煤层气储层特征及钻井液选择

煤层气参数井小井眼钻井技术3莫日和1　覃成锦2　高德利2(1.中联煤层气有限责任公司,北京　100011; 2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京昌平区　102249)摘　要:为了降低煤层气钻井成本,中联煤层气有限责任公司试用了小井眼钻井技术钻参数井。

本文介绍此技术的关键组成部分,其中包括:钻井地面设备的配置,各开钻具组合的构成,钻进参数的选择,钻井液体系的选择,钻井液体系的性能维护,钻井液固相控制的措施,防斜、取芯和测井的技术。

此技术在贵州保田青山项目6口井的施工中得到成功的应用,其所需费用不及常规油气钻井技术的一半。

综上所诉,煤层气井小井眼钻井技术是切实可行。

关键词:小井眼　煤层气　钻井　参数井Slim H ole Drilling T echnology for Parameter Well of C oalbed MethaneM o Rihe 1,T an Chengjin 2,G ao Deli 2(1.China United C oalbed Methane C orporation ,Ltd.Beijing 100011;2.C MOE K ey Labof Petroleum Engineering in China University of Petroleum ,Beijing 102249)Abstract :In order to reduce the cost in drilling ,China United C oalbed Methane C orporation adopts slim hole drilling technology to drill parameter wells.In this paper ,key parts of this technology are introduced ,which includes selections of surface equipment ,drill string ,drilling parameter and drilling fluid ,maintenance of drilling fluid ,control measures of s olid content ,deviation prevention ,coring technology ,and logging technol 2ogy.These techniques are success fully applied in the Qingshan project in Baotian ,G uizhuo Province ,which only cost less than half of what may cost in conventional oil and gas well drilling.According to the above dis 2cussion ,a conclusion can be reached that slim hole drilling is feasible for the drilling of parameter well.K eyw ords :Slim hole ;coalbed methane ;drilling ;parameter well 煤层气就是煤层中的甲烷气,主要以吸附状态存在于煤层中,其产生机理是降压、解析、扩散和渗透等过程。

煤层气储层测井响应特征及机理分析摘要：煤层气储层是煤层气储存的载体，是煤层气勘探开发的研究对象。

通过研究煤层气储层特征和测井响应特征，为煤层气储层的识别和评价提供依据。

适当的测井系列可用于有效识别煤层气储层，计算储层的碳含量，灰分和水分，并计算储层的孔隙度，渗透率和气体含量。

测井方法是评价煤层气储层的有效手段。

测井是评价煤层气储层的重要技术手段。

通过研究区的常规测井资料和实验数据，分析了测井响应值的分布特征。

结合煤层煤岩组分，探讨了煤层气储层测井响应特征。

研究表明，煤层气储层的测井响应值是正态分布的。

常规对数值显示高声学时间差，高电阻率值，高中子孔隙率和低自然势，低密度，而负面自然异常的特征和严重的扩张。

为研究区后期煤层气储层测井评价提供理论依据。

前言煤层气储层是储存煤层气的载体，是一种典型的非常规有机储层，具有自生，自储和多孔。

煤层气是一种非常规天然气，以吸附状态存在于煤储层中。

研究煤层气储层的最终目的是探索和开发煤层气资源。

煤层气勘探的方法很多，煤层气测井技术被认为是最有前景的手段。

通过对煤层气测井响应图和响应数值分布直方图的统计分析，评价了煤层气储层的响应特征。

根据测井的基本原理，结合煤层气储层的实际地质特征，总结分析了煤层气储层测井响应机理。

一、煤层气测井响应特征1.1煤和岩石的一般测井特征煤层是生产和储存煤层气的地方。

目前，煤层气储层测井技术中常用的测井方法有：电阻率，自然伽马，补偿密度，补偿中子，声学时间差和光电吸收指数[1]。

普通煤和岩石的测井特征如表1所示。

1.2煤层气的测井特征由于煤层裂缝和基质孔隙度小，气体含量低，测井对煤层气的分辨率低，其测井识别方法不像常规气藏那么简单直观。

但是，一般来说，由于气体的密度小于煤的密度，因此气体后的煤层的体积密度值相对减小。

随着氢含量的增加，补偿中子值相对增加;随着气体含量增加，声波传播速度降低，声波时间差相对增大。

我们可以使用这些特征来定性地识别测井曲线上的煤层气。

煤层气煤层气（Coalbed Methane）储层参数，主要包括煤的等温吸附特性参数、煤层气含量、渗透率、储层压力、原地应力，以及有关煤岩煤质特征的镜质组反射率、显微组分、水分、灰分和挥发分等，相应的测试分析技术有：煤的高压等温吸附试验（容量法）、煤层气含量测定、煤层气试井和煤岩煤质分析等。

