中国煤层气期刊投稿

这个是先要问问单位是不是有什么要求，要是有的话，那么按要求去发就好了，要是没有的话，那么就是自己选择期刊去发就可以了

倪小明1接铭训2王延斌1吴建光2

（1.中国矿业大学资源与安全工程学院 北京 100083；2.中联煤层气有限责任公司 北京 100011）

作者简介：倪小明，1979年生，男，山西临汾人，在读博士生，主要从事瓦斯地质和煤层气地质方面的研究。E-mail：。

摘要 为了减少煤层气地面钻采和井下抽放投资风险，本文应用层次分析法对煤层气开采影响因素进行分析，从而建立了煤层气地面钻采和井下抽放层次知识模型，并根据多层模糊综合评判方法建立了模糊综合评价体系，在此基础上对淮北海孜矿煤层气开采进行模糊评价，评价结果表明该评价方法对减少煤层气开采投资风险起到一定的指导作用。

关键词 煤层气 模糊评价 地面钻采 井下抽放

Study on Comprehensive Fuzzy Evaluation of CBM Exploitation

Ni Xiaoming1，Jie Mingxun2，Wang Yanbin1，Wu Jianguang2

（1.School of Resource ＆ Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083；2.China United Coalbed Methane Corp.Ltd.，Beijing 10001 1）

Abstract：In order to reduce investment risk of surface exploitation and underground drainage of CBM，the paper applied the method of level analysis to analyze the influence factors of CBM exploitation and established the level knowledge model of surface exploitation and underground drainage of CBM.Based on the method of multilevel fuzzy evaluation，the system of comprehensive fuzzy evaluation is established.On the basis of the system，the fuzzy evaluation on the exploitation of CBM in Haizi coalmine of Huaibei coalfield was carried out.The results showed that the fuzzy evaluation method is of important conduction to exploitation of CBM.

Keywords：CBM；fuzzy evaluation；Surface mining；underground drainage

引言

中国21世纪能源状况将十分严峻，优质能源供需矛盾将加速激化，燃煤造成的环境压力也要求煤炭占绝对优势比例的不合理能源结构必须得到改善。我国煤层气资源十分丰富，煤层气资源总量达31.46×1012m3（中联煤层气有限责任公司，2000），与我国天然气资源总量相近，世界名列第三。因此，开发利用中国丰富的煤层气资源，不仅能够在优化能源结构上有效地增加高效洁净能源供给，直接减少煤矿甲烷排放量以有效缓解温室效应，同时有望从根本上遏制矿井瓦斯灾害以改善煤矿安全生产条件。但煤层气投资风险大，减少投资风险则是煤层气具有滚动开发利用前景的关键。本文从减少投资风险角度出发，应用层次分析法在对煤层气抽采影响因素进行分析的基础上，使用多层模糊综合评判方法建立煤层气地面钻采和井下抽放的模糊评价体系，并通过淮北海孜矿实例对此体系进行了效果检验。

1 煤层气抽采影响因素分析

1.1 煤层气地面钻采影响因素分析

煤层气地面开采是否具有商业价值，取决于产气率大小及是否具有竞争力的市场价格和规模性的产量。而我国目前能源供需矛盾日趋激化，煤层气市场比较乐观。因此，影响煤层气地面开采的关键在于煤层气产率及最终产量。与气产率相关的有两个先决条件：煤储层的渗透能力和地质勘探能力；而规模性的产量则与煤储层含气性悉悉相关。笔者在搜集、整理前入研究成果基础上，归纳、总结出地面开采影响因素知识模型。

1.1.1 煤层气地面抽采的“短路条件”

所谓“煤层气地面抽采的短路条件”是指优先判定条件，就是说只要满足这些条件就可以不考虑其他因素而直接得出结论[1]。从目前煤层气开发技术水平、经济效益、开采的地质条件、资源状况等方面考虑，有下列情况之一的即认为不适合进行煤层气地面钻采：

