行业资料煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施
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浅析煤层气钻井过程中的储层伤害及保护技术
2018年04月浅析煤层气钻井过程中的储层伤害及保护技术马腾飞（中联煤层气有限责任公司，北京100016）摘要：伴随着经济的发展和社会的进步，我国煤矿产业要想进一步优化经济利益，就要对钻井过程予以约束，减少其对于储层造成的伤害，建构可持续发展的管理机制。
本文对煤层气的原理以及基础特征进行了简要分析，并集中阐释了煤层气钻井过程中的储层伤害问题以及保护技术措施，以供参考。
关键词：煤层气；钻井过程；储层伤害；保护技术在煤矿管理工作中，为了全面认知钻井过程中储层受到的伤害问题，就要对可能导致其出现异常的元素进行统筹分析，结合伤害机理建立针对性的处理和管控措施，从而维护煤层管理工作的综合质量。
1煤层气概述1.1成藏原理在对煤层气进行系统化分析的过程中，要对其主要分布区域有明确认知，煤本身属于沉积岩类物质，一半的组成物质是有机物，且页岩的有机物含量在50%以下。
在气体存储的过程中，主要是微孔隙游离气体以及有机质内部吸附的表层气体，因此，多数煤层气体都会被视为吸附气。
需要注意的是，在煤层气存储结构中，割理是正交断层结构，整体方向和煤层保持垂直，能有效为气体的流动提供平台和空间。
在单独的储存层结构中，会出现煤，而气体的产生需要借助岩性进行处理，这就使得煤层气存储时，出现了很多影响天然气地质存量的因素，其中，煤的组成成分、实际煤层的基础厚度以及相应气体的含量等，都成为了影响气体吸附水平的关键。
除此之外，煤层中气体含量的变化范围较大，会和煤成分以及基础性质量等形成函数关系。
气体的组成结构中，甲烷占据多数，其余的包括液态烃以及二氧化碳等。
值得一提的是，在饱和状态下的气体煤，会直接生成相应的气体物质，气体不饱和则不会产生气体，直到储存层压力降低到饱和压力，而这种情况需要借助脱水作用才能完成。
1.2储层特征基础的煤层气储层结构是双孔隙结构，整体结构体系中，基质孔隙以及裂缝孔隙十分关键，且在煤层结构中，微孔和裂隙也会出现发育的情况，其实际水平对于煤层其赋存和移动有着重要的影响。
煤层保护措施
煤层保护措施1.优化钻井方法选择合适的钻井方法可以有效地保护储层。
众所周知，煤储层普遍具有应力敏感性高、微裂缝分布面积广的特点。
中下井压力与原始煤储层压力之间存在相互作用。
如果下部井的压力高于原始煤储层的压力，钻井液往往会进入煤储层，造成渗透率下降等损害。
由于中井压力高于原煤储层压力，作用时间越长，钻井液侵入煤储层越快越深，严重污染近井地带，对储层造成不可挽回的损害。
因此，建议采用欠平衡钻井方式进行开采，可以保证地层压力绝对大于钻井液柱压力，减少钻井液侵入煤储层的数量和深度，有效防止储层受到损害。
在实际钻井过程中，应根据实际情况优化空气钻井等欠平衡钻井方法，减少对储层的损害。
2最佳钻井液根据以上分析，钻井液中的碱性物质和聚合物对煤储层有一定的伤害。
因此，优选钻井液可以在一定程度上降低煤储层的损害。
建议在不同区块大面积钻井时，首先要研究煤储层损害，选择配伍性合适的钻井液，尽量减少对煤储层的损害。
在实际钻井过程中，可以考虑低固相颗粒、低钻井液密度的清水钻井液。
MMH正电胶钻井液体系、强抑制性两性离子和阳离子钻井液体系。
3固相控制技术为了进一步提高储层保护能力，固相控制技术是目前较好的选择。
固相控制技术可以通过表面循环和机械净化来清理钻井液中大量无用的固相，并配有振动筛-除砂器-离心机等完善的多元化固相控制设备。
除了固相控制技术之外，清洁固体颗粒的常用方法包括化学净化。
一般情况下，会使用PAM等优良的化学絮凝剂，能有效地清理大量微小的固体颗粒，降低钻井液中固体物质的含量，防止煤储层受到损害。
4 .加强排水和采掘技术管理。
在排水采气过程中，应加强排水采气的管理和控制。
应采用适当排放煤粉，连续稳定排采的思路。
在不同的排采阶段应制定相应的排采制度并严格执行。