煤的高压容量法等温吸附实验，是煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数，等温吸附数据测定准确性，直接关系到煤层气开发项目的成败和煤层气产业的发展。

许多研究表明，煤是具有巨大内表面积的多孔介质，象其它吸附剂如硅胶、活性碳一样，具有吸附气体的能力。

煤层气以物理吸附方式储存在煤中，主要证据有：甲烷的吸附热比气化热低2—3倍（Moffat ＆Weale，1955；Y ang ＆Saunders，1985），氮气和氢气的吸附也与甲烷一样，这表明煤对气体的吸附是无选择性的；大量试验也证明，煤对气体吸附是可逆的（Daines，1968；Maver 等，1990）。

结合国内外资料，推荐吸附样粒度为60—80目。

煤的平衡水分—当煤样在温度30℃、相对湿度96%条件下，煤中孔隙达到水分平衡时的含水量。

测试平衡水平的主要目的是：恢复储层条件下煤的含水情况，为煤的吸附实验做准备。

煤层气含量—指单位重量煤中所含的标准状态下（温度20℃、压力101.33kpa）气体的体积，单位是cm3/g或m3/t。

它是煤层气资源评价和开发过程中计算煤层气资源量和储量、预测煤层气井产量的重要煤储层参数之一。

煤层气含量的测定方法大体上可分为两类：直接法（解吸法）和间接法（包括等温吸附曲线法和单位体积密度测井法）。

在直接法中，保压取心解吸法是精确获得原地煤层气含量最好的方法。

直接法的基本原理煤心煤样的煤层气总量由三部分气体量构成：一是损失气（lost gas）,二是实测气（measured gas），三是残余气（residual gas）。

浅论煤层气参数井钻探技术作者：王博来源：《中国新技术新产品》2012年第21期摘要：为了保障煤气层的顺利开采，在煤气层的勘测与开采过程中，必须根据当地的地质特点和煤层气总体存储量及分布状况制定一套科学可行的方案。

本文通过对参数井钻探技术的研究，提出了一些钻探过程中应该注意的事项，为建立科学的开采方案提供参考。

关键词：煤层气，参数井钻探技术，绳索取心技术中图分类号：P61 文献标识码：A改革开放以来，我国经济迅速发展，对能源的需求量也日渐增多。

能源问题一直是我国关注的重大问题，随着我国可持续发展观的实施与贯彻以来，清洁能源的开发和利用一直备受关注。

近年来，煤层气作为一种清洁能源，逐渐引起了人们的兴趣。

随着煤气层的勘探与开采力度的逐渐加大，对开展煤层气钻井技术的要求越来越高，因此研究煤气层钻探技术对加快煤层气的开发具有重大意义。

参数井的钻探能够帮助人们进一步了解当地煤层气的储量与分布状况，为确立开采方案提供依据，对煤层气的顺利开采起到了重要的作用。

新疆准南煤田煤层气资源丰富，本文将以新疆准南煤田煤层气参数井的钻探过程为例，对钻探技术进行了探讨。

一、新疆准南煤田煤层气参数井钻探技术据悉，新疆煤层气资源量已达九点五万亿立方米，天然气资源量达十点八万亿立方米。

据了解，目前大部分的煤层气资源因无法采集而被浪费。

新疆每年约开采四千万吨以上的煤炭，约有上亿立方米的煤层气流失到空气中，仅2007年全疆各类煤矿自然排放到大气中的煤层气共约一点八亿立方米，其中为降低煤井瓦斯浓度便于煤矿开采而人工抽放的煤层气，就达到一千五百万立方米。

