多分支水平井的增产机制和效果

多分支水平井是集钻井、完井与增产技术于一体的新型煤层气开发技术，特别适合于开采低渗透储层的煤层气，是低渗透储层煤层气开采技术的一次革命性进展。

（1）多分支水平井增产机制

多分支水平井是使煤层原始应力分布和煤层原始结构状态发生改变，提高煤层渗透性的有效方法。在水平井钻井过程中，从煤层中排出大量的煤屑，最后又采取完全裸眼的方式完井，相当于在煤层中营造了多条长距离的小洞穴，极大地增加了煤层的裸露面积，扩展了煤层流体的泄流面积，最大限度地降低了煤层的表皮效应，对后期的排水采气生产起到至关重要的作用，多分支水平井排采过程井眼切面应力变化示意图见图5－9。

图5－9　多分支水平井排采过程井眼切面应力变化示意图

水平井眼钻井过程中，钻井液的水动力作用和钻头的机械破碎作用都会对煤层的结构产生破坏，煤层的原地应力只有重新分布才能适应新的环境。采用裸眼完井方式给煤层的原地应力重新分布提供了空间，在原地应力重新分布过程中，煤层的原生结构和次生结构都将发生变化，由于煤层主要受减应力作用的影响，所以煤层中的裂隙以张开为主，因此，多分支水平井钻井和完井的复合作用使煤层的渗透性得到一定程度的提高。完井作业结束后，煤层的地应力重新分布并没有结束，随后的排水采气生产使煤层的地应力重新分布继续进行。在连续不断的排水降压过程中，煤层裸眼段的流体被连续不断地排出，导致煤层裸眼段的压力不断下降，围岩的应力不断地朝向煤层的裸眼段释放，煤层内的地应力不断地重新分布，使煤层的内部结构不断地发生变化，有效地促进煤层裂隙的相互连通，进一步改善和提高煤层的渗透性。随着煤层压力的不断下降，煤层渗透性的不断改善，在一定时期内，随着排水采气生产的连续进行，煤层气井的产量将逐步上升和稳定。

多分支水平井生产机制见图5－10。

图5－10　多分支水平井生产机制

与采用射孔完井和水力压裂增产的常规直井相比，多分支水平井具有得天独厚的优越性，能够最大限度地沟通煤层割理（微裂隙）和裂缝系统，增加井眼在煤层中的波及面积和泄气面积，降低煤层裂隙内气液两相流的流动阻力，大幅度提高单井产量，减少钻井数量。与常规直井相比，在开发低渗透储层煤层气资源时，多分支井具有单井产量高、采出程度高、经济效益高的优势。煤层气多分支水平井技术最直接的优点表现在单井产气量高、采收率高、生产周期短、井场占地面积少，竖直压裂井和多分支水平井生产机制对比见表5－2。(www.xing528.com)

表5－2　竖直压裂井和多分支水平井生产机制对比表

（2）多分支水平井增产效果

①增加了有效供给范围，提高了单井气产量。水平钻进500m是比较容易的，而要压裂这么长的裂缝几乎是不可能的，而且，造就一条较长的支撑裂缝要求使用大型的压裂设备。多分支水平井在煤层中呈网状分布，将煤层分割成很多连续的狭长条带，从而大大增加煤层气的供给范围。多分支水平井突破了以往小面积排水降压和裂缝内流体阻力大的束缚，通过多分支井眼进行了大面积的网状沟通，完全沟通了裂缝与割理系统，使煤层内气体的解吸波及范围大大提高。经过近几年的初步试验和排采，表明多分支水平井单井日产气量可达1万m3以上，沁水盆地潘庄井组平均产量达5万m3／d，最高产量为10万m3／d。

②原始微裂纹的扩展，提高了煤层导流能力。由于钻井和试采过程中抽吸压力和激动压力的存在，导致水平井眼附近应力场发生变化，诱导了井眼附近原始微裂纹的扩张与扩展。另外，当煤层在试采降压后，部分煤层水和游离气排出，煤层基岩颗粒会有不同程度的收缩，也促进了原始裂纹的扩张与扩展，这样煤层的导流能力和产量会大大提高。原始裂纹的扩展程度取决于煤岩断裂韧性和井内压力激动的幅度与频率。

所以，压裂的裂缝无论长度多长，流动的阻力都是相当大的，而由于多分支水平井原始裂纹的扩展使分支井眼与煤层割理的相互交错，煤层割理与裂隙更畅通，就提高了裂隙的导流能力。所以，水平井内流体的流动阻力相对于割理系统要小得多。

③减少了对煤层的损害。常规直井钻井完钻后要固井、水力压裂改造，每个环节都会对煤层造成不同程度的损害，而煤层损害很难恢复。多分支水平井钻井完井方法避免了固井和水力压裂作业，只要在钻井时设法降低钻井液对煤层的损害，就能满足工程要求。

④提高了采收率，缩短了生产周期。据已实施多分支水平井的煤矿资料表明，多分支水平井前3年生产数据，按照100m分支间距布置多分支水平井，2～3年内煤层气采收率达到40%～50%，而达到此采收率，直井需要开采15～20年。据数值模拟预测，多分支水平井组排采3年时就可出现井间干扰，煤层气采收率达到40%以上，排采5年煤层气采收率达到55%以上，排采10年煤层气采收率达到75%。

⑤减少了井场占地面积。多分支水平井井场占地小是显而易见的，初步估计，与相同抽排面积的直井相比，多分支水平井占地面积要小2／3左右。一个多分支水平井井场占地面积约2400m2，对应抽排面积内需布6口直井，井场占地面积共需7200m2。一个单翼多分支水平井控制面积为0.5～0.6km2，如果一个井场设计3～4翼多分支水平井，将控制2～3km2的抽排面积，相当于20～30口直井（300m×300m井距部署）的抽排面积。