煤层气开发钻井工艺及设备选择方案讲解

西山煤层气钻井技术以西山一口煤层气井的施工为例，着重介绍了煤层气井的特点，对煤层气钻井工艺技术进行初步探讨，以期为钻井施工提供有益参考。

标签：煤层气井；钻井工艺技术；取芯；地质自上世纪50年代以来，国外煤层气的钻井技术有了长足的进步，到1993年度，美国共施工约6500口煤层气井，煤气产量接近天然气产量的5%，已形成煤层气产业化。

近几年，我国不但加强了与国外公司的合作，煤层气钻井技术得到了发展，而且目前我国各大油田以及煤炭工业部都开始涉及煤层气领域，使得煤层气各方面的发展特别是煤层气钻井方面取得了长足的进步，初步探索出一套煤层气井的钻井技术。

1煤层气的特点通常说的煤层气就是煤层中的甲烷气，主要以吸附态存在于煤层中，它的产生机理是降压、解析、扩散、渗透的过程，煤层具有双重孔隙结构，其机械物理性质不同于常规砂岩，它埋藏深度浅、压力低、且疏松易压缩、内生裂隙发育等因素，构成煤层气特有的特点，具体表现为：（1）煤的机械强度低，杨氏模量小，一般在1135-4602MPa，泊松比一般在0.18-0.42MPa，平均0.33；抗壓强度19.5-119MPa，大部分40-60MPa；抗张强度11MPa；孔隙压缩系数0.12-0.96，煤比岩石易压缩，当煤层被破碎后，煤层难以支撑上覆地层的压力，易于塌垮，钻开后的煤层，浸泡时间越长，煤层垮塌更厉害。

（2）煤层孔隙和割理发育，煤的孔隙体积一般占总体积的60%，割理也相当发育，钻开后滤失量大，易吸水垮塌产生漏失，造成孔隙堵塞。

（3）煤层压力系数变化大，规律差，同一口井不同的煤层压力系数不一样，时常出现上高下低。

（4）煤液呈酸性，孔隙发育，要求钻井液的PH值不大于7.5，否则，酸碱中和产生金属盐，堵塞煤层气通道，影响煤层气田的早日发现。

2煤层气钻井技术关键煤层气的特点，决定了煤层气井的钻井技术关键有以下几点：（1）选择合理的钻具组合，优选钻井参数，确保井深质量。

（2）使用清水和水气混合钻井液，重点防垮以及井垮造成的复杂情况。

煤层气孔施工方案引言煤层气孔施工是一项关键的技术，用于开采煤层气资源。

有效的施工方案能够最大限度地提高煤层气开采效率和安全性。

本文将介绍煤层气孔施工的基本原理、常用的施工方法以及施工过程中需要注意的一些关键点。

基本原理煤层气孔施工是通过钻孔等方式在煤层中制造出一系列通透的孔道，将煤层中的煤层气释放出来。

基本原理包括以下几个方面：1.煤层气分布：煤层气主要存在于煤层中的煤体孔隙和裂隙中，以及吸附在煤体表面上。

施工需要充分了解煤层气在煤层中的分布情况，选择合适的施工方法。

2.孔道通透性：施工过程中需要保证孔道的通透性，以便煤层气能够顺利释放出来。

通常使用钻孔等方法制造孔道，同时施加适当的压力。

3.孔道密度和尺寸：合理控制孔道的密度和尺寸对煤层气开采具有重要影响。

密度过低会导致煤层气释放不畅，密度过高则不利于煤层气的扩散和集中排放。

常用施工方法煤层气孔施工的方法多种多样，常用的包括以下几种：1.钻孔法：通过钻孔设备在煤层中制造通道，使煤层气能够流通。

一般采用岩石钻机或钻探机进行钻孔，可以根据煤层深度和孔道尺寸选择合适的钻孔设备。

2.爆破法：针对较硬的煤层，可以选择爆破方法进行施工。

通过爆破煤层，破坏煤层结构，增加煤层孔隙和裂隙的通透性，便于煤层气的释放。

3.水力压裂法：对于煤层裂隙较多或者煤层气释放不畅的情况，可以采用水力压裂技术。

通过注入高压水或压裂液，对煤层进行压裂，扩展裂隙，提高煤层气释放效率。

4.注浆封隔法：在施工过程中，煤层周围的地层可能存在严重的漏水问题，会导致煤层气释放困难。

此时可以使用注浆封隔技术，在钻孔孔道周围注浆，加固地层，防止漏水影响施工效果。

施工关键点在煤层气孔施工过程中，需要注意以下关键点：1.安全措施：煤层气孔施工涉及到钻孔、爆破等操作，存在一定的安全风险。

施工人员需要戴好安全帽、防护眼镜和防护服，严格按照操作规程进行施工。

2.施工设备：选择合适的施工设备对施工效果至关重要。

第七章煤层气地面开发技术煤层气地面开发包括煤层气生产井施工和后期排采管理两部分内容，涵盖了煤层气生产井钻井、测井、固井、增产改造、设备安装、排采等一系列程序。

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，建立起气流通道。

3、混合完井混合完井也叫多煤层完井，根据各煤层特点和上下围岩性质，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煤层，在煤层中按设计方向延伸几百米至上千米。

水平井水平段一般采用裸眼完井或214英寸（11.43cm ）割缝衬管完井。

二、煤层气井固井工艺 向煤层气井钻井井眼中下入套管，并在套管和井壁环空中注入水泥浆，以加固井壁、封隔煤层施工程序叫固井。

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松软易坍塌地层、水层、漏层；安装井控井口装置。

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，它将目层及非目层隔开，给煤层气生产形成中途不流失通道，为实施增产措施创造条件，水泥返到地面。