在抽放生产过程中，要保证设备的连续稳定运行，避免抽放设备长期或频繁停运，以免造成煤粉排放不畅，造成井旁瓦斯出水通道堆积堵塞。
特别是在煤层气套压初期，需要始终保持井底流压平稳下降，避免出现井底流压上升形成气锁的情况。
9.4 钻完井储层保护的主要措施
本节主要内容
储层环境井筒环境
（储层流体、岩石、孔隙压力、温度等）（井筒流体、流体压力、温度）
钻完井作业导致储层原有系统平衡的破坏，地层流
固相侵入堵塞（含固相液基工作液、压裂残渣）工作液不配伍损害（水敏、盐敏、碱敏、酸敏）固井（P w >P p ）
固井液
固井水泥浆
固井胶塞
压井液
钻井
（P w >P p 或P w <P p ）
钻杆
套管泥浆
水泥环
本节主要内容
1.基本要求
工作液密度可调，满足不同孔隙压力储层井筒
工作液的组分与性能能满足保护储层的其它需
2.配伍性要求
盐敏性储层：控制工作液的矿化度在临界矿
，最好不用烧碱；
2.配伍性要求
2.润湿性要求
油藏岩石颗粒表面有亲油或亲水的特性，气藏岩石
免流体进入储层。
3.其他要求
☐减轻或避免固相颗粒对储层的损害
亲油岩石流体作用示意图
本节主要内容
地层
架桥粒子
孔隙性储层屏蔽暂堵示意图
P w P p 工作液混合流体（工作液、地层流体）
液体欠平衡钻完井示意图
纯气体雾化充气泡沫
气体钻井主要循环介质示意图。
煤层气钻井储层保护新技术研究
同时 ， 近年 来通 过研 发 和引进 ， 层气 地 球物 理勘 煤 探 、 层气 钻井 、 层气 完井 和煤 层气 增 产技 术也 煤 煤
得到了很大的提高 。深化煤层气成藏过程及吸附
一
后， 该煤样气测渗透率下降 ６ ．３ ８０ ％。 （） ２ 煤与钻井液中的高分子 聚合物相互作用
产生 的堵 塞 钻井 液 滤液 中的高分 子聚合 物被 吸 附在煤 表 面 或堵 塞在 裂 缝 中。取 山 西柳 林 地 区 的某 煤 样 ， 在 正压 差为 ３５ＭＰ ． ａ和 时 间为 ２ｈ的 条 件 下 ， 污
的渗 透性 。
２ ２ ４ 加强 固相 控 制技 术 ．．
Байду номын сангаас
（） ３ 煤层 气 钻 井 储 层 保 护 技 术 包 括 ： ） 用 ａ采 低 固相 或无 固相 钻 井 液 ， 持 钻 井 液 的 “ 密 度 、 保 低 低 黏度 、 切力 、 低 低失 水 ” 性 ； ） 广 空气 钻 井 、 特 ｂ推 泡 沫钻 井 等欠平 衡钻 井技 术 ， 减少储 层 裸露 时 间 ； Ｃ 开展煤 层气 钻井 屏 蔽 暂 堵 技 术 的研 究 ， 究 酸 ） 研 溶 性暂 堵剂 和暂 堵 型 钻井 液 ； ） 强 固相控 制 技 ｄ加
是天 然气 最现 实 的接 替能 源 。 自从 １３ ｓ 国在 ９０ 美
比格郎气 田的匹兹堡煤层先后打出 ３口煤层气 自
流井 和 １５ ｓ ９０ 在圣 胡安 盆地 成 功地 开 发煤 层 气 以
据我国 １８ ３ 个样 品的压汞测试数据显示 ， 的孔 煤
径 结构 虽然 变 化极 大 ， 是 在 总 体 上 则 以微 孔 为 但 主 、 渡孔 次之 ， 过 中孔 和 大孔 的 比例 相对 较小 。以
得到了很大的提高 。深化煤层气成藏过程及吸附
一
后， 该煤样气测渗透率下降 ６ ．３ ８０ ％。 （） ２ 煤与钻井液中的高分子 聚合物相互作用
产生 的堵 塞 钻井 液 滤液 中的高分 子聚合 物被 吸 附在煤 表 面 或堵 塞在 裂 缝 中。取 山 西柳 林 地 区 的某 煤 样 ， 在 正压 差为 ３５ＭＰ ． ａ和 时 间为 ２ｈ的 条 件 下 ， 污
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２ ２ ４ 加强 固相 控 制技 术 ．．