（1）储盖层条件。一定的煤层厚度是煤层气储量的基础。煤层太薄，煤层气量太少，不适合煤层气的开发。由于煤层气行业是一新兴行业，对煤层厚度没有明确规定，我国的可采煤层厚度最小值为0.7m，因此把煤层厚度＞0.7m作为煤层气开发的下限；良好的封盖层可以减少煤层气的渗流与散失，当上覆地层有效厚度＜200m 时，不利于煤层气的保存，因此将上覆地层厚度定为200m；从目前的勘探开发水平及勘探费用综合考虑，埋藏深度＜300m 或＞1500m的煤层不予考虑；煤层气的开发是靠降压解吸而实现的，如果压力梯度过低，以目前的勘探开发技术水平使得煤层气采收率太低，经济效益差，根据统计分析，把压力梯度（MPa/100m）0.4作为下限。

（2）含气性条件。一定的含气量是保证煤层气开发的前提，从我国的地质条件、煤储层条件、经济效益等方面综合考虑，当中高煤阶煤的含气量＜4m3/t或低煤阶煤含气量＜2m3/t时，即不予考虑进行煤层气地面开采。

1.1.2 煤层气地面钻采的知识工程

煤层气是否具有地面钻采的商业价值依赖于4个有助于开发这种巨量资源的关键因素，它们是：地质勘探能力；煤储层的含气强度；渗透能力和含气解吸能力。

（1）地质勘探能力。煤层埋藏太深，将不利于煤层气的勘探开发；构造条件复杂，断层发育的地区，不利于煤层气的开发；水动力活动频繁的地区，利于煤层气的运移和扩散，不利于煤层气的保存；因此把埋藏深度、构造条件和水文地质条件作为煤层气勘探能力的影响因素。

（2）煤储层的含气强度。厚煤层和高的含气量是获得高的含气强度的必要条件[2]。在决定含气强度的两个参数中，煤厚是最重要的，这是因为煤层厚度不仅控制了含气强度还控制了气流量。

（3）煤储层的渗透能力。煤储层的渗透能力是煤层中气体导流能力的反映。煤储层是双孔隙介质，割理发育状况对其渗透性有直接影响；煤层在地史发展过程中，不同程度遭受构造应力的作用，使煤体发生破碎。因此，煤体结构与煤层的渗透性关系密切；一般认为原生结构煤和碎裂煤是煤层气开发中理想的煤体结构类型，而碎粒煤失去了内生裂隙，使渗透性变差，不利于煤层气开发；煤级对煤中内生裂隙发育具有一定影响，内生裂隙一般从长焰煤阶段出现，随着煤级增加内生裂隙逐渐增加，至焦煤最发育，之后逐渐闭合，至无烟煤阶段最低。

（4）含气解吸能力。煤层气的开发是靠降压解吸而实现的，因此吸附时间、临储压力比和含气饱和度都将对含气解吸能力有影响。

根据以上分析，得出煤层气地面钻采的影响因素知识模型，见图1。

图1 煤层气地面钻采影响因素知识模型

1.2 煤层气井下抽采影响因素分析

井下抽放煤层气工程投资较大，因此，评价煤层瓦斯井下抽放的可行性就显得尤为重要。对煤层气进行井下抽放时，研究煤体特征、瓦斯赋存状况以及瓦斯特征是决定煤层气是否能进行井下抽放的关键指标。

（1）煤体特征表述指标。煤体的破坏程度将直接影响煤层气的开发；煤的坚固性系数将影响瓦斯流出即压裂增产技术，它们是煤体特征的重要反映指标。

（2）瓦斯赋存状况表述指标。埋藏深度将影响压力大小，从而影响瓦斯解吸；煤厚变异系数则反映了该区域煤层厚度变化，从而推测出本区域煤层气富集状况；构造状况、水文地质条件则使煤层中瓦斯聚集或逸散；透气性则反映了煤层中瓦斯抽放的难易程度；这些是瓦斯赋存状况的表征指标。