新疆煤田地质局称，该局在煤层气勘查开发方面去年取得了突破性进展，其所属的一五六煤田地质勘探队去年在阜康市施工的“阜试一井”去年底开始产气，各项指标反应良好，日产气量在两千立方米左右。

由于开采技术不断获得突破，煤层气等接续资源正在受到普遍关注。

新疆明确提出，到明年将新增探明煤层气地质储量四百亿立方米，产量达到四亿立方米。

圆园20年第6期新时代,支撑我国经济高质量发展的能源结构正处于一个关键的转型时期,煤层气作为高效洁净能源,发展前景非常广阔。

为了科学合理地勘测、开采煤层气资源,必须根据地质特点开展煤层气选区与评价工作,分析出煤层气富集有利区块,对煤层气参数井和可行的钻井方案进行详细的方案设计。

中国煤炭地质总局第一勘探局有着丰富的煤层气开发钻井勘探经验,现以内蒙古某煤田的煤层气参数井钻井工程方案设计为例进行浅显的论述。

一、钻探项目的地理环境及适合采用的工艺为了评价项目矿区的煤层气生产潜能,为其煤层气开发试验提供可靠的参数依据,拟采用煤层气参数井方式进行施工。

1.项目地理环境及地质资料。

煤田位于内蒙古高原东部,东临大兴安岭南端西坡,次级地理系高原盆地,盆地周边为低山丘陵地形,地势西北侧较高,东南侧较低,最低点海拔高程1099m ,相对高差150m 左右,地形起伏不大。

从地貌景观看,盆地北西侧为沙漠丘陵,南东侧为草原。

2.施工的主要任务内容。

一是测定区内煤层气含量,评价该区煤层气地质条件、储层特征、资源分布与开发条件;二是求得煤层渗透率、储层压力、破坏压力及原地应力测试等储层参数;三是采取全部地质研究所需的煤层煤芯、顶底板及夹矸岩芯,分析化验测定煤层各项物理性质及煤岩煤质特征,同时进行等温吸附试验、煤的反射率、孔隙度和扩散系数等测试;四是寻找煤层气开发有利的富集区,为进一步勘探开发奠定基础。

3.绳索取芯钻进工艺。

煤层气是以吸附状态为主,70%~95%储集在煤层孔隙和裂隙中的非常规天然气。

在煤层气勘探开发中煤层的埋深、厚度、渗透率、储层压力、地应力煤岩的煤质特征、割理、裂隙发育程度、含气量、含气饱和度、温吸附曲线等,以及煤层顶底板岩石物理力学性质等参数是决定煤层气开发成败的关键因素,而取出煤芯是获取这些参数的主要手段。

要提高这些参数准确性就要有高的岩芯收获率、尽可能短的提钻时间、尽可能短的出筒及装罐时间和较好的煤芯原始形态。

浅论煤层气参数井钻探技术摘要：在对煤层气进行勘探与开采的过程中，参数井的钻探可以帮助人们了解当地的地质特点以及煤层气的储量与分布状况，对制定科学的开采方案、保障开采过程的顺利进行起到了重要的作用。

本文以沁水盆地煤层气参数井的钻探施工过程为例，介绍了煤层气参数井的作用、煤层气参数井的钻探技术，并总结了参数井钻进过程中的注意事项。

关键词：煤层气参数井钻探技术绳索取芯技术在煤层气的开采过程中，参数井的钻探能够帮助建设单位进一步了解当地煤层气的储量与分布状况，为开采方案确立提供了充足的依据，对保证煤层气的顺利开采起到了重要的作用。

一、煤层气参数井的作用和意义随着世界范围内能源短缺问题的进一步加剧，以及化石能源燃烧对环境破坏现象的不断显现，使煤层气这一清洁能源的开发与使用越来越多的受到了社会各界的重视。

而改革开放以来，我国经济发展的速度不断提升，对能源的需求量也在日渐扩大，加大对煤层气勘探与开采的力度，对减轻能源短缺问题在我国的影响，维持我国经济的快速稳步发展有着重要的意义。