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（） ３ 煤层 气 钻 井 储 层 保 护 技 术 包 括 ： ） 用 ａ采 低 固相 或无 固相 钻 井 液 ， 持 钻 井 液 的 “ 密 度 、 保 低 低 黏度 、 切力 、 低 低失 水 ” 性 ； ） 广 空气 钻 井 、 特 ｂ推 泡 沫钻 井 等欠平 衡钻 井技 术 ， 减少储 层 裸露 时 间 ； Ｃ 开展煤 层气 钻井 屏 蔽 暂 堵 技 术 的研 究 ， 究 酸 ） 研 溶 性暂 堵剂 和暂 堵 型 钻井 液 ； ） 强 固相控 制 技 ｄ加
是天 然气 最现 实 的接 替能 源 。 自从 １３ ｓ 国在 ９０ 美
比格郎气 田的匹兹堡煤层先后打出 ３口煤层气 自
流井 和 １５ ｓ ９０ 在圣 胡安 盆地 成 功地 开 发煤 层 气 以
据我国 １８ ３ 个样 品的压汞测试数据显示 ， 的孔 煤
径 结构 虽然 变 化极 大 ， 是 在 总 体 上 则 以微 孔 为 但 主 、 渡孔 次之 ， 过 中孔 和 大孔 的 比例 相对 较小 。以
煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施
煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施摘要：煤层气储层的特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。
用气体钻井方式开采煤层气是一种有效的保护储层的手段，被国外油田广泛采用。
气体钻井方式的选择必须考虑地层的适用性、应用模式、后期完井方式以及经济性。
通过对国外煤层气开发中气体钻井的应用情况、煤层特点、气体钻井应用于煤层气的技术模式进行分析，结合我国煤层气特点及气体钻井技术现状，探讨了在我国煤层气开发中开展气体钻井的可行性。
关键词：煤层气；气体钻井；储层保护煤层气作为非常规天然气，在国内外掀起了新的勘探开发热潮。
在国外，美国已经在第三代煤层气区域进行了勘探开发(1)，2009年美国煤层气年产量已超过600亿m3，加拿大、澳大利亚等国家在2000年后也加强了煤层气开发技术的研究，进行了商业化开采，形成了快速发展的新兴能源产业。
国内中石油等企业先后在沁水盆地、鄂尔多斯东部、阜新等地区大规模采用了以地面钻井开采煤层气为主的开采模式，形成了年产能25亿m3煤层气的能力。
据国家有关部门规划，2020年我国煤层气的年生产能力要达到300亿m3，发展前景极其广阔。
煤层具有特殊的岩石性质，使得煤层气开发与其他常规油气田有很大的区别。
首先含有煤层气的煤岩具有非常强的毛细管效应（亦称水锁效应）、高压力敏感性和渗透滞后现象，更易受到污染；同时煤层气吸附在煤层中，煤层既是产气层也是储气层，只有临界解吸压力小于地层压力时，以吸附状态赋存在煤岩中的煤层气才能解吸，因此，对煤层气钻体钻井是一种保护储层的有效钻井手段，已经在国外的煤层气钻井中得到较为广泛的应用，并形成了针对不同煤层地质特点的气体钻井模式。
用气体作为循环介质钻水平井不是常规作业方式,但是用气体钻有井自身的一些优势。
气体钻井中常用的钻井介质为空气。
自1986年以来国外许多水平井都使用空气成功钻成。
用空气或泡沫钻水平井能大大地提高机械钻速,降低钻时;能解决低压储层的井漏问题;并能有效降低钻井液侵入造成的地层损害。
试论现代化煤层气钻井中煤储层的保护措施
试论现代化煤层气钻井中煤储层的保护措施摘要在探索新技术、新工艺过程中，井壁失稳、煤层损害、完井效果差等难题一直困扰着煤层气的高效勘探开发。
作为一个从事多年煤炭工作的技术人员，为了更好促进煤炭行业的健康发展，本作者在此针对煤层气钻井中煤储层的保护措施进行相关分析及研究，以供相关人员参考。
关键词煤层气；钻井；煤储层；保护措施引言煤层气产业是继煤炭、石油、天然气之后的战略性“接替资源”，具有很大的开发和利用潜力，不可否认我国煤层气产量依然较低，煤层气钻井过程中仍有较多难题需要解决，钻井安全与煤层保护矛盾依然突出。
因此煤层气钻井技术要适应煤储层特征，在钻探技术不断成熟的基础上，应该加强对保护煤储层的钻井液的研究。
对于此情况，本文针对煤层气钻井中煤储层的保护措施进行相关论述。
1 煤层气及其储层特点煤层气，作为煤的一种伴生矿产资源，在煤的演变和变质过程中逐渐形成并在煤层中得到产生、聚集和转移。