（3）瓦斯特征表述指标。瓦斯压力大小、瓦斯放散初速度、瓦斯透气性、百米钻孔瓦斯资源量则能反映出瓦斯量大小及持续时间长短[3]，这些可作为瓦斯特征表述指标。

综上可得煤层气井下抽采的影响因素知识模型如图2。

2 煤层气开采模糊综合评判体系

煤层气开采模糊综合评判方法就是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑煤层气开采影响因素，对其开采风险进行综合评价[4～6]。在分析了影响煤层气地面钻采和井下抽放基础上，限于篇幅，以下以地面抽采为例，对煤层气开采风险的模糊综合评价进行论述。

图2 煤层气井下抽放影响因素知识模型

是否采取地面钻采的影响因素集可归纳为：

U=｛地球勘探能力，含气强度，渗透能力，解吸能力}=｛u1，u2，u3，u4}

为了使评价结果更合理一些，将地面钻采风险分为五个等级，即评价集为：

V=｛好，较好，一般，较差，差}=｛v1，v2，v3，v4，v5}

中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集

影响钻采风险的因素集中的任一指标，属于好与坏的程度构成一个模糊集合，其隶属函数取值于[0，1]区间。根据隶属度的大小，划分为五个等级：

设第i个因素的单因素评价为Ri=（ri1，…，rim），它是 U的模糊子集。对于一个区域来说，其煤层气钻采的各指标在不同地区有所不同，设在不同地区共测n次，根据统计原则，确定某一指标在μA（u）中各等级中隶属度的次数m，从而确定rik=m/n。以此建立了地面钻采的单因素综合评判矩阵，即

中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集

权重确定：在综合决策中，指标因素的权重处于非常重要的地位，它反映了各个指标因素在综合决策过程中所起的作用，直接影响到综合决策的结果。本文根据专家评分方法结合统计原则，建立了各因素之间的权重分配。将权系数矩阵记为：M=（m1，m2，m3，m4）；它们之和为1。

然后应用模糊矩阵的复合运算，得到地面钻采的模糊综合评判矩阵为：

中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集

对B进行归一化处理，B＇=（b1/b，b2/b，b3/b，b4/b）

评语是属模糊性的，为了比较方便，对评语进行量化处理。本文采用百分制，定量评价等级如表1。

表1 煤层气地面钻采等级标准表

B＇与量化值之间矩阵的积得出的数值与等级标准表比较得出多级综合评判结果。

3 实例分析

海孜煤矿位于安徽省淮北市濉溪县境内，属淮北煤田临海童矿区，含煤地层为二叠系，可采煤层有自上向下编号为3、4、7、8、9、10 煤层等6层，可采总厚10.23m，占含煤总厚度的71.6%。本文以7＃煤层为例，简要介绍海孜矿可采煤层煤层气地面钻采和井下抽放模糊评价过程。

根据专家们分别对煤层气开采的影响因素的一级评价指标和二级评价指标进行打分，按照加权平均法对这些分数进行量化处理，即得到各因素子集和各因素的权值，从而分别建立了海孜矿煤层气地面钻采和井下抽放模糊综合评价指标体系，见表2和表3。

表2 煤层气地面钻采模糊综合评价指标体系

表3 井下瓦斯抽放模糊综合评价体系

根据海孜矿不同点各评判指标的实测值，进行加权平均得出各评判指标的平均值，根据隶属度，从而构造出单级评判矩阵。见表4。

表4 海孜矿煤层气开采风险各评价指标加权平均值

根据以上数据，应用模糊综合评判方法，煤层气地面钻采一级指标最终评价得分为：76.2，29.25，66.9，60，可看出该矿区含气强度不高，但有利于煤层气的解吸与勘探。

其综合评价结果得分为：56.34。综合评价结果表明：该矿井不太适合对7＃煤层进行煤层气地面钻采。

瓦斯抽放一级指标最终得分为：13.75，72.75，78.9，可看出该矿区煤体特征极差，但煤层气赋存较好，利于煤层瓦斯的涌出与扩散，是煤与瓦斯突出危险煤层。其综合评价结果得分为：68.83。综合评价结果表明：该矿井较适合于对7＃煤层进行煤层气井下瓦斯抽放。

