煤层气钻井中的几个关键技术问题
218-12-10
1. 关于煤层气
1.1煤层气的成因及主要成份
煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为CH4，占90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。
1.2煤层气的危害
煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比CO2大20倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。
1.3煤层气的利用
另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.43～3.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。
1.4山西沁水潘庄矿区煤层气开发
山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在2000m3以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的120MW燃气轮低热值煤层气发电站。
1.5煤层气钻井工艺
煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从2006年8月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井6口，进尺2800多米，实现产值300余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻
进、下套管和固井这四个关键性技术问题。
2.煤层气钻井施工中的几个关键技术问题
2.1钻井防斜
2.1.1煤层气钻井对井斜的要求
由于在钻井完成后，还要进行射孔、压裂、安装井下装置等后续施工，对于钻井质量中的井斜有严格的要求，井深500m井斜0～1.0°为优质，1.0～2.5°为合格，超过2.5～3.0°为不合格，超过3.0°为报废。
2.1.2造成井斜的主要原因
造成井斜主要有以下几方面原因：钻机安装不正、开钻钻进参数选择不合理、钻具组合不恰当、松软地层没有控制进尺、单点测斜不及时等。
2.1.3主要防斜措施
在钻井中要做到：①钻塔安装必须符合规范要求，保证三点一线；钻机安装要保证转盘水平；②松散层钻进要严格控制钻进参数，采用吊打的方式，防止出现井斜；③采用适宜的钻具组合，钻铤、钻杆直径不能相差太大，要保证粗径钻具有足够的长度；④松软层钻进中不得抢进尺，注意在泥岩段划眼；⑤做到及时
测斜，一开完钻后必须进行单点测斜，以后每隔50m测斜一次，发现井斜后及时采取措施纠正。
2.2钻井液固相控制
2.2.1煤层气钻井对钻井液性能的要求
在煤层气钻井中，一开对于钻井液性能不作要求，以利于钻井生产正常进行为原则。从二开钻进开始，要求必须用清水，特别是进入煤系地层后，要求：密度要在1.02～1.04g/cm3，粘度15～16s，含砂量＜0.5%，PH值7.5～8。在煤层钻进时，要求钻井液密度为1.02g/cm3。
2.2.2钻井液固相控制的具体措施
由于上石河子组、下石河子组、山西组地层砂岩、泥岩造浆严重，尤其是三牙轮钻头切削造成的岩屑在不能被及时携带到地面后造成二次或者多次破碎，有些岩屑颗粒极小，使用振动筛也不能及时清除，在这种情况下，只有通过换浆才可解决问题。为保证钻井液密度符合要求，从二开一开始便要使用振动筛除砂，根据钻井液的消耗情况及时补充；每钻进150m 左右进行一次部分换浆，在钻遇煤层前要彻底换浆，排掉地面上的钻井液后，还有通过循环，
将井筒内的钻井液彻底换掉。在钻进中，对于循环槽和沉淀坑内的岩屑要及时清理。要求非煤系地层钻进每一小班测定钻井液常规性能（密度、粘度、PH值等）4次，煤系地层钻进每一小时测定一次。
2.3煤层钻进
2.3.1煤层气钻井对钻进煤层的要求
在钻进煤层时，要求钻探判层准确。在钻井质量验收中，钻井判层深度和测井解释深度误差小于5‰为优质，在5～10‰之间为合格，大于10‰为不合格。如果井深500m，煤层深度误差小于0.30m为优质，0.30～0.60m为合格，大于0.6m为不合格。要求每钻进0.10m记录一个钻时，采集足量的煤样标本。
2.3.2钻进煤层具体措施
根据地质设计，准确判层，尤其是确定标志层深度；通过准确计算岩屑迟到时间，捞准岩屑，判准地层底界。在钻进离煤层顶班2m时要格外小心，司钻要紧盯压力表和卷筒，发现进尺突然加快后立即关机停钻，大泵量冲井，捞取岩屑，观察有无煤屑。当发现煤屑后，准确判断方入，确定井深，重新调整钻压、转速、
泵量、泵压，应采用轻压、慢钻，以及小泵量、低泵压，准确记录钻时；在钻进的同时，做好捞取煤样工作；当发现进尺变慢后，适当调整钻井参数，观察冲上来的煤屑变化，确定煤层厚度和底板深度。
2.4下套管和固井
2.4.1煤层气钻井对下套管和固井的要求
煤层气钻井采用全孔套管，井底悬空在
1.5～
2.0m之间。套管接箍避开煤层顶底板2.0m 以上，最下一根套管两端分别连接浮鞋、浮箍，煤层段用一根长度11m左右的长套管，在过煤层后间隔一根套管下入长度
3.0m左右的一根短标志管，从下部开始，第三根套管开始下扶正器，煤层段上下三根套管都要下扶正器，以后间隔两根套管下入一个扶正器，上部可以适当减少，在表层套管中要保证有一个扶正器。500m 深的煤层气井，下入扶正器的个数应保证在15～18个。
要求下套管前逐一用通径规进行通径，用柴油将套管丝扣清洗干净。下套管时用干抹布擦净后在公扣上涂抹丝扣油，要保证丝扣连接紧密，既要上紧套管，又不能因为用力过大上
坏丝扣。下套管中途要分两次向套管柱内注入钻井液，保证液柱压力。下完套管后要连接主动钻杆，开泵循环，保证循环通畅。
固井中先注入前置液5m3左右洗井，洗井完成后开始注入水泥浆，要求平均密度在
1.60g/cm3，采用开始密度小，中间大，最后小的办法，必须要连续注入，中间不能停止。注水泥完成后开始顶替，顶替量就是阻流环以上套管柱的内容积。最后碰压15Mpa,如果5Min
压力不降便碰压成功。
