煤层气固井技术

浅谈煤层气固井技术摘要：我国的煤层气资源十分丰富，但开发利用刚刚起步。

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

文章根据煤层气井的特点，介绍了一般油气井固井与煤层气固井的区别、煤层气固井的特点及难点，总结了目前煤层气固井存在的主要问题。

关键词：煤层气固井固井质量水泥添加剂一、煤层气固井技术研究1.煤层气井的特点1.1煤层埋藏浅，一般在300~1500m之间，井底温度及压力低，远远小于油气井的井底温度与压力。

煤层孔隙及割理发育且具有双重孔隙结构，其微孔和超微孔的体积约占50％以上(孔隙内表面积高达200~400m2/g煤)，吸水后易产生井壁垮塌、漏失，并造成孔隙堵塞。

1.2煤层孔隙压力梯度一般小于0.01MPa/m,属于低压地层地层压力系数变化规律性差，很难预测，难以平衡压力固井。

1.3煤层微孔隙发育，割理多，非均质性强，机械强度低，力学稳定性差，在外力作用下极易破碎。

该特点在钻井上极易引起煤层的坍塌。

破碎，导致井径扩大率偏大。

1.4煤储层存在渗透性滞后现象。

煤层的渗透性低，孔隙压力低，钻井和固井过程中平衡压力大，煤层极易受到伤害。

2.煤层气固井的特点和难点2.1煤层的空隙压力梯度和破裂压力梯度低，水泥浆密度比钻井液密度（1.03~1.10g/cm3）高得多。

煤层气井封固段一般为600~1200m，水泥浆一般要求返出地面由于封固段长，固井过程中易形成高的过平衡压力，很容易发生漏失。

一方面水泥浆低返，影响固井质量；另一方面水泥浆渗入煤储层，对煤层造成很大伤害。

2.2煤层气井一般采用二开结构，用0215.9mm钻头钻开煤层，下入0139.7mm 生产套管。

固井时替浆量少，除压塞液外，一般井替浆量只有5~11m3，注水泥完毕即有一般体积以上水泥浆进入环空，如此少的替浆量，固井根本无法实现紊流顶替。

受设备及井下条件限制，固井时也根本达不到稳流顶替的排量。

111浅谈煤层气井固井存在的问题及技术措施温晓桐（山西省地质矿产研究院，山西 太原 030001）摘 要：近年来，我国对煤层气的抽采工作给予很大的政策支持和资金援助，但是我国煤层气的整体开发进度远远低于国家相关政策规划要求，距离世界发达国家之间还有很大一段差距，远远不足于西方发达国家的平均水平。

其中的原因有很多，最主要的就是在对煤层气进行抽采和使用过程中存在着许多技术性难题，这些技术问题直接制约着我国煤层气的开发进程。

本文主要对煤层气井在固井过程中存在的问题进行讨论，并提出一些相应的技术措施。

关键词：煤层气；固井技术；问题研究中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1003-5168(2015)-12-0111-1煤层气产生于煤层形成过程中，其中甲烷的含量占据了煤层气的绝大部分，因此，煤层气是一种可再生的清洁能源。

我国煤层气储存量十分丰富，但是整体的抽采作业还处于起步状态，与西方发达国家相比还有很大一段距离。

其中一方面与国家的政策制度有关，另一方面与煤层气抽采技术有关。

近年来，我国大力鼓励支持发展煤层气开发有非常重要的政策支持。

另外，由于煤层气处于煤层间隙，在煤矿采煤过程中很难对煤矿工作层的气压进行平衡，因此，在对煤层气进行抽采过程中还面临着诸多问题，还有许多技术问题有待解决。

1 煤层气介绍煤层气又被称为“瓦斯”，通常产生于煤炭产生过程中，据相关数据显示，从泥炭发展到无烟煤的整个过程中，每吨煤都会释放产生出高达50~300立方米的煤层气，煤层气中含量最多的组成成分是甲烷，是一种可再生的清洁能源。