1.1 孔隙性煤层是煤层气主要的生成与储集点，煤层由孔隙和裂隙两部分组成，孔隙是煤层气的主要储集场所，而裂隙则是煤层气运移的通道，孔隙与裂隙的结构共同决定了煤层气的解吸动力。
1.2 渗透性一般情况下，煤储层的渗透性强度主要取决于煤层节理裂隙系统的相互贯通，我国煤层气的煤储层的渗透率是较低的。
煤层的渗透率会同时受到外界壓力与内部压力的双重影响，随外部压力或深度的增加而降低，同时也因内部压力的改变而改变。
1.3 构造应力与压力性煤層的构造应力与压力对煤层的渗透率和含气量起着决定性的作用。
区域的构造应力强度越大，煤层裂隙的闭合性强，储层压力也较高，导致煤储层的渗透性低，气体间的交换与迁移缓慢，较难进行；而构造应力强度较小的区域，煤层裂隙的闭合性弱，开启性强，其储层压力较低，煤储层的渗透性较好，气体间的交换和迁移较为通畅，流动迅速。
1.4 含气饱和度低中国聚煤区的煤层气资源量相对较低，饱和度也很低。
1.5 煤岩表面带有电荷等电点是表面电位为零时的pH值，煤岩表面相对常规砂岩和碳酸盐岩表面带有更多的电荷，煤岩的表面电位变化是由正到负的。
浅析煤层气钻井过程中的储层保护_周国庆
浅析煤层气钻井过程中的储层保护周国庆(安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州 234000)【摘 要】针对煤层气钻井施工中的煤层气储层保护技术进行了初步实践研究，取得了一定效果。
【关键词】煤层气；钻井；储层保护技术【中图分类号】TD82【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2012)11-0046-02 Analysis of Reservoir Protection During the Process of Coalbed Methane Drilling Abstract:Coal bed methane reservoir protection technology during the process of coalbed methane (CBM) drilling has been investigated and good results have been obtained.Keywords: Coalbed methane; Drilling; Reservoir protection technology1 煤层气钻井储层伤害的原因对于煤系地层来说，含气饱和度高低、渗透性和地层压力大小是影响煤层气可采性的最重要地质参数。
含气饱和度低、渗透率低和地层压力低是造成我国煤层气单井和先导性开发试验井组稳定日产气量低的最主要原因。
影响煤层气储层渗透性的主要因素来自于地层裂隙系统，煤系地层孔裂隙系统发育特征和煤系地层渗透性是进行煤层气储量科学评价的重要内容之一。
同时这也是造成煤层气储层伤害的主要原因。
钻井过程中引发煤层气损害的根源是使用的钻井液，其对煤层伤害的主要表现在以下四个方面：（1）钻井液中固相颗粒对煤系地层裂隙的充填造成的损害。
（2）煤系地层中的矿物与钻井液中的物质相互反应产生不溶的物质堵塞了煤系地层裂隙。
钻井液中的有些物质被吸附在煤层表面或堵塞在煤系地层裂缝中。
（3）煤系地层吸水膨胀引起地层裂隙减小或堵塞造成的损害。
煤层气井快速钻进和气层保护技术
钻进创 造条件 。 二开用 ＠２ ５ ｍ钻头钻进 ， １． ｍ ９ 钻至 目标 煤层底界
以下 ５ ｍ 完 钻循 环介 质优选空气和无固相 植物胶钻井液。 （ ）空气介质的优势 。空气钻进是 负压钻进 ， １ 不仅钻井速度 快， 而且对煤层无污染。机械钻速在 ｌ Ｏ～４ ／ 钻进漏层更经 ０ｍ Ｈ， 济， 环境友好 。 （ ） 固相植 物胶钻井液。基本配方为 ： １ ３ ２ 无 水＋ ％～ ％精制植 物胶＋ ． ０１ ％～０３ Ｈ — ＭＣ 烧碱。 ． ％ ＶＣ ＋
中２ ５９ｎｍ钻 头 ＋ ５ １． ｌ ＠１９ｍｍＤ ｘ Ｃ ２根 ＋
排 出物 ， 停止降尘后排屑 口有湿润的岩屑 。 （） ２ 地层坍塌的征兆及判断 ： 注气压力增大 ； 转盘扭矩增大 ；