在固井候凝48h后开始测固井质量，试压。如果加压20Mpa，30Min压降小于0.5Mpa即为固井质量合格。
2.4.2保证下套管和固井顺利进行的措施
在下套管前准确丈量套管长度，逐一编号，每根都要丈量两次，必须是前后打颠倒丈量。在下入套管总长确定后，通过调整煤层下部套管的长度，使顶底板离接箍的距离达到规范要求，如果不能保证避开接箍2.0m时，也要在1.5m以上。开始下套管前要仔细检查钻机离合器、升降把、卷筒调整螺丝，更换吊钳的卡牙、检查销轴的灵活性并注油，检查吊卡的开合性
能进行润滑处理。对人员进行具体的分工，做到各负其责。
在固井前应准备足量的清水，应保证在20M3以上，还要有足够排浆的地方。要检查发电机是否正常工作。要有明确的人员分工，由于固井车和钻机现场的泥浆泵相比泵量很大，洗井、注水泥、顶替过程中，井内都会有大量钻井液流出，要及时排走，不得溢出井场造成污染。
2. 煤层气钻进前景展望
煤层气钻井工艺和石油钻井、水源钻井基本相似，在地质录井上和煤田勘探相类似。煤田地质单位将在这一领域具有得天独厚的优势，在山西煤层气施工队伍中，来自全国煤田地质系统的占很大比重，加上国家将对煤层气进一步加大开发力度，以及煤层气本身作为清洁能源所具有的不可替代的优势，煤层气开发将是今后很长一段时期的主要地质工作。只要我们大胆涉足这一领域，积极探索，不断改进施工工艺，提高钻井效率，树立煤田地质单位的良好形象，将会在这一领域大有作为。田智
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
煤层气钻井中的几个关键技术问题 2008-11-17 来源 关于煤层气 1.1煤层气的成因及主要成份 煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为CH4，占90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。 1.2煤层气的危害 煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比CO2大20倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。 1.3煤层气的利用 另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.43～ 3.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。 1.4山西沁水潘庄矿区煤层气开发 山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在2000m3以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的120MW燃气轮低热值煤层气发电站。 1.5煤层气钻井工艺 煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从2006年8月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井6口，进尺2800多米，实现产值300余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻进、下套管和固井这四个关键性技术问题。 2.煤层气钻井施工中的几个关键技术问题 2.1钻井防斜 2.1.1煤层气钻井对井斜的要求 由于在钻井完成后，还要进行射孔、压裂、安装井下装置等后续施工，对于钻井质量中的井斜有严格的要求，井深500m井斜0～1.0°为优质，1.0～2.5°为合格，超过2.5～3.0°为不合格，超过3.0°为报废。 2.1.2造成井斜的主要原因
页岩气钻井关键技术及难点研究 摘要：页岩气属于非常规天然气资源，国外的页岩气开发已经积累了一定的经验。我国的页岩气开发处于初级阶段，为了更好地开发页岩气，结合我国页岩气 井钻探的实际情况，对页岩气钻井关键技术进行研究，解决钻井的难点问题，不 断提高页岩气井钻探的效率。 关键词：页岩气；钻井；关键技术；难点分析 我国页岩气资源丰富，普遍存在分布广、丰度低、易发现、难开采等特点， 是具有自生自储、低孔低渗、无气水界面、大面积连续成藏的低效型气藏资源。据在川南和滇北地区的页岩气完钻井统计显示，页岩气开发主要存在地层不确 定因素多，压力及流体性质难以预测; 泥页岩和致密砂岩易水化膨胀、易破碎， 井壁不稳定; 固井易气窜，完井困难; 储层易损害，采收率低; 钻井速度慢，钻井 周期长; 开发技术难度大，钻井成本高等问题。为获得较高的钻井收益率，需要 掌握页岩气藏地层特点，预防和克服井下复杂情况，加快页岩气优快钻井配套 技术研究，实现我国非常规油气资源开发的突破与发展。 1.页岩气钻井关键技术 1.1页岩气进入井眼途径 页岩气井中，页岩气进入井眼的过程如下：在钻井、完井压降的作用下，裂 缝系统中的页岩气流（游离气）向井眼并且基质系统中的页岩气（吸附气）在基 质表面进行解析；在浓度差的作用下，页岩气由基质系统向裂缝系统进行扩散；在流动势的作用下，页岩气通过裂缝系统流向井眼。页岩气进入井眼途径复杂， 是钻井过程中的关键之一。 1.2钻井井位部署 页岩气的吸附气含量达到25 %~85 %，同时没有远距离的运移和聚合，因此，其开采必须借助于现代化的压裂工艺，通过进一步扩充裂缝，连通相关的孔隙， 从而获得一定产能的页岩气。以前由于压裂工艺和设备的限制，导致无法获得具 有工业价值的页岩气。现代设备和技术的快速发展，是目前页岩气工业能够快速 发展的重要因素之一。 1.3浅层大位移井 大位移井是在定向井、水平井技术之后又出现的一种特殊工艺井。大位移井 的定义一般是指井的水平位移与井的垂深之比等于或大于 2 的定向井且井斜角大 于 60°，具有很大的水平位移和很长的大井斜稳斜井段。地质导向工具、旋转导 向钻井系统、闭环钻井、先进的随钻测量系统、新型钻井液、先进完井工具得到 开发和应用，促进了长水平井钻井技术的迅速发展，目前已经钻成了水平位移超 过 10 000 m，最大水平段长度已达 6 000 m 以上。目前国内浅层大位移水平井钻 井研究情况非常缺乏。 2.页岩气水平井钻完井技术的难点分析 2.1井眼轨迹优化设计及控制 由于页岩气储层渗透率低，为了实现页岩气的高效开发，必须进行大量水平 井钻井，而长水平段水平井钻井过程中，如何有效降低摩阻扭矩，如何实现井眼 轨迹精确控制则是需要解决一个难点。为了获得更好的压裂效果、沟通更多的 天然裂缝以及井壁稳定的考虑，水平井眼轨迹通常设计为沿着最小水平地应力 方向，同时，为了降低钻井成本，国外多采用多井平台长水平段水平井开发，即 每平台 6～8 口水平井，最多可达 24 口井，水平段长度通常介于 1000～1500m，
