国内外煤层气的钻采技术

① 固井施工时由于井身浅 ， 井径 多不规则， 并且替浆量少 ， 导致
②水泥浆易漏失 ， 固井过程中复杂情况多。煤层段地层孔隙压 密度比钻井液密度高得多， 更容易导致地层浆体漏失 ， 损害产层。
力梯度较低 ， 即使用清水钻进 ， 煤层段漏失现象时有发生 而水泥浆
漏失 ； 煤液呈酸性 ， 泥浆 呈碱性 ， 而 容易 造成 酸碱 中 和产生 金 属 盐 ， 塞煤层气通道 ； 堵 煤层 气井产气周期长 ， 对井的寿命要 求高。
⑤煤层 易受到伤害 ， 保护煤层的难度大 。固井过程中如果水
对煤层 的伤 害 ， 影响产能 。
（） ３建立合理的井身结构 ， 加快钻井速度 ， 减少煤层 浸泡时间 ； （） ４ 煤层取芯与 油气井常规取 芯不 同 ， 煤芯难 以形成芯柱 ， 特 别是清水取煤粉 ， 要求 取芯 完到 煤芯 装罐 前后 ≤ ３ ｍｉ， ０ ｎ 于是 采 用绳索式取芯工具 ；
特殊性 ， ， 如 煤层气井 常采用 压裂增 产 、 压排水开 采措施 ， 负 这给
外煤层气钻 采与增 产技术 的科 研成 果及应用情况进行总结 。
１ 煤层气的钻井与完井技术
１ １ 煤 层 气 钻 井 技 术 ［３ ． ２］ ｌ
固井设 计与施工提 出了更 高的要求 。固井质 量要高 ， 间封 隔要 层
井 固井 的特点及难点 主要 表现在以下几 个方面 ： 顶替效率低 ， 残留的滤饼和钻井液严重影响 了对煤层的封固质量。
好， 固井 施工中对煤层的伤 害要 小 和一 般油气井 相 比， 煤层气
煤层 与一般 油、 气层地质特点不 同； 煤的机械强度低 ， 以支 难 撑上覆地层 的压力 ， 易于跨塌 、 碎 ， 破 导致井 径扩大 ； 开后的煤 钻 层． 浸泡时 间越长 ， 煤层 吸水 跨塌越 厉害 ； 岩微 裂缝 、 煤 孔隙发育 ， 节理也相当发育 ， 钻开后滤失量大 ， 且地层孔隙压 力低 ， 容易发生
浆配方设计 的难度 。 ③ 塞流顶替技术 。煤层气井容易垮塌 ， 不能使用大排量顶替 泥浆 ， 因此不能实现紊流顶 替， 多采 用塞流顶 替技术 。因为塞 而
严， 适用性 比较差 。由于人们 对这种人造洞穴 提高煤层 渗透率及 煤层气产量的作用机理仍不 十分 清楚 ， 且在裸眼 环境 中作业具有
弹的穿透深度 ， 有利 于后期作业 。国外煤 层气 固井资料中曾报道
传导系数并产生竞争吸附置换效应 ， 从而提高煤层气开采时的
单产量及 回收率 。
３ 结 束 语
过此项技术 ， 国内尚未 开展对此项技术 的研究。
下套管注水泥 固井完 井是 目前 通用 的完 井方 法 ， 的适用 它
综上所述 ， 煤层气的开采利 用有着广 阔的前景 ， 层气的钻 煤
较高的风险性 ， 使用这种工艺方 法的费用不可预测 。正是 由于这 些原因， 使裸眼洞穴完井技术的应用受到 了很大的限制 。
２ 煤层气 注气 开采技术
通过压裂法来 提高煤 层 的渗 透性 效果并 不理 想 ， 而裸 眼洞
穴完井风险性较高 ， 作业 费用大 ， 因此必须探索新的增产途径 。
开采煤层 气的钻采与增产技术 的研 究成果及使 用情况 ， 总结 了煤层 气开采利 用技术 方面还存在 的问题 。 关键词 ： 煤层气 ； 井； 钻 完井 ； 压裂 ； 注气开采