4 结语

应用多级模糊综合评价方法对于煤层气抽采地质条件进行评价，可以将定性分析和定量评价相结合，合理地反映出一个地区进行煤层气地面钻采和井下抽放的适宜程度，便于各个矿井根据评价结果采取相应的煤层气开采措施，减少煤层气投资风险。这种方法简便、可行，具有较强的实用性。

参考文献

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[5]王玉怀等.2005.应用层次分析法及模糊评价进行煤矿安全评价研究[J].煤炭工程，（3），60～62

[6]廖江等.2005.投标工程风险的模糊层次综合评价[J].重庆交通学院学报，（3），109～111

您好，本人也是采矿工作者。采矿方面的论文可以发表到以下期刊：采矿与安全工程学报矿业安全与环保金属矿山矿冶工程煤矿机械矿业研究与开发煤矿安全煤炭学报煤炭工程煤炭科学技术中国矿业大学学报中国矿业有色金属中国煤炭矿山机械西安科技大学学报湖南科技大学学报中南大学学报辽宁工程技术大学学报中国煤炭露天采矿技术河北煤炭建井技术采矿技术矿冶矿业工程江西煤炭科技煤矿爆破煤矿机电煤煤矿现代化中国矿业大学学报：英文版煤矿开采煤炭科技煤炭学报：英文版煤炭技术山东煤炭科技山西焦煤科技能源技术与管理陕西煤炭水力采煤与管道运输广东有色金属学报中国煤层气有色矿山有色金属：矿山部分中国矿山工程中州煤炭黑龙江科技学院学报山东科技大学学报华北科技学院学报太原理工大学学报安徽理工大学学报以上比较详细了，望采纳。

张 义 鲍清英 孙粉锦 张继东

( 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007)

摘 要: 针对不同煤阶煤层气开发过程中存在的问题，结合 U 型井自身技术优势，开展了沿煤层钻井筛管完井、沿煤层充气欠平衡钻井、沿顶/底板钻井分段压裂等 U 型井钻完井新技术研究。研究结果表明: 水平井煤层段采用 PEC 筛管完井能有效保护井壁稳定性，减少井眼坍塌，即便排采过程中井眼发生局部垮塌，筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道; 充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害，保护煤储层; 沿煤层顶/底板钻水平井可有效避免粉煤、构造煤等井壁稳定性问题，定向射孔分段压裂可有效沟通煤储层，释放储层应力，实现煤层气的开采。通过对井眼轨迹和钻井工艺参数进行优化设计，可增大煤层气降压解吸范围，加快煤层气解吸，并减少煤储层伤害。

关键词: U 型井 筛管完井 欠平衡钻井 分段压裂 优化设计

Study on Drilling and Completion Technologies for Coalbed Methane U-shaped Wells

ZHANG Yi BAO Qingying SUN Fenjin ZHANG Jidong

( Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang，PetroChina， Langfang 065007，China)

Abstract: In order to solve the problems in producing coal bed methane，some new drilling and completion technologies for coal bed methane U-shaped wells are studied in this paper. With the study on such technologies，it comes to conclude that the PEC sieve tubes used for horizontal wells not only can protect the stability of boreholes， but also can provide good channels for coal bed water and coal bed methane flowing. The coal seams can be protec- ted from pollution with the use of aerated under-balanced drilling technology. The borehole wall is easy to collapse while drilling in pulverized coal or tectonically deformed coal，for such coal seams，it should be better to drill wellbores in its roof or floor and then use the oriented perforating and staged fracturing technologies to intersect the coal seams and release the reservoir stress，as a result to produce the coal bed methane. After optimizing the well paths and drilling parameters such as annular gas injection rate，gas injection pressure，mud discharge rate，and so on，it can enlarge the desorption range of coal bed methane，accelerate the desorption rate of coal bed meth- ane，and also protect the coal seams from pollution.