煤层气井压裂技术现状研究及应用 摘要：煤层气其主要成分为高纯度甲烷。煤层气开发的主要增产措施是压裂，而压裂设计是实施压裂作业的关键。本文介绍了煤层气储层的特征，并根据美国远东能源公司煤层气井压裂工艺技术，对其在山西寿阳区块几口井的压裂设计进行了分析。讨论了煤层气井压裂设计的主要参数如施工排量、压裂液、支撑剂、加砂程序的优化措施。 关键词：煤层气储层压裂设计小型压裂测试树脂涂层砂 1 引言 美国是率先进行煤层气开采的国家，其煤层气工业起步于70年代，大规模的发展则是在80年代。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，经测算煤层甲烷总资源量为30～351012 m3，约是美国的三倍。我国煤层气目前处于商业化生产的阶段。至今已在全国各煤矿区施工600多口煤层气井、10余个井组，大部分进行了压裂增产等措施。煤层气是我国常规天然气最现实、最可靠的替代能源，开发和利用煤层气可以有效地弥补我国常规天然气在地域分布上的不均和供给量上的不足。山西省是中国煤层气储量最丰富的地区之一，开发利用煤层气的优势十分突出，如何坚持科学发展的指导思想，解决开发利用过程中遇到的难点和瓶颈问题，达到合理有效地开发利用是我们当前应该着重思考的问题。 2 煤层气概况 煤层气俗称瓦斯，其主要成分为高纯度甲烷，是成煤过程中生成的、并以吸附和游离状态赋存于煤层及周岩的自储式天然气体，属于非常规天然气。在亿万年漫长的煤炭形成过程中，都有以甲烷为主的气体产生，如果它较多地从母质煤炭岩层中游离迁移出来并进入具有孔隙性和渗透性均良好的构造中储存积聚，则被称为煤成气（即煤基天然气），其开采方式与常规天然气较相似。 2.1 煤层气的赋存特点 煤层气藏与常规气藏最大的差异就是煤层甲烷不是以简单的游离状态储存于煤岩的孔隙中，煤层气中90%以上均是吸附状态附着于煤的内表面上，少量的煤层气是以游离状态储存于煤岩的割理、裂隙和孔隙中，还有部分煤层气是以溶解状态储存于煤层水中。煤是一种多孔介质，其中微孔隙特别发育，形成了异常巨大的内表面面积，据测定每吨煤的内表面面积可达0.929亿m2 。煤的颗粒表面分子通过范德华力吸引周围气体分子，这是固体表面上进行的一种物理吸附过程。压力对吸附作用有明显影响，国内外的研究均表明，随着压力增加，煤对甲烷的吸附量逐渐增大。 2.2 煤层气储层特征
完井技术国内外发展现状分析 第1章前言 1.1 现代完井技术发展现状 完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油气层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的一项系统工程。完井设计水平的高低和完井施工质量的优劣,对油气井生产能否达到预期指标和油田开发的经济效益有决定性的影响。 近十多年来,国内外完井均有了较快发展,并已发展成为独立的学科。除常规井完井技术日益完善外,其他特殊井完井也得到了很大发展,如水平井完井、复杂地质条件下的完井、小井眼完井、分支井完井、深井超深井完井、现代智能完井、膨胀管完井等。国内在完井技术方面虽然取得了一些进步,但是与国外相比,完井技术还有很大差距,特别是在不同储层选择合适的完井方式、水平井完井、欠平衡井完井、小井眼完井、分支井完井,从而影响了油气井的产量及经济效益。 1.2 本文的主要研究内容 1．查阅现代完井技术方面的文献，对各种完井技术现状进行综合性分析： (1)射孔完井技术； (2)割缝衬管完井技术； (3)砾石充填完井技术； (4)膨胀管完井技术； (5)封隔器完井技术； (6)智能完井技术。 2. 调研国内外最新完井技术现状，重点分析国内外现代完井技术现状、最新进展、应用成果以及发展趋势等,并对国内完井技术方案实施的可行性和完井技术的研究方向作初步预测和探讨。
第2章常规完井技术 完井方式的选择主要是针对单井而言。虽单井属于同一油藏类型，但是所处构造位置不同，所选定的完井方式也不尽相同，如油藏有气顶、底水，若采用裸眼完成，技术套管则应将气顶封隔住，再钻开油层，而不钻开底水层。若采用射孔完成，则应避射气顶和底水。又如油藏有边水，套管射孔完成时，油田开发要充分利用边水驱动作用，避射开油水过渡带。下面主要介绍常用的几种常规完井方式[1]。 2.1 裸眼完井技术 裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、复合型完井方式和后期裸眼完井方式三种。 先期裸眼完井方式（如图2-1）是钻头钻至油层顶界附近后，下套管柱水泥固井。水泥浆上返至预定设计高度后，再从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井身完井。 复合型完井方式（如图2-2）是指适合于裸眼完井的厚油层，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，可以将技术套管下过油气界面，使其封隔油层的上部，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段。 后期裸眼完井方式（如图2-3）是不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。固井时，为防止水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者换入低失水、高粘度的钻井液，以防水泥浆下沉。 图2-1 先期裸眼完井示意图 1—表层套管 2—生产套管 3—水泥环 4—裸眼井壁 5—油层