在煤矿开采业 中， 煤层气 （ 即瓦斯 ） 历来被人们看作是有碍生 产安全的有害因素而成为人们 防护 排放 的对象 。但 在近 十多年
地质编 图》 ， 国在埋深￣２ ０ ｍ 的浅层 范围 ， ］我 ００ 煤层 内拥有 甲烷
下套管和固井作业造成的损 害 ， 通常采用 裸眼法完井 ， 即将套管
柱下到 目的层上部 ， 以减轻固井引起的损害。但 是这 种完井方法
本身受到很 多限制 ， 括完井层数（ 包 通常 只有 １ ） 个 和井 眼可能 出 现 的坍塌 （ 由于煤层 强度低 ） 。
≤３，Ｏ ｍ增斜率＜ ｌ， 。ｌＯ 。井底水平位移＜２ ｍ， Ｏ 选择合理的钻具组 合， 优选钻井参数 ． 确保井身质量 ； （） ２ 使用清水和水气混合 钻井液 ， 点防垮 及井垮造 成 的复 重
杂情况 ；
密度水 泥的水化速 度慢 ， 水泥石早 期强度 和后期强 度低 ， 低温下
④水 泥浆 向地层 的失水 量大 ， 导致性 能发生 很大变化 ， 影响
层气 的机制＿ １ 。他提出煤层 气生 产的标 准方式 ； 通过 抽取 煤层 裂隙系统 中的地下水 ， 降低煤 层裂 隙系统 中的压力 ， 使煤层 气在
微孔 隙扩散到割理 上； 吸出来 的气体按 照达西定律 ， 解 通过 煤割 理和裂隙系统 ， 随着割理和裂隙系统中的水流入井筒 。 但是这种生 产方法不是 很奏效。即使是生产几 十年后 ， 的 气 最终 回收率都不会 超过原地原 始气体量的 ５ 。因此提 出了一 Ｏ 种新 的方法 ； 通过 注入 气体 （ ， ０２ ） Ｎ２ Ｃ 等 来提 高煤 层气 的 采收 率 。注气增产 的作 用机理［ ，］ 一是 通过 注气增 加储 层流 动能 １１ ： ０１ 量； 二是改变煤层孔 隙结构提高渗 透率 ； 三是通 过提高储 层压力
注水泥时 ， 水泥浆 到达煤层 底 部时 经绕煤 层 固 井工具 进入 导 流 管， 并从煤层顶部进入环空 。绕 煤层 固井时 ， 浆不 与煤层接 水泥 触 ， 了固井水泥浆对煤 层的伤 害。与常 规套管 固井相 比 ， 避免 在
绕煤 层段套 管与煤 层间无 水泥环 ， 少 了射孔 阻 力， 减 增进 了射孔
来， 随着科 学的不断发展进 步 ， 人们发现 ， 这种所渭“ 有害因素” 在 生产上却完全可作为一种新 型能源 被大 规模开 发利用 。特 别是 美 国， 煤层气工 业 ２ Ｏ世纪 ７ 代起 步 ，Ｏ世纪 ８ 代迅速 发 Ｏ年 ２ Ｏ年
国外已尝试应用 水平 井钻 井技 术进 行煤层 气 开发 ， 目前 到 为止 ， 只是部分 获得成功 ］ 也 。
・
中 图分类 号 ： ８ ２ 文献标识 码 ： ＴＤ ４ Ｂ
钻掘工程 ・
国 内外 层气 的钻 采技 术 煤
舒秋 贵 ， 张建 兵
（ 西南石油 学院石油工程学院， 四川 南充 ６ ７０ ） ３ １０
摘
要： 煤层 气以前被 称做 “ 害因素”现在在 生产 上却 完全可作为 一种新 型能源被 大规模 开发利 用。综述 了国 内外 有 ，
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第８ 期
舒秋贵 ， 张建兵 ： 国内外煤层气的钻采技术