据相关统计，我国煤层气的存储量达到36.8万亿立方米，还有许多煤层气资源还正处于勘探状态。

此外，煤层气的抽采对于保护生态环境、提高社会经济效益具有直接的影响力。

随着我国煤炭工业不断进步，加上国家相关政策的支持力度不断增大，整体矿采规模逐渐增大。

但是我国煤层气抽采的整体效率却很低、利用率也特别低，我国煤层气产业需要在抽取和利用的整个阶段的广度和深度方面都有待发展。

煤层气开采方法与技术煤层气是一种天然气，储存在煤层中，主要由甲烷组成。

煤层气开采是一种新兴的能源开发方式，它将煤矿的煤层中的天然气利用起来，既能提供清洁能源，又能实现煤矿资源的综合利用。

下面将详细介绍煤层气开采的方法与技术。

1.井网式开采：井网式开采是目前常用的煤层气开采方法。

它通过设置分层水平钻孔和垂直钻孔，在煤层中建立井网系统，将煤层中的天然气连续、稳定地抽采出来。

井网式开采具有开采效果好、井网布置合理、生产能力大等优点，已被广泛应用于煤层气的开采。

2.水平井开采：水平井开采是一种相对较新的煤层气开采方式。

它通过在煤层中平行钻探水平井，使水平井与煤层气的运移方向一致，提高气体采收效果。

水平井开采具有开采效果好、钻井速度快、减少矿井建设工作量等优点，但是水平井的建设和操作技术相对较为复杂。

1.井眼稳定技术：井眼稳定技术是煤层气开采中的关键技术之一、由于煤层中存在着岩层断裂、软弱层等问题，井眼稳定技术的好坏直接影响到井眼的穿越效果。

目前，井眼稳定技术主要采用套管固井、衬套固井和液氮注入固井等方法来保证井眼的稳定。

2.完井技术：完井技术是煤层气开采中的重要环节。

完井技术主要是指将井上的钻井设备检修、拆除后，用专门的设备和工具对井眼进行封堵和密封，确保气体不泄漏。

完井技术主要包括套管完井技术、封堵技术和沉积纠正技术等。

3.固井技术：固井技术是煤层气开采中的关键技术之一，它是指在井眼周围进行注水泥浆、环氧树脂等材料的注入，形成稳定的井壁和环境。

固井技术可以增强油井的强度和耐久性，防止井眼侧泄和污染。

除了以上的方法和技术，煤层气开采还需要进行地质勘探、工程设计、环境保护等工作，以确保煤层气的有效开采和利用。

总之，煤层气开采是一种新兴的能源开发方式，它具有广阔的应用前景和重要的经济意义。

通过煤层气的开采，不仅可以提供清洁能源，还可以实现煤矿资源的综合利用。

为了有效地开展煤层气开采工作，需要采用适当的方法和技术，确保工程的高效、稳定和可持续发展。

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。

固井注意事项及要点
（1）水泥浆返高：必须达到设计要求，保证压裂时地层不被压穿，一般是返至地面，生产套管一般返至最上层煤顶板上250~300m左右。

质量要求设计水泥返高超过最上一层目的煤层顶界150m，实际超过顶界不少于50m，其中要求合格的水泥环段不少于30m。

（2）声幅测井，评价水泥环胶结质量
声幅测井检查是否可能会发生层间窜通现象，要防止层间窜通，若水泥环胶结不好，射孔后煤层段套管，排采时随着水压的下降，地层中的水层将会顺着胶结不好的水泥环流向井筒，导致产水量增大，液面难以下降。

（3）人工井底
要求最下一层目的煤层底界距人工井底≥40m，人工井底至管鞋≥10m。

生产中人工井底至管鞋只有2m左右【浮箍+短接+浮鞋（引鞋）】。

有时，钻井队未下入短接。

太薄层的话，容易压穿底部，2m左右的水泥没有10m厚的水泥封固质量好。

（4）试压
套管柱试压应于声幅测井、人工井底符合设计要求厚进行要求套管柱试压介质与井内介质相同或用清水，。

煤层气固井技术煤层气是指储集在煤层中的天然气。

与石油天然气的游离态储存方式不同，煤层本身既是气源岩也是煤气储集层，90％左右的煤层气吸附在煤基岩中，形成了一种巨大的新兴潜在能源。

自上个世纪50年代美国率先采用降压、解吸、扩散和渗透工艺技术开采煤层气资源以来，美国的煤气产量接近天然气产量的5％，已经形成煤气的规模化开发。

目前，我国山西、江西的煤层气开发已初具规模，并呈增长趋势。

由于受煤层物性的限制，国内煤层气井的完井工艺主要采用套管射孔方式。

固井作业是套管完井工艺中的关键环节，而水泥浆体系则在很大程度上决定了固井质量的优劣。

山西煤层气井的固井作业中已经采用了低密度早强低滤失水泥浆体系，并取得了良好的效果，但由于该水泥浆体系不具备膨胀特性，故对于复杂条件(纵向地层剖面同时含有油、气、水层)浅煤气井的防窜固井施工尚难奏效。

（一）煤层气井固井作业的技术难点１、煤层气井的地层特点（1）煤层的机械强度低，杨氏模量小(一般为2.1×103～6.8×103MPa)，泊松比通常在0.2～0.3之间，故煤岩更易被压缩，井壁易垮塌。

（2）煤层孔隙及割理发育且具有双重孔隙结构，其微孔和超微孔的体积约占50％以上(孔隙内表面积高达200～400m2／g煤)，因而渗透性大，吸水后易产生井壁垮塌、漏失，并造成孔隙堵塞。

（3）煤气层属低压多压力系统剖面，地层压力系数变化规律性差，难以平衡压力固井。

（4）煤层流体的PH值呈酸性，易和水泥浆滤液反应产生沉淀而污染气层。

2、煤层气固井的技术难点与一般的油气井相比，煤层气井固井的技术难点在于：（1）煤层气井井深浅(通常在200～1500m之间)、井底温度低(25～45℃)，强度发展缓慢，失水不易控制；（2）煤气储层的高渗透性及强水敏性使得水泥浆的滤失量大、产层伤害加剧；（3）煤岩层光滑、不规则的解理面不利于水泥环二界面的胶结；（4）随着煤层气的开采，煤层会进一步收缩破裂，产生微间隙。