煤层气井钻井完井技术浅议 蒋作焰 【摘要】：煤层在储层物性、机械力学性质及储集方式等方面具有与常规油气储层不同的特征；这些特征决定了煤层气井钻井、取心、完井及储层保护诸技术的特殊性。据此，我们从钻井完井工程的角度分析了现有技术存在的问题和制约煤层气开发效果的主要因素。研究并形成了一整套煤层气井的取心技术、储层保护技术和完井技术。这套技术应用于中国多个煤层气试验开发区，不仅满足了地质评价的需要，也为实现煤层气工业性开采起到了积极推动作用。 【关键词】：煤层气钻井技术完井技术 【作者】：蒋作焰2006年毕业于长江大学石油工程专业，中原石油勘探局钻井一公司工程师。
前言 煤层气又称煤层甲烷,是一种优质高效清洁能源。凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，煤层气的勘探开发已在国际上引起广泛的关注。我国煤层气资源十分丰富,但是目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段。中原钻井通过多年的攻关研究和试验，形成并掌握了一整套适合煤层气的钻井完井工艺技术，其内容包括：煤层造穴技术、连通技术、煤层井眼轨迹控制技术、水平分支井技术、充气欠平衡钻井技术、煤层绳索取心技术、煤层气完井技术、煤储层保护技术、煤层气井完井技术等。 一、煤层气井钻井完井的特殊性 煤层气钻井完井技术是建立在煤层地质力学性质及开采要求基础之上的。煤层具有不同于其他储层的特殊地质特性表现在以下几个方面： 1、井壁稳定性差，容易发生井下复杂故障。 煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定，在钻井完井过程中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻甚至埋掉井眼等井下复杂。 2、煤层易受污染，实施煤层保护措施难度大。 煤层段孔隙压力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液、完井液和固井水泥浆中固相颗粒及滤液的污染；但在钻井完井过程中，为安全钻穿煤层，防止井壁坍塌，又要适当提高钻井液完井液的密度，保持一定的压力平衡。这就必然会增加其固相含量和滤失量，加重煤层的污染。因此，存在着防止煤层污染和保证安全钻进的矛盾，从而使实施煤层保护较油气层更为困难。 3、煤层破碎含游离气多，取心困难。
煤层气钻井井控实施细则（暂行） 中石油煤层气有限责任公司 ○二一一年四月
目录 一一一总则 一一一风险评估和分级管理 一一一一级风险井井控管理 一一一二级风险井井控管理 第五章防火、防爆措施 第六章井控应急救援 第七章井控技术培训 第八章井控管理制度 第九章附则
第一章总则 第一条煤层气是一种以吸附态吸附在煤的微孔隙表面的气体，需要通过排水降压方式才得以采出，是一种非常规气藏。 第二条为了进一步推进煤层气钻井井控工作科学化、规范化，提高井控管理水平，有效预防井喷事故的发生，保证人民生命财产安全，保护环境和油气资源不受破坏。参照中国石油天然气集团公司《石油与天然气钻井井控规定》，结合煤层气自身开发特点制定本实施细则。 第三条本实施细则适用于煤层气勘探开发钻井工程施工作业，进入所辖地区的所有钻井队伍及相关技术服务队伍应执行本细则。 第二章风险评估和分级管理 第四条井控风险评估 根据煤层气特点，将煤层气钻井作业风险划分为两级，按二 级井控风险进行管理。 一级风险井：预探井、含浅层气和CO2、H2S等有毒有害气体的开发井、评价井。 二级风险井：不含浅层气和CO2、H2S等有毒有害气体的详探（评价）井、开发井。 第五条井控分级管理 （一）井控装备配套 一级风险井必须安装防喷器，二级风险井在满足一次井控的条件下，可不安装防喷器。
（二）管理要求 一级风险井：相关建设单位在公司专业管理部门的指导下全 面进行管理。 二级风险井：相关建设单位独立进行全面管理。 第三章一级风险井井控管理 第六条井控设计是钻井地质和钻井工程设计的重要组成 部分，公司地质、工程设计部门要严格按照井控设计的相关要求进行井控设计，需由公司主管部门负责审核审批。 第七条钻井井口距离高压线及其它永久性设施不小于75m，距民宅不小于100m；距铁路、高速公路不小于200m；距学校、医院、油库、河流、水库、人口密集及高危场所等不小于500m。若安全距离不能满足上述规定，应组织进行安全、环境评估，并制定有针对性的井控措施和应急预案。 第八条地质设计应根据物探资料及本构造邻近井和邻构造的钻探情况，提供本井全井段预测的地层压力系数、浅气层、有毒有害气体资料和复杂情况。 第九条工程设计应根据地层压力系数、浅气层资料、岩性剖面及安全钻进的需要，设计合理的井身结构和套管程序，绘制 各次开钻井口装置及井控管汇安装示意图，并提出相应的安装、试压要求。 第十条工程设计应根据地质设计提供的资料进行钻井液设计，钻井液密度以各裸眼井段中的最高地层孔隙压力当量钻井液密度值为基准，另加一个安全附加值0.02g/cm3～0.15g/cm3；具
海洋石油深水钻完井技术概述 摘要：深水区海洋环境恶劣，台风和孤立内波频发，深水钻完井工程设计和作业难度大、风险高。在充分借鉴我国浅水钻井设计和国外深水钻完井设计及施工经验的基础上，研究并提出了深水钻完井设计的技术流程与工作方法，逐步形成了深水技术、深水科研、深水管理的三大体系，克服了深水特殊环境条件下的技术挑战和作业难题，满足了深水油气钻完井安全、高效的作业要求，具备了国内外深水自主作业能力。 关键词：深水；钻完井；作业实践；超深水跨越 目前，世界各国高度重视深水油气的勘探与开发，以BP、Shell、Petrobras 等为代表的油公司和以Transocean等为代表的服务公司掌握了深水钻井完井关键技术，主导着深水油气勘探开发作业。我国南海是世界四大油气聚集地之一，其中70%蕴藏于深水区。深水是挑战当今油气勘探开发技术和装备极限的前沿领域，尤其是在恶劣海洋环境下，如何安全、高效地开展深水钻完井作业成为了业界极为关注的焦点[1-3]。因此，研究深水钻完井所具有的特点，把握其发展趋势，对于促进我国石油工业可持续发展、增加油气产量、保障能源安全具有重要意义。1深水钻完井设计面临的挑战 在深水环境钻完井难度很大，深水钻完井设计不同于常规水深的钻完井设计，主要面临以下几个方面的挑战： 2.1深水低温 海水温度随水深增加而降低，深水海底温度通常约为4℃，海水的低温可以影响到海底泥线以下约数百米的岩层[4]。低温带来的问题主要包括：海水低温环境使隔水管中的钻井液流变性发生变化，在该温度下容易形成水台物，而且这样低的温度的对于钻井液和水泥浆的物理性质有很大的不利影响。会使钻井液的黏度和密度增大，钻井液的黏度增大可产生凝胶效应，在井筒流动中产生较高摩擦阻力，增大套管鞋处地层被压开的风险。容易引起钻井液稠化，使其流变性变差。低温还会延缓水泥水化导致水泥胶凝强度和水泥石抗压强度发展缓慢，流体易侵入水泥基体，容易造成油、气、水窜，后续作业无法顺利进行，影响固井质量。 2.2浅层气和浅层流