而在煤层气的开采过程中，煤层气参数井的钻探则是不可或缺的重要一环，对确定科学合理的开采计划，保障开采工作的顺利进行有着重要的意义。

煤层气开采的过程当中，在确定了煤层气的开采位置、但仍未制定具体的煤层气开采计划之前，为了进一步的了解当地的地层层序、地质构造、岩相特征、储盖组合状况，需要利用煤层气参数井对当地的地层进行勘探，了解煤层的深度、结构、厚度、煤岩及煤的特点、储层压力、含气量、含气饱和度以及等温吸附特征等参数，为判断煤层气的开采价值、制定后期的开采与钻探计划提供了充足的依据。

本文将以沁水盆地煤层气开采过程中参数井的钻探过程为例，对煤层气参数井的钻探技术进行了探讨。

二、沁水盆地煤层气参数井钻探技术沁水盆地地处山西省的东南部，为特大含煤盆地，现已探明的煤炭储量可达5000亿t以上，含煤面积约为29500km2，是我国重要的煤层气田之一。

煤层气固井特点及技术我国的煤层气资源十分丰富，开发利用刚刚起步。

煤层与一般的油气层相比，藏浅微孔隙和裂缝发育，煤层的机械强度和孔隙度低，易坍塌、易污染。

文章根据煤层气井的特点，介绍了煤层气井固井的特点及难点，总结了目前煤层气井固井存在的主要问题。

根据煤储层的特点，提出了固井技术对策及外加剂的选择。

标签：煤层；微孔隙；固井煤层气不同于常规油气，它是以吸附态为主吸附于煤层孔隙中。

目前煤层气固井技术需要考虑两个因素：①将储层及相邻的上下岩层封闭，以便建立产区通道；②用优质的水泥和不同作用的外加剂配出性能优良的水泥浆，优质的水泥环保护产层，保障压裂作业，延长每口井的开发寿命。

1 煤层气井固井的特点煤层埋藏浅，顶替效率低。

煤层气井井深浅，固井时替浆量少，注水泥完毕即有一半体积以上的水泥浆进入环空。

受设备及井下条件的限制，固井时根本达不到紊流顶替的排量，且紊流顶替时环空返速高，摩阻大，在低压易漏的井中甚至会压漏地层。

同时煤岩层光滑、不规则的解理面不利于水泥环二界面的胶结，对水泥浆性能要求较高。

煤层压力低，固井时易发生漏失。

煤层气井的封固段长一般为300～1200 m，煤层孔隙压力梯度低，水泥浆密度比钻井液密度高得多（钻井液密度一般在1.03～1.08g/cm3之间）。

煤气层地层压力系数变化规律性差，难以平衡压力固井。

在固井过程中水泥浆密度高或施工不当，都易形成过平衡压力而导致漏失，一方面导致水泥浆低返，影响封固质量；另一方面使水泥浆渗入煤层，污染煤层。

2 煤层气固井技术2.1 固井水泥浆体系满足煤层井固井要求的水泥浆体系，要求适应储层特性，低温快凝、低失水、高早强、浆体稳定性好、稠度适宜，同时对煤层的伤害小。

2.1.1 水泥浆密度煤层岩心强度和煤储层地应力特征决定了水泥浆密度范围和环空液柱压力系统的设计。

按照常规要求，水泥浆密度应大于井眼坍塌压力、小于煤层渗漏压力。

在此基础上，在水泥石抗压强度满足要求的条件下，采用密度尽量低的水泥浆。

压裂增产措施方面：由于煤储层具有松软、割理发育、表面积大、吸附性强、压力低等与油藏储层不同的特性，由此而引起的高注入压力、复杂的裂缝系统、砂堵、支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问题，使得煤层气井用压裂液与油气田压裂液存在着差异，主要表现在:（1）由于煤岩的表面积非常巨大，具有较强的吸附能力，要求压裂液同煤层及煤层流体完全配伍，不发生不良的吸附和反应；（2）煤层割理发育，要求压裂液本身清洁，除配液用水应符合低渗层注入水水质要求外，压裂液破胶残渣也应较低，以避免对煤层孔隙的堵塞；（3）压裂液应满足煤岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求。

