7.6.1 多分支井技术
多分支井技术是20世纪90 年代中后期在常规水平井和分支井的基础上发展起来的一项新的钻井技术，该项技术可以大大提高油藏的采收率，降低油藏开采综合成本，经济效益十分显著，应用前景广泛，是21世纪油气田开发的主体工艺技术之一。多分支井技术吸收了石油领域的精确定位和穿针、定向控制与水平大位移延伸、多分支侧钻和欠平衡钻井等尖端技术成果，形成了一种兼具造穴、布缝和导流效果的煤层气开发应用技术。通过在煤层中部署水平分支井眼，扩大井筒与煤层的接触面积，有效地克服了储层压力和导流能力不足的缺陷，对低渗和低压储层增产效果显著。与常规直井技术相比，具有服务面积广、采收率高、投资回收快和综合成本低等优势。开发煤层气的多分支水平井与低渗透油藏的最大区别在于，煤层多分支水平井要追求更长的水平位移和更多的分支数。
多分支井能够改善低渗透储层的流动状态，煤层段分支或水平井眼以张性和剪切变形形成的裂纹为主，并且由于钻采过程中煤层应力状态的变化，导致原始闭合的裂纹重新开启，原始裂纹与应力变化产生的新裂纹形成网状结构，所以煤层气多分支井技术突破了原来直井点的范围局限，实现了广域面的效应，可以大范围沟通煤层裂隙系统，扩大了煤层气降压范围，降低煤层水排出时的阻力，大幅度提高了煤层气的单井产量和采收率，煤层气单井产量可提高10～20倍，最终煤层气采收率可高达70%～80 %。
7.6.1.1 多分支水平井类型
多分支井水平井按水平段几何形态可分为集束分支水平井、径向分支水平井、反向分支水平井、叠状分支水平井和羽状分支水平井（图7.12）。集束分支水平井是在一垂直井段钻多个辐射状分支井眼；径向分支水平井是在一垂直段钻出多个超短半径分支井眼；反向分支水平井，即一个分支井眼下倾，另一个分支井眼上倾，且井眼方向相反；叠状分支井，用于开采两个不同产层或在一个低渗透阻挡层之上或之下开采油气；羽状分支水平井，即在一主水平段两侧钻出多个分支井眼。
图7.12 多分支水平井分类图
（据邢政，2007）
a—集束分支水平井；b—径向分支水平井；c—反向分支水平井；d—叠状分支水平井；
e—羽状分支水平井
7.6.1.2 单煤组井身结构设计模型
在单个煤组厚度大于等于8m时采用此模型，当煤组中有夹矸时，施工时井眼要同时穿过夹矸上下的煤层（图7.13）。图中的动力洞穴指靠应力释放形成的洞穴，机械洞穴指仅靠扩孔工具形成的洞穴，洞穴用于扩大水、气供给范围，施工时要考虑欠平衡钻井技术。
7.6.1.3 多煤组井身结构设计模型
在煤组厚度均小于8 m时采用此模型，一般应以两个主要煤组为目标层（图7.14）。
可在两个煤组同时钻多分支井以增加产量，这样就可以弥补单组煤厚不足的缺陷。
图7.13 单煤组井身结构设计模型
（据邢政，2007）
图7.14 多煤组井身结构设计模型
（据邢政，2007）
7.6.2 影响煤层气多分支水平井产能的主控因素
多分支水平井能够大幅度提高煤层气单井产量，但其影响因素也较多，要分析具体的影响因素还要从分支水平井的产量函数入手。煤层水平方向的渗透率存在着各向异性，对煤层气井的产能有较大影响。煤层气分支井产量模型也属于多目标函数，其与煤层地质条件及分支井眼几何结构密切相关。根据煤层的物理特性，煤层气多分支水平井产能主要受以下与工程有关的因素控制。
7.6.2.1 煤层厚度
煤层厚度对煤层气井的产量影响较大。煤层厚度增加，煤层气产量会有所增加，但薄煤层的气产量提高的幅度更大。
7.6.2.2 分支水平井的井筒长度
根据产能模拟结果，分支水平井产量随井筒长度增加而增加。从图7.15可见，当水平段长度较短时，产量增加幅度越来越大；当分支水平段长度增长到一定程度时，产量增加幅度并没有明显的变化，即并不是分支水平井长度越长越好，具体的合理长度需要优化。
图7.15 供给半径Reh＝400 m 时分支井产量与分支段长关系曲线
（据鲜保安等，2005）
图7.16 供给半径Reh＝400 m 时分支井产量与分支数关系曲线
（据鲜保安等，2005）
7.6.2.3 水平分支数
