地面垂直井和地面采动区井为地面直井开发方式；丛式井、多分支水平井和 U 型井为定向井开发方式，定向井开发方式已被广泛2应用，而连通技术则是定向井开发方式的关键技术，越来越受人关注。2 2、国外煤层气钻井现状、国外
6、煤层气钻井现状美国、加拿大是世界上主要的煤层气资源国之一，也是世界上最早开展煤层气开发利用研究、且煤层气商业开发较为成功的国家。英、法、德等欧洲国家对矿井瓦斯的抽放和利用已有多年历史，但煤层气地面开发是在近几年才开始的。美国从 50 年代从常规油气井钻井工艺开发煤层气到 80 年代形成解决煤储层保护、煤层钻井、煤层取心等问题的关键技术。在渗透率高、易破碎的超压煤层气富集区，常采用裸眼洞穴完井，富集区以外，主要采用下套管水力加砂压裂增产完井方法。美国西部的大多数煤层气井是采用下套管方式完井的；在美国东部盆地，煤层一般较薄较浅，且处于欠压至常压状态，且有多煤层组存在，采用空气加泡沫或气雾来钻进，一
7、般采用单煤层组裸眼完井、多煤层组下套管完井并以射孔割缝完井、多煤层组下套管射孔完井。国外水平井技术由单口水平井向整体井组、多底井、多分支水平井转变；欠平衡钻井技术可减少钻井液对油层的浸泡和损害，加快机械钻速，使水平井、多底井、多分支井在较简化的完井技术下就可以达到高产。水平井钻井技术、欠平衡钻井技术越来越多地应用在煤层气开采领域。美国实践表明，多分支分支水平井单井产量将是常规直井（水力压裂增产）的 1015 倍，58 年采出程度高达 7080%，2年左右可收回全部成本，经济效益是常规直井的 35 倍。相比之下，常规直井投资回收期接近 10 年，采出程度最大也只能达到 50%，且直井井场占用土地面积是多分支分支井的 3 倍，直井井网之间的管网投资也较多分支分支井高出许多。应用分支井技术开发低渗透储层的煤层气将是产业化发展的一个突破口。CDX 公司从 1999 年才开始进行