对于交联冻胶压裂液，要求其快速彻底破煤层气压裂目前一般不用冻胶，对地层的伤害较大，现在一般用活性水；油气井多用瓜胶水基压裂液。

煤层气压裂支撑剂一般用石英砂；油气井支撑剂一般用陶粒。

煤层气井的施工破裂压力远远低于一般的油气井。

煤层气井的施工排量（山西8方/分）大，一般油气井的施工排量小，一般3-5方/分以上只是个人施工中的感受，请大家积极参与讨论煤层气与常规天然气开采相比主要异同如下：1、相同点①气体成分大体相同：煤层气主要由95%以上的甲烷组成，另外5%的气体一般是CO2或氮气，；而天然气成分也主要是甲烷，其余的成分变化较大。

②用途相同：两种气体均是优质能源和化工原料，可以混输混用。

2、不同点①煤层气基本不含碳二以上的重烃，产出时不含无机杂质，天然气一般含有含碳二以上的重烃，产出时含无机杂质；②在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中，而天然气主要是以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中；③生产方式、产量曲线不同。

煤层气是通过排水降低地层压力，使煤层气在煤层中解吸-扩散-流动采出地面，而天然气主要是靠自身的正压产出；煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20-30年，天然气初期产量高，生产周期一般在8年左右；④煤层气又称煤矿井斯，是煤矿生产安全的主要威胁，同时煤层气的资源量又直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，随着采煤过程煤层气就排放到大气中，据有关统计，我国每年随煤炭开采而减少资源量190亿m3以上，而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地控制。

煤层气储层敏感性实验研究一、本文概述随着能源需求的日益增长，煤层气作为一种清洁、高效的能源，其开发利用受到了广泛关注。

然而，在煤层气储层开发过程中，储层敏感性问题常常会对开发效果产生重要影响。

本文旨在对煤层气储层的敏感性进行系统的实验研究，分析不同因素对储层敏感性的影响，为煤层气储层的合理开发提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了煤层气储层敏感性的基本概念和研究意义，阐述了储层敏感性对煤层气开发的影响。

接着，详细描述了实验材料、实验方法以及实验过程，包括实验设备、实验步骤、实验条件等。

在实验结果分析部分，本文将通过实验数据，对储层敏感性进行定量评估，并深入探讨不同因素对储层敏感性的影响机制。

本文总结了实验研究的主要结论，提出了针对性的建议，以期为我国煤层气储层的合理开发提供有益的参考。

通过本文的实验研究，旨在深入理解煤层气储层的敏感性特征，揭示储层敏感性对煤层气开发的影响规律，为煤层气储层的科学开发提供理论支撑和实践指导。

本文的研究结果也可为其他类似储层的敏感性研究提供借鉴和参考。

二、煤层气储层敏感性实验研究方法煤层气储层敏感性实验研究是评估煤层气储层对各种外部因素（如压力、温度、化学处理等）响应程度的关键手段。

本研究采用了一系列实验方法，系统地探讨了煤层气储层的敏感性特征。

我们采用了渗透率测试技术，通过改变储层压力、温度等条件，实时监测渗透率的变化情况。

这一技术能够直观反映储层在外部条件变化下的渗透性能，是评估储层敏感性的重要指标之一。

为了深入研究储层敏感性机理，我们采用了扫描电子显微镜（SEM）和射线衍射（RD）等微观分析手段。

这些技术能够揭示储层微观结构的变化，包括孔隙结构、矿物成分等，从而深入理解储层敏感性的内在原因。

我们还采用了化学处理实验，通过模拟储层中可能遇到的化学环境（如酸碱溶液、氧化剂等），研究储层对这些化学因素的响应情况。

这一方法有助于评估储层在开采过程中的稳定性，预测潜在的风险因素。

几种适用于煤层气井的钻井液体系国内目前用于钻进煤层气储层的钻井液有:优质膨润土钻井液、低固相聚合物钻井液、空心玻璃漂珠钻井液、清水钻井液、无粘土钻井液等，金正纵横通过对各种钻井液的研究对比为您介绍其它几种有效的煤层气井钻井液体系。