煤层气地面开发技术第一节主要内容：一、煤层气井完井方式1、裸眼完井裸眼完井又分为常规裸眼完井和裸眼洞穴完井。

（1）常规裸眼完井通常，煤层气井裸眼完井是在煤层顶部下表层套管后，一直钻进煤层至设计深度终孔，将煤层用砂或砾石填满，然后将套管下到煤层上方并注水泥返至地表，再用空气或水冲洗井眼，使煤层裸露。

（2）裸眼洞穴完井裸眼洞穴完井适用于高压、高渗透性厚煤层。

该方法是在井底造一个大的洞穴，下入割缝衬管后进行排采作业。

2、套管射孔完井套管射孔完井时钻穿煤层直至设计井深，然后下生产套管至煤层底部“口袋”，注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿生产套管、水泥环并穿透煤层某一深度，建立起气流的通道。

3、混合完井混合完井也叫多煤层完井，根据各煤层的特点和上下围岩的性质，使裸眼完井和套管完井在同一口井同时使用。

混合完井的形式包括套管射孔完井、套管射孔+裸眼完井、裸眼洞穴完井等几种类型。

一般情况下，上部煤层采用套管射孔或套管割缝完井，下部煤层采用裸眼完井或裸眼洞穴完井。

4、水平井完井技术水平井完井由地面垂直向下钻至造斜点后，以中、小曲率半径侧斜钻进目的煤层，在煤层中按设计方向延伸几百米至上千米。

水平井的水平段一般采用裸眼1完井或4英寸（11.43cm）割缝衬管完井。

2二、煤层气井固井工艺向煤层气井的钻井井眼中下入套管，并在套管和井壁的环空中注入水泥浆，以加固井壁、封隔煤层的施工程序叫固井。

通常煤层气井从大到小要下两至三层套管。

1、下套管下入井内的套管，根据其作用不同，可分为三种。

第一种为表层套管，其作用是封隔地表不稳定的松软易坍塌地层、水层、漏层；安装井控的井口装置。

第二种是支撑中间套管，下入深度一般是数十米到数百米，水泥返到地面。

第三种为生产套管，它将目的层与非目的层隔开，给煤层气生产形成中途不流失的通道，为实施增产措施创造条件，水泥返到地面。

2、注水泥固井作业所用水泥是一种有特殊要求的硅酸盐水泥，其成分、物理化学性能都有明确而具体的要求。

2018年09月煤层气井固井存在的问题及技术措施探析杨赫（大庆油田有限责任公司钻探工程公司钻井二公司质量室，黑龙江大庆163000）摘要：煤层气作为近几年新兴的清洁能源之一，我国已意识到了对其进行开采的重要性，已经开展了一系列的开采行动。

对于煤层气的开采利用，一方面对我国天然气资源的不足产生一定的缓解，另一方面为我国煤炭资源的开采增加了一定的安全保障，但目前我国在当前煤层气的开采利用阶段，仍然存在着一定的技术壁垒尚未突破。

关键词：煤层气；固井技术；技术措施煤层气是指贮藏于煤矿中煤层孔隙中的天然气，且我国由于煤矿资源的储藏量较大相应的煤层气的储藏量也相对较大，但由于其储存于煤层中，相较于一般的油气层存在着耐开采机械强度弱、孔隙度低，易发生坍塌及污染的问题，再加上开采技术的处于起步阶段尚未成熟，就使得在进行煤层气的开采利用时，在钻井、固井等技术方面存在着一定的特殊性，就导致仍存在诸多技术问题亟待解决。

1煤层气概述煤层气也就是我们日常中常用到的“瓦斯气”，使煤炭产生过程中所产生的衍生物质，先关数据表明在煤炭的生成过程中，每吨煤炭可释放出50-300m 3的煤层气，且煤层气的主要成分是可再生清洁能源之一的甲烷，因此对于煤层气的开采、利用将对我国工业发展中生态环境的保护和经济效益的提升有着积极地作用。

目前随着我国煤炭工业发展的不断进步，以及国家政策的扶持，煤矿的开采规模也趋于增大，但对于煤层气的利用率仍然偏低，且开采效率也较低，因此就需要我国煤矿开采在未来的发展中针对煤层气开采利用的技术进行研究。

2煤层气开采中所存在的问题和难点2.1煤层气开采难点煤层气所储存的煤层间的孔隙压力梯度小于白帕斯卡每米，导致煤层所能承受度而压力也较小，且极易因为受到外界压力的压缩、扩张发生变化，出现坍塌造成重大经济损失。

除此之外，煤层气储藏层中的煤层间的孔隙并不是单一的孔隙，是由基质孔隙和裂纹孔隙所组成的，这就导致煤层的分布经常出现断层和不连续，且各煤层之间极易发生渗透。