排气 口喷出的岩屑增多 ； 上提钻具阻力增大 ， 下钻遇阻。 （） ３ 泥饼环 的产生征 兆及判 断 ： 注气压力增大 ； 转盘扭矩增 大； 排气 口喷出的岩屑减少甚至没有 ； 上提 、 下放钻具阻力增大 。 ３２ 井下异常情况处理 ． （） １ 地层出水处理方法 ： 发现注气压力上升 ， 立即上报 ， 并继
处理 具 有 针 对 性 。 关键 词 ： 气 ； 固相 ； 井 ； 环介 质 ； 护 ； 空 无 钻 循 保 煤层 气
中图分类号 ：Ｄ ２ Ｔ ７４
文献标识码 ： Ｃ
文章编号 ：０４ ６ ２ （０ ０ ０ — １０ ０ １０ — ４ ９ ２ １ ）２ ０ ０— ２
１ 钻井施工概况 １１ 井身结构 ．
・
（） ２ 地层坍塌处理 方法 ： ①地层坍塌掉块较轻微 ： 采用减 慢
（ 转 第 １２页 ） 下 ０
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山西科技
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浅析煤层气井储层保护钻井工艺
73CPCI中国石油和化工化工安全浅析煤层气井储层保护钻井工艺张 锐（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 山东东营 257000）摘 要：煤层气就是煤矿瓦斯，其中含有九成的甲烷，是天然气的可替代能源。
煤层的含水量高，而且脆裂容易坍塌。
为了煤层气因此而遭到污染或者泄露，就需要对煤层采取保护措施，特别是采用钻井工艺开采煤层气的过程中，要对井储层予以必要的技术性保护。
本论文针对煤层气井储层保护钻井工艺展开探讨。
关键词：煤层气 钻井工艺 保护措施 井储层煤层气是良好的天然气可替代能源。
随着近年来煤层气的可利用价值得到了广泛的认识，煤层的钻井工作量也相应地有所增加。
煤层气井储层的埋藏通常在1000米以内，但是，由于煤层的含水量高，而且脆裂容易坍塌而很容易在钻井的过程中而导致煤层气污染，加之煤层的压力系统很容易出现变化，一旦煤层出现裂缝，就会快速地扩大范围而发生水锁效应而导致煤层受到损坏。
采用有效的保护性钻井工艺是非常必要的。
1 案例分析某盆地拥有丰富的煤层气储量。
在该地区的煤层气进行开发的时候，为了避免煤层井泄露事故，就需要在井眼的设计中考虑到压力作用下煤层的破裂的问题，因此需要井眼的设计的规格要大一些。
具体实施中，可以选择直径444.5毫米的钻头，钻进的深度达到35毫米左右，就可以下表层套管了。
将直径为338.5毫米的表层套管下入30米的深度，坐入到硬基岩处大约8米。
改用直径为11.5毫米的钻进，在接近靶窗附近处，将直径为340.5毫米的技术套管到接近封固煤层段之处。
之后，再使用直径为216.4毫米的钻头继续钻井，直到井底，使用直径为149.8毫米的钻头对各个钻井进行钻井。
2 钻井方式在钻井施工之前，对煤层气储层所在钻井区域进行了实地勘察，从而对钻井区域的地质特点有所深入了解。
钻井所在区域具有轻微的列分，而且广泛分布，这就导致该区域的煤层孔隙压力相对较低，对机械强度的承受能力较弱，当然对应力也具有较高的敏感度。
煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施标准范本
解决方案编号：LX-FS-A96712煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施标准范本In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior oractivity reaches the specified standard编写：_________________________审批：_________________________时间：________年_____月_____日A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施标准范本使用说明：本解决方案资料适用于日常工作环境中对未来要做的重要工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。