Keywords: U-shaped wells; screen completion; under-balanced drilling; staged fracturing; optimal design

作者简介: 张义，1983 年生，工程师，硕士，主要从事煤层气多分支水平井、欠平衡钻井及钻完井新技术等方面的研究。电话: ( 。E mail: zhangyi15@ petrochina. com. cn

我国煤层气资源丰富。全国埋深2000m以浅的煤层气资源量大约为36.81×1012m3，其中，中、高煤阶煤层气资源量约为21.68×1012m3，占总资源量的58.9%，低煤阶煤层气资源量约为15.13×1012m3，占总资源量的41.1%［1，2］。中高煤阶煤层气开发目前采用的钻完井技术主要为直井水力压裂、定向井/丛式井、多分支水平井等，但由于中高煤阶煤层气富集地区(如沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等)地形条件比较复杂，多以山地、沟壑为主，地表高差大，水力压裂施工难度大，且煤岩机械强度低，多分支水平井在排采过程中随着储层压力的降低，主支及分支井眼周围煤层易发生破碎、垮塌，部分直井、水平井单井产气效果差，有的产气量一直很低，有的前期产量高、后期递减严重且无法恢复;低煤阶煤层气的开发目前尚处于研究探索阶段［3～5］。因此，为了进一步丰富煤层气开发技术和推动高、中、低煤价煤层气的全面开发，开展U型井等煤层气钻完井新技术研究具有非常重要的意义。

1 U型井技术简介

U型井一般由洞穴直井和定向水平井两口井组成，由于水平井在水平段的靶点末端与洞穴直井相连通，两口井形成一个“U”字形的井筒结构，因此形象地称为U型井(如图1所示)。煤层气U型井中洞穴直井一般布置在煤储层构造低部位(见图1中A井)，水平井布置在煤储层构造高部位(见图中B井)。在钻井过程中，当水平井造斜进入目的层以后沿目的层倾向从高端向低端钻进，并与洞穴直井定向连通(参见图1中CD段)［6］。

图1 U型井示意图

整个U型井的有效排水采气井段为水平井，位于煤层/目的层中的斜直井段CD段。由于煤层气U型井这种独特的井身结构充分利用了倾斜煤层水的重力优势，在生产阶段煤层水很容易依靠重力作用排到生产井A井的井底，再经过排采设备抽排到地面，因此非常有利于排水降压采气和排除煤粉。

U型井技术由于能够有效疏导和沟通煤储层割理、裂缝，从而改善煤储层导流能力、提高煤层气井的单井产量，因此该技术目前在国外(尤其是澳大利亚)的煤层气开发中得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。澳大利亚博恩盆地和苏拉特盆地等高渗煤层气富集区的U型水平井单井产量达到7000～50000m3/d。国内该技术目前山西晋城、寿阳地区及山西保德等地区煤层气开采中也开展大量的应用试验，取得了初步成功。

2 U型井钻完井新技术研究

2.1 沿煤层钻井筛管完井技术

图2 U型井沿煤层钻井筛管完井示意图

沿煤层钻井筛管完井技术即水平井在二开完钻以后，三开沿煤层进行定向钻进与洞穴直井相连通，并在煤层段下入Φ78mm的PEC筛管进行完井(图2)。由于PEC筛管具有良好的挠度和强度，下入水平井眼煤层段后对井壁具有一定的支撑作用，能有效保护井壁稳定性，减少井眼坍塌;即便在煤层气排采过程中，随着储层压力的降低，井壁失稳，水平井眼局部发生一定程度的垮塌，筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道，从而避免出现目前部分多分支水平井存在的井眼垮塌、堵塞气、水流动通道，煤层气产量严重下降的现象。该技术对于构造相对稳定的中高煤阶煤层气开发具有良好的适用性。

2.2 沿煤层充气欠平衡钻井技术

沿煤层充气欠平衡钻井技术即水平井二开完钻后，通过二开技术套管在水平井造斜段下入特定的注气接头系统图3)。当水平井在煤层中沿煤层定向钻进时，通过注气接头系统进行环空注气，降低水平井环空液柱压力，从而可实现水平井在煤层中的欠平衡钻进［7］。

