煤层气开采工艺-定向羽状水平井与超短半径径向水平井简介

定向羽状水平井是在常规水平井和分支井的基础上发展起来的，是指在一个主水平井眼的两侧再钻出多个分支井眼作为泄气通道。为了降低成本和满足不同需要，有时在一个井场朝对称的3或4个方向各布一组水平井眼，有时还利用上下2套分支同时开发2层煤层。该技术是美国CDX公司的专利技术。

该技术的增产原理为：定向羽状水平井的分支井筒能够穿越较多的煤层裂缝系统，最大限度地沟通裂隙通道，增加泄气面积和地层的渗透率，从而提高单井产量。理论与实践也证明，在煤层中钻水平井的产量可以达到直井的3～10倍，且可大大减少常规钻井的井数，具有减少占地面积、节约管线等优点，从而提高经济效益。因此，钻定向羽状水平井开发煤层气具有很多有利条件。

近几年定向羽状水平井技术应用于煤层气的开采成效显著。1999年，美国CDX公司首次将定向羽状水平井用于西弗吉尼亚进行煤层气开发，单井控制面积为4km2，日产量达2.8×104m3，随后又相继在西弗吉尼亚、阿拉巴马、阿巴拉契亚等地区广泛应用定向羽状水平井，单井日产气3.45×104～5.70×104m3，5年后采出程度达到85%。另外，CDX公司还解决了低井底压力的技术问题，也使羽状水平井的技术优势得以充分地发挥。在我国，定向羽状水平井技术还处于试验阶段，我国第一口煤层气羽状分支水平井是引进CDX公司专利技术，2004年在樊庄高煤阶区试验取得成功，该井每个井组由4口定向羽状水平井和4口直井组成，定向羽状水平井穿过煤层段长达1200m，在煤层沿水平段左、右可分若干分支井眼，一个井组可控制面积5.8km2以上，3年内煤层气采出程度达70%。

综合国内外关于羽状分支水平井的发展及中外学者对羽状分支水平井的研究可以看出，这项技术适用于厚度较大且分布稳定、结构完整的煤层，且需要煤阶较高、煤质较硬的地质条件。对于没有背斜等顶部构造、山区煤层或渗透率较低等不适于直井方式开采的煤层，开采效果更好。

超短半径水平井是指曲率半径远比常规的短曲率半径水平井更短的一种水平井，也称为超短半径径向水平井。超短半径水平井的钻井系统即Ltra⁃shortRadius RadialSystem，简称RRS，见图5－16。超短半径水平井的典型分布情况如图5－17所示。

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图5－16　超短半径径向水平井钻井系统

图5－17　超短半径水平井典型分布

目前，关于煤层气开发数值模拟的研究已有很多，但这些模型以及软件的应用范围大都是用于常规煤层气井的模拟，很少有专门针对羽状水平井的数值模拟模型和软件。中科院渗流流体力学研究所现已初步建立了羽状水平井的数值模拟模型，并形成相应的软件，但还需要进一步在生产实践中检验。

由于煤层气羽状水平井发展历史较短，所以，许多关键技术还需要进一步研究。