资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。
摘要：煤层气储层的特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。
用气体钻井方式开采煤层气是一种有效的保护储层的手段，被国外油田广泛采用。
气体钻井方式的选择必须考虑地层的适用性、应用模式、后期完井方式以及经济性。
通过对国外煤层气开发中气体钻井的应用情况、煤层特点、气体钻井应用于煤层气的技术模式进行分析，结合我国煤层气特点及气体钻井技术现状，探讨了在我国煤层气开发中开展气体钻井的可行性。
关键词：煤层气；气体钻井；储层保护煤层气作为非常规天然气，在国内外掀起了新的勘探开发热潮。
在国外，美国已经在第三代煤层气区域进行了勘探开发(1)，2009 年美国煤层气年产量已超过600 亿m3，加拿大、澳大利亚等国家在2000 年后也加强了煤层气开发技术的研究，进行了商业化开采，形成了快速发展的新兴能源产业。
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煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施科目：钻井新技术班级：油工61102学号：201160970姓名：吴侃序号：282014年6 月煤层气井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施摘要：煤层气储层的特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。
用气体钻井方式开采煤层气是一种有效的保护储层的手段，被国外油田广泛采用。
气体钻井方式的选择必须考虑地层的适用性、应用模式、后期完井方式以及经济性。
通过对国外煤层气开发中气体钻井的应用情况、煤层特点、气体钻井应用于煤层气的技术模式进行分析，结合我国煤层气特点及气体钻井技术现状，探讨了在我国煤层气开发中开展气体钻井的可行性。
关键词：煤层气；气体钻井；储层保护煤层气作为非常规天然气，在国内外掀起了新的勘探开发热潮。
在国外，美国已经在第三代煤层气区域进行了勘探开发(1)，2009 年美国煤层气年产量已超过600 亿m3，加拿大、澳大利亚等国家在2000 年后也加强了煤层气开发技术的研究，进行了商业化开采，形成了快速发展的新兴能源产业。
国内中石油等企业先后在沁水盆地、鄂尔多斯东部、阜新等地区大规模采用了以地面钻井开采煤层气为主的开采模式，形成了年产能25 亿m3煤层气的能力。
据国家有关部门规划，2020 年我国煤层气的年生产能力要达到300 亿m3，发展前景极其广阔。
煤层具有特殊的岩石性质，使得煤层气开发与其他常规油气田有很大的区别。
首先含有煤层气的煤岩具有非常强的毛细管效应（亦称水锁效应）、高压力敏感性和渗透滞后现象，更易受到污染；同时煤层气吸附在煤层中，煤层既是产气层也是储气层，只有临界解吸压力小于地层压力时，以吸附状态赋存在煤岩中的煤层气才能解吸，因此，对煤层气钻体钻井是一种保护储层的有效钻井手段，已经在国外的煤层气钻井中得到较为广泛的应用，并形成了针对不同煤层地质特点的气体钻井模式。
用气体作为循环介质钻水平井不是常规作业方式,但是用气体钻有井自身的一些优势。
气体钻井中常用的钻井介质为空气。
自1986年以来国外许多水平井都使用空气成功钻成。
用空气或泡沫钻水平井能大大地提高机械钻速,降低钻时;能解决低压储层的井漏问题;并能有效降低钻井液侵入造成的地层损害。
但是气体钻水平井还存在一些问题,主要有:MWD系统不能在多种气体钻井条件下连续工作;气体钻水平井的井眼轨迹控制;井斜大于50°后井眼清洁将成为一个问题;由于钻柱和井筒间的摩阻增大,水平井段的长度将减小;岩性和目标层类型的选择范围变小。