图3 注气接头系统示意图

由于煤层割理、裂缝发育，钻井过程中煤储层易受钻井液的污染，致使煤储层渗透率严重下降，且这种储层渗透率伤害具备不可逆性，因此采用充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害，可有效保护煤储层。该技术对于沿煤层钻水平井开发煤层气具有非常好的储层保护作用。

2.3 沿顶/底板钻井分段压裂技术

沿顶板/底板钻井分段压裂技术即U型井二开完钻后，三开沿煤层顶部/底板或煤层间隔层进行定向钻进与洞穴直井相连通，下套管固井，三开水平段采用定向分段射孔压裂完井(图4)。该技术根据水平段长度进行合理地分段，通过定向射孔大排量水力压裂可有效沟通煤储层，释放储层应力，从而实现煤层气的开采。该技术对于构造煤、粉煤发育的煤储层煤层气开发具有良好的应用可行性，在下一步低煤阶煤层气规模开发中也具有良好的应用前景。

图4 U型井沿顶/底板钻井分段压裂示意图

3 U型井欠平衡钻井优化设计

3.1 井眼轨迹优化设计

为了使水平井二开完钻后能顺利地进入煤层并沿煤层定向钻进，水平井井眼轨迹设计采取“双增双稳”五段式井眼轨迹设计方法，如图5所示。

在井眼轨迹设计过程中，第一个增斜段井斜角α1及第一个稳斜段长度L2的确定主要依据煤储层埋深而定;第二个增斜段的井斜角α2则主要根据煤储层地层倾角而定，其目的是为了二开完钻后，所钻井眼井斜角与煤储层地层倾角基本一致，三开水平井眼能平滑地进入煤储层并沿煤层进行钻进;第二个稳斜段则主要是为了连通洞穴直井，其长度L3即为整个U型井有效排水降压段的长度。

以沁水盆地某U型井(ZU09井)设计为例，该井预计煤层埋深560m左右，煤储层地层倾角平均4°～5°，但U型井设计方位73.9°，与煤层走向几乎垂直，通过采用五段式设计方法，U型井中水平井第一个增斜段井斜角设计为27.23°，第二段增斜段井斜角89.56°，直井段段长378m，第一个稳斜段段长2.3m，第二个稳斜段段长519.5m，具体设计参数如表1所示，井眼轨迹参加图6。

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

表1 ZU09-H井主水平井眼设计剖面数据

为了增大U型井单井控制面积，扩大煤层气降压解吸范围，U型井井眼轨迹设计采取了“双翼”U型井井眼轨迹结构(图7)。该井眼轨迹结构的优势在于通过左右侧钻分支井眼分别与洞穴直井相连通，既扩大了煤层气降压解吸范围，又可通过井眼间井间干扰作用加快煤层气的解吸。此外，U型井主水平井眼采用筛管完井，在排采过程中可有效保障U型井煤层气、水流动通道;两翼分支井眼采用裸眼完井，由于分支井眼两端分别与主井眼及洞穴直井相连通，因此即便排采过程中分支井眼发生了井眼垮塌、堵塞，仍能最大限度地保障分支井眼内煤层气、水的流动通道。

3.2 充气欠平衡钻井优化设计

由于在U型井充气欠平衡钻井过程中，注气接头系统是下入在水平井第二段增斜段中。以ZU09井为例，由表1中设计参数可以看出，两个增斜段造斜率相差不大(第一段为9.87°/30m，第二段为9.69°/30m)，且两者之间的稳斜段长度仅为2.3m，因此为了便于计算，将第一个增斜段、第一个稳斜段、第二个增斜段视为一段，即假定三者为造斜率相同的同一个增斜段。因此，U型井充气欠平衡钻井物理模型可以简化为两部分组成:直井段、造斜(增斜)段，如图8所示。