渤钻第一钻井公司钻井队现场施工技术关键点项 生产技术科更新时间：2009-2-6一、钻进阶段（包括取心） 序 号 关键点主要项目现象原因分析 1 指重表 钻具原悬重 增加①井深增加；②钻井液密度降低；③井喷预兆。 减少①钻井液密度增加；②井喷预兆；③钻具断。 上提与下放 阻力 增加 ①井深增加；②钻井液摩阻增加；③上提、下放刚 性钻具进入狗腿、缩径井段；④卡钻预兆。 减少①钻井液摩阻减少；②钻具断。 2 泵压表循环压力增加 ①井深增加；②钻井泵冲数增加；③钻井液密度、 粘度增加；④钻头水眼堵；⑤环空不暢（卡钻预 兆）；⑥井喷预兆 减少 ①钻井泵冲数减少；②钻井液密度、粘度降低；③ 钻头喷咀掉或钻柱刺、断；④井漏预兆；⑤井喷预 兆。 3 转盘扭矩增加 ①井深增加；②钻压、转速增加；③地层可钻性 差；④钻井液摩阻增加；⑤井眼轨迹不好⑥井塌、 卡钻事故预兆；⑦钻头、钻具事故预兆。 减少 ①钻压、转速减少；②地层可钻性好；③钻井液摩 阻减少；④钻具事故预兆。 4 振动筛 返出砂子 （岩屑） 多 ①钻进进尺快；②钻井液携岩效果好；③井塌预兆 （有掉块）。 少 ①钻进进尺慢；②钻井液携岩效果差；③卡钻预 兆。 钻进时 出口排量 增加 ①钻井泵冲数增加；②井喷预兆（此处观察到：钻 进出口返出排量增大，停泵后井口有溢流或井 涌）。 减少 ①钻井泵冲数减少；②发生井漏（此处观察到：钻 进出口返出排量减少或不返）。 槽面油气显示有 ①发生油气侵（停泵观察无溢流）；②录井气烃含 量增加；③井喷预兆（停泵观察有溢流、井涌）。 5 钻井 液罐 液面 增加 ①处理钻井液加水、加重剂；②钻井液起泡（密度 降低）；③井喷预兆。 减少 ①井深增加；②人为放掉或地面跑钻井液；③发生 井漏。 6 泥浆 值班房 钻进 时钻 井液 主要 性能 密度 增加①正常加重；②固相含量（含砂量）增加。 降低 ①加水处理钻井液；②钻井液起泡；③油气水侵， 井喷预兆 粘度 增加 ①正常提粘；②固相含量增加；③油气侵，井喷预 兆。 降低①正常降粘；②水侵，井喷预兆。 摩阻 增加①缺润滑剂；②固相含量增加。 减少①加润滑剂；②固相含量降低。
整个勘探开发流程:地质勘察—物探—钻井—录井—测井—固井—完井—射孔—采油—修井—增采—运输—加工等。 油气钻完井学术问题的分类：①力学问题：流体力学、管柱力学、岩石力学②化学问题③工程地质问题④关键技术问题：井眼轨迹控制技术、井眼失稳与控制技术、高效破岩与洗井技术、储层保护技术、综合设计方法、钻井成本问题、钻井污染问题 ~各项技术的问题：深井超深井，水平井，大位移井，连续管，小井眼，欠平衡 软件的定义：软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，它是包括程序，数据及其相关文档的完整集合 岩石力学的研究内容及目的：①研究岩石在载荷作用下的应力、变形和破坏规律以及工程稳定性等问题②研究岩石在各种应力状态下的力学性质和机械性质目的：选择合适的钻头类型 破岩方式按岩石破碎机理分类：①热力破坏②熔融和汽化③化学溶解④机械破碎 特殊注水泥方式：特殊方法的使用基于井下特殊情况：①低破裂梯度存在而水泥要求高返时用双级法②大尺寸套管注水泥用内管法③有低压漏层的大裂隙条件用外管法④ 极易漏失井用反循环法⑤特殊井为提高充填质量的浅井用延迟法 传统的套管设计存在的主要问题 一是对套管受力形态的认识，认为套管所受的外挤力只是由静水柱压力或泥浆柱压力产生的，没有考虑在开发过程中地层对套管的作用力； 二是外挤力对套管作用方式的认识，认为套管所受的外挤力沿套管径向均匀分布，没有考虑在开发过程中套管可能受到的非均匀载荷、集中对向载荷以及剪切载荷； 三是对套管强度的认识，认为作用于套管的载荷是均匀的，套管的强度就是API套管强度，而实际上载荷不是均匀的，在多向应力的作用下套管抗挤强度已不是原有强度 井架组成：主体、天车台、天车架、二层台、立管平台、工作梯分类：塔形井架、前开口井架、A型井架、桅形井架基本参数：最大钩载、高度、二层台容量。 深井快速钻井技术一般从哪三个方面考虑： 一、装备方面：选择大功率，高性能，自动化程度高的钻机，选用先进钻头，采用其他先进设备和井下工具二、工艺方面：实施实时监控，优化钻井参数，用优质钻井液进行平衡钻井，实现科学化钻井作业三、执行方面：加强管理，尽量减少钻井事故影响深井钻速的主要原因：①地质因素和井身结构设计不合理造成复杂情况影响钻速②大直径井眼机械钻速低③深井段致密硬塑性泥页岩，泥质砂岩和砂质泥岩等难钻地层机械钻速低④小直径井眼机械钻速慢 螺杆钻具的工作原理：钻井液流过马达，在马达的进出口形成压力差，推动转子旋转，将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，即将液体的压力能转化为机械能。 涡轮钻具的工作原理：当钻井液流经涡轮定子时，因流向改变而产生的反作用力矩可推动转子旋转，从而带动主轴旋转，并把转矩传递给钻头。 涡轮钻具和螺杆钻具的区别：①结构差异②工作原理不同③工作特性的区别④转速差异⑤压降差异⑥耐温性能差异⑦直径影响的差异⑧横振差异⑨长度差异 等壁厚定子的优点：①可以避免常规定子橡胶滞后热的积聚效应，降低因之导致的橡胶破坏风险②散热性好，可有效减缓橡胶的热老化，可以适应更高的井底温度③热膨胀、溶胀均匀，有效保证马达线型，提高密封性④橡胶层薄，单级密封压力高 钻杆横向振动发生的机理：①屈曲引起底部钻具组合的横向振动： 直井，中性点以下钻柱的轴向力足以使钻柱产生静力失稳，钻头旋转阻力矩使平面屈曲转化为空间螺旋屈曲，钻柱的运动不稳定，出现公转-涡动。 ②钻头与地层相互作用引起BHA横向振动③其他因素引起的横向振动