本文针对以上问题,介绍相关的新技术新方法,以期为技术服务人员提供开阔的思路和探索更有效的工艺措施。
气体钻水平井在国内应用不多,很多技术问题仍有待解决,而最关键的技术难点就是水平井段携岩问题。
目前国际上常用的斜井、水平井气体钻井参数计算和实际情况有很大差别,计算出的携岩气体需求量往往偏小,难以保证井下正常携岩和净化。
在水平井筒内,水平段和造斜段的携岩能量最低,岩屑浓度高,不能被带走的岩屑很难回到井底被钻头重复破碎,容易造成岩屑堆积,形成钻屑床,从而造成起下钻遇阻、卡钻等事故。
对比相同条件下的直井和水平井环空携岩,水平井应适当增大注气量。
目前国际上采用的通用计算方法都基于一维稳态流方程,如使用修正后的Angel模型设计定向井和水平井钻井的最优注气量。
西南石油大学孟英峰等进行了水平井段的三维稳态流动的计算流体动力学(CFD)数值模拟分析,研究发现,钻柱在井内的位置和截面变化对流场和携岩影响很大,通过计算得到以下结论:①水平井段钻柱贴近下井壁,造成偏心环空,在重力作用下,大颗粒岩屑沉降,而细小粉尘则停留在上部空间。
偏心环空上部空间流速高,而下部空间流速低,从而造成岩屑在下部堆积、成床。
②这种偏心环空的上高下低的流速分布不均现象,井径越大,越明显,越不利于携岩。
③加大注气量对于提高偏心环空下部流道的携岩有一定作用,但是效果较差;且井眼尺寸越大,增大气量的效果越不明显。
④消除水平段偏心环空携岩不畅的最有效办法是抬升钻杆,减少偏心度,最好能实现环空钻杆居中的同心环空。
1国外煤层气井气体钻井的煤层特征近年来，煤层气井钻井技术越来越朝着保护煤层的方向发展，因为保护煤层不受损害对煤层气今后的开采和提高采收率具有非常重要的作用。
美国在煤层气井的气体钻井技术利用方面进行了大量的实践，并取得了显著效果。
美国西部的圣胡安盆地和东部的黑勇士盆地的煤层资源条件好，煤岩层构造简单，几乎未遭受后期褶皱、断裂构造的破坏，内生裂隙发育，煤层的渗透率高。
圣胡安盆地煤层高压、高渗，煤种为次烟煤，煤层埋深一般1000 m，厚度10~30 m，煤层裂缝中的地层流体压力较大，微裂缝的渗透能力强，煤岩渗透率可达（3~25）×10-3μm2；而黑勇士盆地则以水饱和煤层为代表，煤种为中烟煤，煤层埋深一般600 m，厚度4~6.7 m，煤层微裂缝中含水量几乎占满了煤层裂隙等空间。
据姜庆俊等人赴美考察报告显示［2］，圣胡安和黑勇士盆地均在较大范围内采用了空气钻井。
无论是下套管压裂井还是裸眼造洞穴井，大都使用空气钻机利用空气钻穿目的煤层。
钻井完成后，利用空气作为循环介质将井筒清洗干净。
在黑勇士盆地部分地区［3］，最初尝试采用空气钻井打开煤层，但是由于这些地区地层出水段较多，最终放弃了使用空气钻井而采用清水钻井液在煤层中钻进。
这种情况同样在澳大利亚煤层气钻井施工中出现［4］。
在圣胡安盆地北部地区［5］，虽然煤岩破碎，其地质条件对空气钻井不利，但为了能成功地进行裸眼洞穴造穴完井，在煤质易破碎地层仍然使用了空气钻井。
在煤层中进行气体钻井，一般应具备以下条件：（1）煤层含水量要小，而在目的煤层上部的裸露地层中也不能有大的含水量。
（2）煤岩压实程度高，井壁稳定性好。
一般来讲，次烟煤和中烟煤为主的煤层段是进行空气/ 气体钻井的合适层位。
（3）若煤层段不太长，破碎性的煤层也能使用气体钻井。
（4）在多煤层中，允许最底层煤层破碎率大一些，而其他煤层段需要达到一定压实程度。
（5）如果在水平井中进行空气钻井，则要求所钻煤层体系中出水量和煤层压实程度都要达到更高的要求。
一般煤层埋藏越深其稳定性越好2.1煤层气直井气体钻井技术2.1.1全井段气体钻井其施工特点与常规油气井的气体钻井相同。
气体钻井的主要优点在于钻井速度快，因此，只要地层出水量在气体钻井允许范围内就可以采用全过程气体井。
对于“允许出水量”的概念可以这样理解：一是所出的水能被气体及时带出井筒，二是地层水不会造成井壁的湿润垮塌，三是出水不会造成钻屑的湿润而形成钻头泥包，四是钻井过程中钻具短起下能一次到底。