图6 ZU09-H井井眼轨迹示意图

图7 “双翼”U型井井眼轨迹示意图

在造斜段内选取任一微元段ds进行分析(如图8)。

通过对微元体内流体质点建立质量守恒方程、能量守恒方程、伯努利方程、沿程摩擦损失达西公式等，并进行推导计算，可得出增斜段及稳斜段井筒环空内压降计算模型如下［8～10］:

增斜段井筒环空压降计算模型:

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式中:p为混相流体压力，MPa;α为井斜角，(°);ρm为混相流体密度，g/cm3;g为重力加速度，m/s2;Rw为弯曲段曲率半径，m;vm为混相流体平均流速，m/s;λ为沿程阻力系数，无因次;Db为三开井眼直径，m;DP为三开钻杆柱外径，m。

图8 U型井欠平衡钻井简化物理模型

竖直井筒环空内压降计算公式:

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式中:p为混相流体压力，MPa;y为竖直方向基准坐标轴，m;θ为水平井眼倾角，(°);ρm为混相流体密度，g/cm3;g为重力加速度，m/s2;fm为摩阻系数，无因次;vm为混相流体平均流速，m/s;D为井眼环空当量直径，m。

以ZU09井为例，利用上述建立的数学计算模型，对注气接头系统不同注气压力、注气量以及不同钻井液排量条件下井底欠压值井下了计算，得出井底欠压值与环空注气量、钻井液排量关系曲线如图9、图10所示。

图9 井底欠压值随环空注气量变化曲线

图10 井底欠压值随钻井液排量变化曲线

图9反应的是不同注气压力(Pgas)条件下井底欠压值随环空注气量(Qg)变化曲线。由图可以看出，在同一注气压力下，井底欠压值随着环空注气量的增大呈单调递减变化规律;注气压力接近地层压力(Pe=0.82*560*9.8*0.001=4.5MPa)时，井底欠压值随注气量的增大变化较平稳;注气压力越大，井底欠压值随注气量的增大波动也较大。图10反应的是不同环空注气量条件下井底欠压值随钻井液排量变化规律。由图可以看出，当环空注气量选在某一合理范围内时，井底欠压值随钻井液排量的增大单调递增;当注气量超出该合理范围时，井底欠压值随钻井液排量的变化波动较大。为了满足现场欠平衡钻井工艺要求(井底欠压值控制在0.5～0.2MPa之间)，综合图9、图10关系曲线，可以优化得出环空注气量、注气压力、钻井液排量的合理取值区间为:环空注气压力控制在4.5～4.7MPa，环空注气量22～25m3/min，钻井液排量13～16L/s。

4 结论

(1)U型井能充分利用倾斜煤层水的重力优势进行排水采气，能有效疏导和沟通煤储层割理、裂缝，改善煤储层导流能力、提高煤层气井的单井产量，因而在煤层气开发中具有良好的应用前景。

(2)水平井煤层段采用PEC筛管完井能有效保护井壁稳定性，减少井眼坍塌;即便排采过程中井眼发生局部垮塌，筛管仍能为煤层气、水提供良好的流动通道，因此对于构造相对稳定的中高煤阶煤层气开发具有良好的适用性。

(3)充气欠平衡钻井技术可有效减少煤储层的污染和损害，保护煤储层，对于沿煤层钻水平井开发煤层气具有非常好的储层保护作用。

(4)沿煤层顶/底板钻水平井可有效避免粉煤、构造煤等井壁稳定性问题，通过进行定向射孔分段压裂可有效沟通煤储层，释放储层应力，实现煤层气的开采。该技术在下一步低煤阶煤层气规模开发中具有良好的应用前景。

(5)通过采用“五段式”+“双翼”井眼轨迹优化设计方法，既可扩大单井煤层气降压解吸范围，充分利用井间干扰作用加快煤层气的解吸，又能最大限度地保障分支井眼内煤层气、水的流动通道;通过合理优化环空注气量、注气压力、钻井液排量等工艺参数，可实现水平井沿煤层欠平衡钻进，从而减少钻井液对煤储层的污染，有效保护煤储层。

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