水平井筒长度一定时，增加水平井井筒数，可以提高产量。但从图7.16可见，当水平分支数较少时，产量随分支数增加而大幅度增加；当井筒数增加到一定程度时，产量的增加幅度逐渐减小。另外，随着分支数的大幅度增加，钻井成本必然大幅度增加。由此可见，并不是井筒数越多越好，井筒数也存在一个经济合理值。
7.6.2.4 煤层的非均质性
煤层的非均质性包括煤层渗透率、深度、厚度、含气量及饱和度的区域性差异。煤层的各向异性对煤层气井的产能有一定影响，当井筒数减少时，煤层非均质性的影响会更大。另外，煤层中的泥岩夹层和断层是钻多分支水平井的最大障碍。
7.6.2.5 水平段位置
水平段在煤层中的位置对水平井产能有一定的影响，井筒数较少时，水平段位置对产能影响会更大。
7.6.2.6 分支水平井眼的方向
根据水平井渗流机理，在各向异性气藏中，水平井筒与最大渗透率方向的夹角越大，水平井产能指数越大，所以水平井眼应垂直于综合渗透率方向（K），见图7.17。综合渗透率是指最大与最小水平渗透率的矢量叠加。
图7.17 非均质煤层水平井眼走向图（据鲜保安等，2005）
煤成（型）气地质学
图7.18 水平井沿不同渗透率方向钻井的波及面积对比
（据鲜保安等，2005）
经过计算分析，采用综合渗透率模拟的产能比采用最大水平渗透率模拟产能高出11.8%，从而证实，采用综合渗透率是合理的。
7.6.2.7 面割理方向对产能的影响
裂缝方向对水平油井产能的影响主要取决于裂缝与水平井方向（鲜保安等，2005）。对于面割理和端割理不明显的煤层，水平段的走向对水平井的开采效果和产能影响不大，但对于面割理渗透率远高于端割理的煤层来说，沿着高渗方向钻水平井是非常不利的。其结果为：①沿高渗方向钻井，即平行面割理方向钻水平井，其结果导致水平井对面割理的钻遇率降低；②沿高渗方向钻水平井，井眼波及面积小，既不利于水平井产能的发挥，也降低了采收率。相反，沿低渗方向钻水平井，有利于水平井最大限度地贯穿面割理，沟通更多的渗透率较高的面割理（图7.18），这就大大提高了水平井的波及程度和采收率。因此，单一水平井眼应垂直于面割理方向。
多分支水平井技术特别适用于开采低渗透储层的煤层气，与采用射孔完井和水力压裂增产的常规直井相比，具有不可替代的优越性。其优点主要有：
1）增加有效供给范围：水平钻进400～600 m是比较容易的，然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（图7.19），从而大大增加了煤层气的供给范围。
图7.19 不同类型井煤层气的供给范围比较
（据鲜保安等，2005）
a—直井供给范围（r为井眼半径，R为供给半径）；b—单一水平井供给范围；c—多分支水平井供给范围
2）提高了导流能力：压裂的裂缝无论长度多长，流动的阻力都是相当大的，而水平井内流体的流动阻力相对于割理系统要小得多。分支井眼与煤层割理的相互交错，使煤层割理与裂隙更畅通，提高了裂隙的导流能力。
3）减少了对煤层的损害：常规直井钻井完钻后要固井，完井后还要进行水力压裂改造，每个环节都会对煤层造成不同程度的损害，而且煤层损害很难恢复。采用多分支水平井钻井完井方法，就避免了固井和水力压裂作业，这样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）单井产量高，经济效益好：采用多分支水平井开发煤层气，单井成本比直井高，但在一个相对较大的区块开发，可大大减少钻井数量，降低钻井工程、采气工程及地面集输与处理费用，从而降低综合成本。而且产量是常规直井的2～10倍，采出程度比常规直井平均高出近2倍，提高了经济效益，最为重要的是更充分地开发了煤层气资源。
5）具有广阔的应用前景：多分支水平井不仅可用于开发煤层气资源，还能应用于开发稠油或低渗透油藏和地下水资源，另外，还可以用于地下储油和储气工程。
建议进一步阅读
1.苏现波，陈江峰等.2001.煤层气地质学与勘探开发.北京：科学出版社，84～149，195～209
2.邢政.2007.多分支井技术在大城区煤层气勘探开发中的应用研究.中国煤层气，4（2）：40～42
3.鲜保安，高德利等.2005.多分支水平井在煤层气开发中的应用机理分析.煤田地质与勘探，33（6）：34～37
内容全部来源于网络收集，如有侵权，请联系网站删除：QQ：24596024