但是在数百米的全井段往往存在出水层，若在出水量较大的区域盲目实施空气钻井可能会发生井眼垮塌等复杂情况导致作业的失败，而对于多层煤层还必须要综合考虑整个井眼的井壁稳定情况，所以全井段气体钻井具有一定的局限性。
2.1.2仅煤层段采用气体钻井在黑勇士盆地部分区块的煤层气开发实践中，上部地层采用清水为主的钻井液，煤层段采用以空气或泡沫为循环流体的欠平衡钻井作业。
这样可以使煤层段以上的地层减少井塌、地层出水等因素对钻井施工的影响，使目的煤层得到最有效的保护，即使目的煤层较为破碎也不影响作业的成功。
其缺点是需要在打开煤层前进行钻井介质及工艺方法的转换，增加了气体设备和一些专用材料的投入。
如果存在多个目的煤层，可以在钻到最上部煤层前转换成空气钻井，以使煤层得到最大的保护。
3 钻井时保护煤储层的主要技术措施煤储层特征显示开采煤层气产量的影响因素较多, 在地面钻井中选用的钻进方法及工艺对勘探煤层气及保护储层较为重要, 一般采用欠平衡钻进工艺。
钻井液使用低密度、低粘度、低失水量、中性pH 值及低固相含量的钻井液。
固井采用低密度、低上返的固井技术。
这不仅对煤储层具有一定的适应性, 也保护了煤储层的渗透性。
双壁钻杆空气—液体循环钻井技术是把压缩空气沿内外钻杆之间的环状间隙压向预定位置, 提高其上部钻井液上返速度, 降低井内钻井液压力, 以实现平衡或欠平衡钻进。
它是利用空气对井内钻井液实现气举上返推动作用, 降低井内泥浆的压力, 减少对储层的压力侵害, 间接的降低了泥浆的比重。
有利于煤储层保护, 特别是对水敏性、低压、低渗透等复杂煤储层的保护。
空气潜孔锤钻进技术是一种以压缩空气作为动力介质, 驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺, 压缩空气兼作洗井介质, 把岩屑携带出地面。
在水文地质条件允许的情况下应用空气潜孔锤钻进工艺可以提高生产效率和录井质量, 同时能维护或改善煤储层渗透性, 减少对环境的污染。
空气潜孔锤钻进工艺参数主要包括轴向压力(kN)、回转速度(r/min)、冲击功(kg.m)、冲击频率(次/min)。
在不同硬度的岩石中钻进, 参数的选择差异较大, 钻进硬度小的岩石时, 钻进参数应主要满足回转切削碎石的要求; 钻进坚硬但胶结不好的岩石时, 钻进参数应满足冲击碎石的需要, 以形成体积破碎; 钻进坚硬致密的岩石时, 钻进参数应满足冲击和回转两种碎岩作用。
空气潜孔锤钻进采用空气或空气泡沫作为钻井液, 井内的钻井液压力远远低于储层的地层压力, 有效防止或杜绝岩屑颗粒、固相颗粒进入储层, 改善和保护了储层渗透性。
在山西沁南煤层气田的地面勘探中使用美国Schumm 公司生产的车载顶驱T685WS、TWD130 钻机施工50 多口井, 单井平均建井周期为6.5d。
揭开煤储层后4h 完钻, 在地层水较大时通过注入泡沫剂, 降低了井内液柱压力。
空气潜孔锤钻进工艺因为钻井效率高, 储层裸露时间短, 有效的保护了储层。
3国内煤层气井气体钻井应用推广方案我国中部和西部煤层气资源丰富，山西的沁水盆地和内蒙的鄂尔多斯盆地是我国煤层气资源量最大的两大盆地，超过10 万亿m3，埋深1500 m 以浅煤层气资源占60%，有利于煤层气的勘探和开发。
对比美国黑勇士和圣胡安盆地与我国沁水盆地和鄂尔多斯盆地地质情况，总体上我国的煤层气储层具有低压、低渗的特点，而且煤层大多不含水或弱含水，为开展空气钻井或泡沫钻井提供了很好的地质条件。
根据我国煤层气的赋存特点，可以考虑以下钻井方式。
3.1常规钻井+ 气体钻井主要思路是采用常规钻井液钻井和气体钻井相结合的方式，同时完成洞穴完井。
在煤层上部的层段采用常规钻井液完成，钻到煤层段时转换为气体钻井，然后进行造穴完井。
该方案适合钻目的层只有1 层的煤层，且煤层以上地层有地层水涌出，煤层段易破碎。
需要补充的是，不是所有煤层都属于特破碎，但是都应该进行煤层段的扩眼作业，提高裸眼段井壁稳定。
3.2全过程气体钻井3.2.1基于洞穴完井的全过程气体钻井该方案主要针对地层出水量小，目标煤层超过一层的煤层气开发。
这种模式与常规气体钻井并无显著的差别，但是在随后的固井完井过程中，有可能再次伤害煤层。