１５ ０
空的液柱压力 ， 减轻了失重带来的影响 ， 而实现防漏压稳 ， 从 既保
证了固井质量 ， 又防止 了煤层受到损害 。一级水泥 和二级水泥 可 以分别采 用不 同的水泥 浆体 系和 水泥 浆 配方 ， 因此降低 了水 泥
（） ５使用 ｐ Ｈ值≤７ ５的钻井液 。 ． 另外 ， 由于煤层气单井产 量较低 ， 工艺性试验投入大 ， 勘探效
泥浆的密度高、 失水量大 ， 泥浆性 能差 或施 工不 当 ， 水 很容易造成
针 对以上特点和难点 ， 目前采用 的主要 固井技术有 ：
①低 密度水 泥浆。低 密度水泥浆主要有两种 ， 一种是漂珠低
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总第 ８ 期 ７ ２０ ０ ３年第 ８ 期
西部 探 矿 工 程
Ｗ ＥＳ ｒ ＣＨＩ ，— ＮＡ ＸＰ Ｅ Ｉ０ＲＡＴ１ ０Ｎ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲｌ ＮＧ ｓ ｒ ｓＮｏ ８ ｅｉ ． ７ ｕ
Ａｕ ２０ ０３
文章 编号 ：０ ４ ５ １ （０ ３ ０ － １４ ０ １０ － ７ ６ ２ ０ ） ８ ０ － ３
不成熟 ， 如减小储层损害的钻井液 、 密度水泥 的研 制、 低 绕煤层 固 井工 艺技术 ， 裸眼洞 穴完 井提高 煤气 产 量的作 用机理 及 减小 风 险方 面的技术 改进 ， 及注气开 采的数值 模拟技术 等 ， 待进一 步 仍
深 入研 究 。
参考文献
源储集于煤层 ， 并常伴 以低 温 、 压和低 孔渗 条件 ， 低 因而 ， 煤层 气 井在优化压裂设 计和选择压 裂液方面 有其特 殊要求 。煤 层气井
１ ２ 煤 层 气 井主 要 完 井技 术 ．
煤层气所采用的 主要完井技术有 ：
（） １裸眼法完 井 。在煤层气工 业开 采发展 初期 ， 了减少 ］ 为
展， ２ 到 ｏ世纪 ９ Ｏ年代 已达到 年产约 ２ ０ ０ ｍ３ ０ ×１ 的生 产水平 。 我 国的煤炭 资源储量居世界第 三。据煤 炭部《 国煤炭煤层 瓦斯 全
针对上述特点 ， 采用 以下关键 钻井技术 ：
③水泥浆配方设计 困难 。煤层气井浅 ， 底温度低 （ 井 一般在
２ ℃～４ ℃之间 ）上 部地层 的温度更低 。低温 下水 泥特别是低 ５ ５ ， 和 降失水剂 配伍 的早强剂 及促 凝剂少 。 对煤层封 固。
（） １为便于后期完井及开 采工作 ， 求煤层 气井最大 井斜 角 要
流顶替技 术对工艺和设 备 的要求 相 对较低 ， 对水 泥浆性 能 的要
求也不十分严格 。塞流顶替 时接触 时 间长 ， 替效率 高 ， 工易 顶 施 于组织 ， 使用设备也少 。
实践证明 ， 注水 开采煤层 气的效果并不十分理想 ［ １ ”。
Ｐ ｆ 和 Ｙｅ（ ９ 概括地描述 了通过降低储层压力生产煤 ｕ ｅ１９ ０）
② 双级 固井技 术。有 的井深约 ｌ０ ｍ左右 的煤 层气井 固井 Ｏ０
采用 了双级 固井技术 。双级 固井减少 了一次 注水 泥量 ， 降低 了环
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