1、泡沫钻井液体系通过混合水、表面活性剂和空气(或氮气)来制造泡沫，泡沫具有较宽的粒径分布，可以用于封堵大范围直径分布的的裂缝。

泡沫通过架桥来堵塞孔喉，减少钻井液进入储层，从而减少井底压力的传播和钻井液对储层的伤害。

金正纵横认为泡沫钻井液体系也有其自身方面的不足，主要表现在:需要专门的设备来产生泡沫，这些设备往往价格昂贵；在井底压力下，泡沫比较容易被破坏而失去封堵能力。

2、Aphron钻井液体系Aphron钻井液是国外研制的一种新型的具有高剪切稀释性的水基充气泡沫钻井液，已在世界范围内得到广泛应用。

Aphron是由三层表面活性剂所包裹的气核，在表面活性剂中间有一层粘度较高的稠化水层，最外层表面活性剂极性端朝外，使得Aphron与周围水基流体相溶，如图所示。

图表Aphron结构示意图资料来源：金正纵横根据相关资料整理加入一种由表面活性剂和聚合物组成的混合物(Aphron稳定剂)改进得到的Aphron稳定性增强。

Aphron除了有普通泡沫的优点以外，还具有以下特点:（1）相对于普通泡沫，Aphron 承压能力更强，特别是改进后的Aphron，在3.5MPa的压力下，直径为250μm的普通泡沫、Aphron以及改进后的Aphron直径都立即收缩到大约150μm，普通泡沫在2min内消失，Aphron 至少在10min后才消失，而改进后的Aphron则能稳定30min以上。

（2）在井底压力下，Aphrons 被压缩，体积很小，对钻井液的密度影响较小，使钻井液处于一个稳定的静水压力和循环压力下，有利于井壁稳定和井控；当Aphron进入地层后，体积开始膨胀，并在钻井液前端聚集封堵地层，保持了井筒压力和地层压力的平衡，减小钻井液向储层的侵入。

煤层气储层对钻井液性能的要求1、具有较强的封堵性能在用清水或常规钻井液钻高度裂缝的煤层时，钻井液不可避免的侵入煤层，钻井液进入到裂缝系统后，井眼附近的地层压力接近井底压力，导致钻井液对煤层的支撑力下降，致使煤岩脱落，造成井壁的坍塌，侵入储层的钻井液越多，侵入的距离越远，则坍塌的可能行越大。

此时，人们往往为了稳定井壁而加入重晶石或者碳酸钙以增大泥浆密度，使井底压力重新大于储层压力，从而实现对井壁的支撑，但这样做往往会适得其反。

因为井底压力的再次增加会将裂缝撑开，从而有更多的钻井液进入储层，当井底压力重新扩散到与储层压力相等时，井壁依旧坍塌。

钻井液进入裂缝，会在以下几方面对储层造成污染，造成储层渗透率下降:（1）煤基质吸收液体发生膨胀，挤压裂缝，使得储层渗透率大幅度下降，并且该过程几乎是不可逆的；（2）钻井液中的固相颗粒(粘土颗粒、岩屑、粉煤灰等)堵塞裂缝造成储层渗透率下降；（3）若钻井液中含有聚合物，高分子聚合物吸附粘土颗粒也会引起裂缝的堵塞；（4）钻井液与地层流体不匹配，生成沉淀堵塞裂缝。

渗透率的下降将严重影响到煤层气的产量。

经过以上分析，发现不论是从井壁稳定方面还是从保护储层免受钻井液伤害方面，都应当阻止钻井液侵入到储层，所以煤层气井钻井液要有较好的封堵性能。

2、合理的钻井液密度合理的钻井液密度对于井壁的稳定具有重要的意义，若钻井液密度过低，则井壁失去必要的支撑而发生坍塌，造成井径扩大，形成“大肚子”和“糖葫芦”井眼；若密度过高，超过煤岩破裂压力时则会压裂地层，产生井漏和储层伤害，所以确定钻井液密度窗口很有必要。

3、具有较好的抑制性能煤岩常常与泥页岩互层，煤层中往往还有泥土质夹矸，粘土矿物的水化膨胀会加剧井壁不稳定和对储层的伤害，所以钻井液应当具有好的抑制粘土膨胀的能力。

4、具有较低的表面张力金正纵横了解到裂缝的内经很小，每一条裂缝都可以看做是一条毛细管，钻井液的侵入会在裂缝中形成一个凹向水相的弯液面，从而形成毛细管压力，这个附加压力的存在使得气体流动阻力增加，甚至完全阻止气体向井筒的流动，造成“水锁”。