深水钻井的难点及关键技术 随着油气资源的持续开采, 陆地未勘探的领域越来越少, 油气开发难度越来越大。占地球面积70%以上的海洋有着丰富的油气资源, 油气开发重点正逐步由陆地转向海洋, 并走向深海。目前, 国外钻井水深已达3000 m 以上, 而我国海上油气生产一直在水深不足500 m 的浅海区进行, 我国南海拥有丰富的油气资源但这一海域水深在500~ 2 000m, 我国目前还不具备在这样水深海域进行油气勘探和生产的技术。周边国家每年从南沙海域生产石油达5 000×10 4 t 以上, 相当于我国大庆油田的年产量, 这种严峻的形势迫使必须加快我国南海等海域的深水油气勘探开发。石油工业没有关于“深水”的预先定义。“深水”的定义随时间、区域和专业在不断变化。随着科技的进步和石油工业的发展，“ 深水”的定义也在不断发展。据2002 年在巴西召开的世界石油大会报道，油气勘探开发通常按水深加以区别：水深400m 以内为常规水深 400m-1500m 为深水，超过1500m 为超深水。但深度不是唯一的着眼点，只要越过大陆架，典型的深水问题就会出现。一、深水钻井的难点 与陆地和浅水钻井相比, 深水钻井有着更为复杂的海况条件面临着更多的难题, 主要表现在以下几个方面。 1、不稳定的海床由于滑坡形成的快速沉积，浊流沉积，
陆坡上松软的、未胶结的沉积物形成了厚、松软、高含水、未胶结的地层。这种地层由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，所以它们的活性很大，给导管井段的作业带来了很大困难。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，这些沉积物由于缺乏上部压实作用，所以胶结性差。 在某些地区，常表现为易于膨胀和分散性高，这将会导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。 2、较低的破裂压力梯度 对于相同沉积厚度的地层来说，随着水深的增加，地层的破裂压力梯度在降低，致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，容易发生井漏等复杂情况。在深水钻井作业中，将套管鞋深度尽可能设置得深的努力往往由于孔隙压力梯度与破裂压力梯度之间狭小的作业窗口而放弃。结果，深水区域的井所需的套管柱层数，常比有着相同钻进深度的浅水区域的井或陆上的井多。有的井甚至没有可用的套管而没有达到最 终的钻井目的。 3、气体水合物的危害 气体水合物是气体（甲烷、天然气、CO2 、N2 等）和水在一定条件（高温、高压）下形成的类似于冰物质。气体水合物在深水钻井作业中常常会遇到，通常在超过250m 水深的海域都会形成水合物, 一旦形成很难去除。气体水合物是一 种潜在的危害, 生成时结冰堵塞管汇, 气化时生成大量气
钻井技术完井和交井操作规程 1.1 完井和交井应具备的条件 1.1.1 井眼质量 1.1.1.1 井内无影响产层或进一步作业（如测井、试井仪器下出油管鞋）的落物，套管无变形及破裂，油管与环形空间不堵塞。油管不卡、不断、不漏。油管下入深度合格，管内畅通，下部带有标准油管鞋，能保证测井、试井仪器顺利通过。井身质量合格。 1.1.1.2 已获工业性油、气井，必须将井内积液喷尽。尚未试油的井，套管鞋内应用清水循环二周以上，出口应不见沉淀物。 1.1.2 固井质量 1.1. 2.1 各层套管外水泥浆返高符合设计要求，双级固井第一级水泥浆返至双级箍，尾管外水泥浆返至喇叭口，各层套管固井质量合格。 1.1. 2.2 油气井的油层套管试压应根据采油（气）树工作压力、预计关井最高压力、套管柱最低抗内压强度的80%三者中的最低值进行清水试压，稳压30min，压力降低不大于 0.5MPa为合格。 1.1.3 完井井口装置 1.1.3.1 完井井口装置试压应使用试压塞，按采油（气）树额定工作压力清水试压，不渗不漏，稳定时间不少于30min，
允许压降不大于0.5MPa为合格。 1.1.3.2 套管头和采油（气）树零部件完整、齐全、清洁、平正、闸门开关灵活。在允许的最高压力下不渗漏。套管头上法兰顶面距地面不超过0.5m。 1.1.3.3 未装采油（气）树的井口应在油层套管上端加装井口帽（或盲板）或井口保护装置，并在外层套管接箍上焊上明显的井号标志。 1.1.3.4 完井套管内外不得有油、气、水外泄，应在两层套管的环行空间安装泄压阀和压力表，并用合适的管线引出井口以外20m的安全位置。 1.1.3.5 提供采油（气）树使用说明书、生产许可证、产品合格证、气密封试验报告及采油（气）树厂家出厂原配套配件。 1.1.4 完井管柱 1.1.4.1 油管柱符合设计要求，油管通径规能顺利通过，油管内畅通。 1.1.4.2 射孔完成的井，油管鞋应位于射孔层位顶部。裸眼完成的井，油管鞋应位于套管鞋内10m。 1.1.4.3 人工井底（水泥塞）距产层底部的距离应不少于20m。油管传输射孔后需丢枪的井，人工井底（桥塞或水泥塞面）距射孔段底部高度，应大于射孔枪组全长20m。 1.1.4.4 采用封隔器完井时，封隔器坐封应达到工艺设计要
分析中国煤层气钻完井技术的发展现状及趋势付伟辰 摘要：文章结合经验对煤层气钻完井技术现状进行阐述分析，并对当下煤层气钻完井技术存在的问题进行研究，最后就其未来发展趋势进行了说明，旨在为今后相关研究提供参考。 关键词：煤层气钻完井技术；发展趋势；现状 我国是煤层气资源最为丰富的国家之一。煤层气开发利用在一定意义上比页岩气更具现实意义。它不仅对我国能源保障和煤矿安全具有重要意义，而且对改善能源结构，促进清洁能源发展也具有重大意义。但从产业发展现状来看，煤层气产量和利用量没有出现预期的增长。煤层气产业属于技术密集型产业，其形成和发展依赖于科技进步。本文从中国煤层气勘探开发历程的角度，简述了技术进步对产业发展的作用；全面剖析了我国煤层气勘探开发技术现状及存在的问题，并据此提出了技术的发展方向和具体的合理化建议。 一、目前煤层气钻完井技术现状 煤层气钻完井技术不同于油气井的钻完井，它有自己独有的特点：①目前煤层气井深度多数不超过1000m，而中国现在的油气井深大部分在2000m以上。 ②煤层气井的目标层是煤层，且部分井的目标是多个煤层，煤层具有低弹性模量高泊松比的特征，而油气井目标层主要是砂岩等强度较高的地层。煤储层孔隙压力低，且不论在时间和空间上都相对稳定。③煤储层孔隙压力低，且不论在时间和空都相对稳定。而油气井的储油气井的储层压力非常高，而且变化大。④煤层气开采需要大量的成本投入，但开采产量却不高，经济效益低，因煤层气钻井技术复杂，钻井过程需要耗费至少一半以上的开采成本。⑤煤层气钻井过程中事故频发。由于煤岩是割面纹理，相互胶结程度低，煤层井壁容易滑落。为了使煤层气资源最大程度上免于受损，结构复杂的煤层气钻井施工现场多使用清水作为钻井液来进行钻井作业。然而由于清水本身具有黏度不强、流失量大、携岩效果不好的天然弱点，加上力学耦合作用，使得煤层气井壁进一步弱化了强度。以上的因素导致了复杂的煤层气钻井施工现场时有事故发生。 二、当前我国煤层气钻井技术发展面临的难题 （一）煤储层伤害 与常规天然气储层不同，煤既是生气层又是储集层。煤层中的甲烷气体以三种状态赋存，即：直接吸附在煤孔隙的内表面上；以游离态分布在煤的孔隙和裂缝内；溶解在煤的地层水中。当钻进煤层后，甲烷气从煤的内表面解吸、扩散并通过裂缝流到井内。如果煤层的孔隙和裂缝一旦受到损害，其损害程度比常规油气层严重得多，不仅使气体的渗流通道受损，而且还会影响甲烷气的解吸过程。当钻开煤层后，工作液和高分子聚合物都会吸附在煤层上。它一方面诱发煤基质膨胀而使有效裂缝受到挤压变窄；另一方面，聚合物在煤表面的多点吸附形成胶凝层堵塞煤层的裂缝和割理系统。而且在钻井、固井过程中，钻井液和水泥浆的密度控制不好或施工不当，易发生井漏而造成煤层大面积污染。 （二）煤层气产能低，完井效益不高 为了使煤层气资源最大程度上免于受损，结构复杂的煤层气钻井施工现场多使用清水作为钻井液来进行钻井作业。然而清水钻井存在诸多的弊端，如对于结构复杂的煤层气井，不利于稳定井壁；再如对于井口直径不规则、井壁严重掉块的煤层气井，因已钻的井眼不能重入而多数采用裸眼完井。在国外，煤层气井的开采寿命可长达20~30年，而在我国，由于使用无套管或者筛管支撑井壁，导致
82西部探矿工程2019年第2期 大庆油田探井水平井钻井关键技术研究 盖利庆 **收稿日期:2018-07-11修回日期:2018-07-20 作者简介:盖利庆（1983-）,男（汉族）,黑龙江大庆人，丁程师，现从事油气地质勘探工作（大庆油田有限责任公司采气分公司，黑龙江大庆163100） 摘要：随着大庆油田的发展，受地质因素影响，产量下降明显，严重影响了油田的正常生产，勘探区 域为了增加产量，保证经济效益，引入了长井段水平井钻井，它是目前最有效的开发方式，详细分析 介绍了大庆油田的探井水平井钻井工艺，提出水平井钻井关键技术，并优化各个环节，为大庆油田的 开发提供技术支持 关键词：大庆油田；产量下降;优化水平井钻井;技术支持 中图分类号:TE243文献标识码：A 文章编号:1004-5716（2019）02-0082-03大庆油田经过多年开采，受各种因素影响,各个区 块产量逐年下降，尤其外围油田，单井产能低,并且由 于长期的注水开发和特殊复杂的地质条件，导致原油 产量下降，产液含水率很高,给油田的持续稳产带来了 巨大圧力，所以需要勘探新区块，同时引入新的开采方 式,达到开源增产的目的,使大庆油田可持续开发目前，大庆外围勘探效果明显，各个区块都有一定 程度的可采储量,但是直井探井在实际开采中受地层 孔渗低、各向异性强的影响，单层产液量很低，根据同 类油气田的实际开发方式对比,发现水平井的钻井技 术有较好的应用前景，其先期投入高，但是随着采油的 进行，产量的升高，其投入所占的比例相对直井低，能达 到数倍直井的产量,在提高油田的采收率,加强经济核 算方面效果突出，已成为各个油田高效勘探开发的关键 技术之一叭因此,在大庆油田外围探井引入水平井钻 井技术显得尤为重要,尤其是在扶余等致密地层，但由 于水平井钻井的技术含量较高，开采施工过程难度较 大，所以深入研究大庆油田水平井钻井关键技术,为大 庆油田开发过程中保护油田、提高最终采收率提供技术 保障,也为同类油田的开发提供较好依据和方向。 1大庆油田探井水平井应用的必要性大庆油田外围是低孔渗储层,尤其是在扶余、杨大城 子等层组，产能较低,岩石以致密砂岩为主,有较少裂缝 孔隙,渗透率和孔隙度都较低，且层厚较薄，突变明显，是 低孔渗砂岩储层。对于此类油层，引进水平井钻井是最 为适合的一种开发方式,可以增加产量,降低成本。水平井是一种特殊类型的定向井巴如图1所示， 以导眼井为直井段.分析水平井层位的砂岩分布，以水 平钻井追踪砂岩，其最大井斜角在90。上下波动，尽可 能保持钻头在目的层中穿行。其主要优点是加大泄油 面积叫增加单井产量.同时减少直井钻井，经济性十分 显著 缺点是.受地层影响较大.砂体不连续，人为施 工等因素，都会影响钻井的方案.风险相对直井较大。 结合大庆油田外围的低渗油藏的特点，水平井的生产 在该类油田是最佳的开发方式'图1水平井结构示意图 2大庆油田探井水平井钻井工艺的关键技术针对大庆油田外围探井水平井钻井的特点，提岀 了水平井钻井的主要问题。 2.1井眼轨道优化设计技术在探井水平井钻井中，设计尤为重要，要以地质情
煤层气钻井中的几个关键技术问题 218-12-10 1. 关于煤层气 1.1煤层气的成因及主要成份 煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为CH4，占90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。 1.2煤层气的危害 煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比CO2大20倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。 1.3煤层气的利用
另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.43～3.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。 1.4山西沁水潘庄矿区煤层气开发 山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在2000m3以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的120MW燃气轮低热值煤层气发电站。 1.5煤层气钻井工艺 煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从2006年8月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井6口，进尺2800多米，实现产值300余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻
煤层气压裂工艺技术及实施要点分析 发表时间：2019-07-17T09:24:30.543Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年7期作者：康锴 [导读] 我国地大物博，矿产资源丰富，煤层气资源总储量占居首位，可以与天然气的总储量相媲美。 新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队 摘要：近几年，我国经济建设发展迅速，煤矿企业为我国发展做出了很大贡献。我国煤层具有松软、压力低、表面积大和割理发育的特征，导致煤层气开采普遍存在经济效益低、单井产量低的问题。为了适应煤层气特殊的产出条件，本文探讨煤层气压裂工艺技术与实施要点，以期为我国煤层气开采提供参考意见。 关键词：煤层气；压裂工艺技术；实施要点 引言 我国地大物博，矿产资源丰富，煤层气资源总储量占居首位，可以与天然气的总储量相媲美。因为煤层气本身属于清洁能源发展行列，本身带有极强的清洁性能和使用的高效性，对于此资源进行科学合理的开发应用，能够有效缓解现阶段我国能源紧缺的尴尬局面。进行开采过程中，需要对煤层的低饱和、低渗透和低压的发展特点充分了解，可以通过对水力压裂技术的改造升级，完成增产增效工作，保证煤层气井开采效率和高质量发展。在此过程中，需要注意的问题是，因为不同煤层在发展过程中，都受到不同介质的作用，其内部构成和物质特性方面都存在很大差异性，所以，科学掌握煤层气压裂工艺技术有着重要的现实意义。 1煤层气探采历史 1733年美国首次实现地下管道煤层气抽放，1920年第一次完成3口地面煤层气抽采井。1953年在圣胡安完成高产井，日产1.2万m3。我国起步较晚，1957年阳泉四矿在井下成功实现，临近煤层瓦斯抽采。1992年正式开始研究实验。1996年中联煤层气有限责任公司的成立，标志着我国煤层气开发研究的新纪元。 2矿岩压裂的主要影响因素 2.1天然裂缝割理 在煤层开采发展过程中，主要的裂缝系统包括天然裂缝和割理，这两种现象会严重影响到压裂裂缝的发展形态，同时还会对周围水文地质的发展起到一定的影响作用。通常它们的主要性能会对水力裂缝的形态进行延伸，造成冲击作用，也就是说，通过这两个作用力的共同作用，煤层气井在发展和延伸的时候，很容易发生突然转向和次生裂缝。 2.2矿岩力学性质 对矿岩力学性质进行研究的过程中，需要重点做好三个方面的工作：首先，做好矿岩硬度和密实度的勘察工作。第二，对整体强度和弹性力度问题进行研究。第三，深入探讨研究断裂相关内容。对有显著特点的矿样进行综合检测分析，通过观察和对比，得到的结论是，矿岩在受到某些压力和应力的共同作用下，其自身的特征也会发生改变，呈现出弹性模量低、脆性大、易破碎和易受压缩等显著特点，所以，需要对矿岩力学性质进行综合研究。 2.3地应力 在矿井气层发生水力起裂现象的过程中，地应力的变化情况会对裂缝整体位置和形态产生主要影响作用。通过科学调查结果显示，起裂压力大小情况与地应力差之间存在负相关的变化发展联系。换言之，破裂压力的影响因素主要为天然裂缝与最大水平主应力间的夹角，在高水平应力差作用力的影响下，会发生层次较规律的主缝问题。在低水平应力差作用力的影响下，裂缝问题就会向周边进行延伸和扩展。 3煤层气压裂工艺技术 3.1大排量压裂技术 在煤层储层中，有着大量的天然割理系统，加之在压裂施工中使用了活性水压裂液，因此容易造成在压裂过程中滤失量过大及效率低的情况。而为了控制液体滤失以保障效率，应当要根据活性水压裂液的特点，选择大排量注入压裂液的施工方式。 3.2低砂比压裂技术 煤层气压裂的砂比是由多种因素共同决定的，包括煤层本身的特性、压裂液及其排量、支撑剂密度等等。煤层具有性脆、易破碎以及易滤失等特性，而这些都容易引起压裂过程中煤层出现砂堵；再者压裂液粘度低，也是造成砂堵的一项常见因素。而若应用低砂比压裂技术，则能够十分有效地预防砂堵现象。 3.3脉冲加砂技术 若想实现煤层气开采的增产，其主要途径之一就是尽量增加缝长和沟通天然割理系统。在深层煤层气的压裂施工过程中，支撑剂的泵入可以选择采用将前置液与携砂液交替注入的方式。这种方法既能够更多地增加缝长和沟通天然割理系统，同时又能够防止砂堵，提高压裂效率。 3.4复合支撑技术 该深层煤层气储层的闭合压力＜20MPa，经分析和评价后，认为其在支撑剂的选择上以石英砂为宜。由于煤层气储层具有易滤失的特点，所以在加砂前，首先要处理天然割理，即加入适量的细粒径石英砂，从而降低其滤失；其次在加砂过程中，要加入适量的中粒径石英砂，从而延伸裂缝；而在加砂后期，则要加入粗粒径石英砂，以使煤层中的气流畅通。 4煤层气压裂工艺技术及实施要点分析 4.1优选煤层气压裂液体系 在煤层气压裂中，压裂液既需要携砂、造缝，又会因液体浸入储层而伤害煤层，所以优选压裂液体系至关重要，即要求煤层气压裂液满足压裂工艺的技术要求、与储层配伍性且尽量不伤害煤层。煤层气井从客观实际出发优选压裂液体系，具体要点包括：一是少用添加剂，如有机类添加剂，以免伤害煤储层；二是研发与煤层气压裂条件相适宜的压裂液材料，以提高其与煤储层的配伍性；三是在满足压裂工艺与施工要求的前提下，提高压裂液的经济性，从而适应市场经济的发展要求。据此，山西沁水盆地煤层气井决定选用清水压裂。