煤层气勘探、开发、利用方案一、实施背景煤炭资源是我国最重要的能源资源之一，但传统煤炭开采方式存在环境污染、安全事故等问题。

为了解决这些问题，我国开始大力发展煤层气勘探、开发、利用，以实现煤炭资源的高效利用和经济转型升级。

二、工作原理煤层气是指在煤层中存在的天然气，其开采方式主要包括水平井和竖井两种方式。

水平井是通过在煤层中钻探一条水平井道，然后在井道中进行煤层气开采；竖井则是通过在地面钻探一条竖井，然后在煤层中进行煤层气开采。

煤层气勘探、开发、利用方案的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 勘探：通过地质勘探、测井、地震勘探等手段，确定煤层气的分布、储量、品质等。

2. 开发：根据勘探结果，选择合适的开采方式，进行井口建设、井下设备安装等工作，实现煤层气的开采。

3. 利用：将开采得到的煤层气进行处理、运输、利用，包括发电、供热、工业燃料等。

三、实施计划步骤1. 勘探阶段：确定煤层气的分布、储量、品质等，选择合适的开采方式。

2. 开发阶段：进行井口建设、井下设备安装等工作，实现煤层气的开采。

3. 利用阶段：将开采得到的煤层气进行处理、运输、利用，包括发电、供热、工业燃料等。

四、适用范围煤层气勘探、开发、利用方案适用于我国煤炭资源丰富的地区，如山西、陕西、内蒙古等地。

五、创新要点1. 采用先进的勘探技术，提高勘探效率和准确度。

2. 采用先进的开采技术，提高煤层气开采效率和安全性3. 采用先进的利用技术，提高煤层气利用效率和环保性。

六、预期效果1. 实现煤炭资源的高效利用，提高能源利用效率。

2. 促进经济转型升级，推动产业结构调整。

3. 减少煤炭开采对环境的影响，保护生态环境。

七、达到收益1. 提高煤炭资源的利用效率，降低能源生产成本。

2. 推动相关产业的发展，提高就业率。

3. 促进经济转型升级，提高经济发展水平。

八、优缺点优点：1. 实现煤炭资源的高效利用，提高能源利用效率。

2. 促进经济转型升级，推动产业结构调整。

煤层气水平井方案1.方案设计1.1选址：选取地质条件良好、煤层埋藏深度适中、含气量较高的地区作为水平井的选址点，避免地质构造复杂、含水层丰富等问题的存在。

1.2井型设计：根据煤层气田的特点，选择合适的水平井井型。

常用的井型有水平主井和支撑井两种。

水平主井负责收集煤层气，支撑井则用于增加井眼的稳定性和增加压裂作业的缓冲地带。

1.3井距设计：井距的设计应根据地质条件、煤层厚度、煤层气含量等因素进行合理安排，以保证煤层气的充分开采。

1.4钻探方法：根据地质条件和煤层厚度，选择合适的钻井方法。

常用的钻探方法有常规钻井、立体钻井、环状钻井等，可根据实际需要选择合适的方法。

2.技术要点2.1钻井方法：常用的钻井方法有钻井绳、钻井管和旋喷法等。

钻井绳法钻井速度快，但要求井眼稳定性高；钻井管法钻井成本低，但作业效率较低；旋喷法结合了两者的优点，常用于煤层气水平井的钻井作业。

2.2完井技术：水平井完井技术是确保煤层气产量和采收率的关键。

常用的完井技术有压裂技术和射孔技术。

压裂技术通过将压裂液注入煤层，使其裂缝扩展，增加煤层的渗透性；射孔技术通过在煤层中钻孔，打通煤层与井筒之间的通道，使煤层气能充分流入井筒中。

2.3井眼稳定性控制：由于水平井位于地下较深处，地应力较大，井眼稳定性较差，需要采取一定的措施进行控制。

例如，在钻探过程中使用加筋套管和套管级间充填物，增加井眼的稳定性。

2.4井壁清洁与防塞措施：在钻井过程中，由于煤层中存在大量的湿气和浮游物质，会导致井壁被污染和堵塞。

因此，需要采取适当的措施进行井壁清洁和防塞，以确保水平井的正常运行。

综上所述，煤层气水平井的方案设计关键在于选址、井型、井距和钻探方法等的合理选择，而技术要点则涵盖了钻井方法、完井技术、井眼稳定性控制以及井壁清洁与防塞措施等方面。

只有在正确的方案设计和技术要点的指导下，水平井才能有效地提高煤层气的采收率和产量。

连塘李16-12井煤层气钻井工程施工工艺第一节钻井机械设备及选用原则连塘李16-12井煤层气钻井工程所选用的钻井机械设备主要包括钻台、液压钻机、泥浆泵、钻具等。

在选用钻井机械设备时，需考虑井位地质条件、设计井深、需钻取的地层类型等因素。

一般情况下，较常用的钻井机械设备如液压钻机，其具有操作简便、效率高、适应性强等特点，在煤层气钻井工程中应用广泛。

第二节钻井液配置与循环煤层气钻井工程中，钻井液的配置与循环对钻井工艺起着至关重要的作用。

根据井眼地层条件以及水、黏土、膨润土、石英砂等原料的含量和性能，科学合理地配置钻井液。

要保证钻井液能够有效地循环，清除井底渣岩，同时能稳定地固井井壁，保护井眼不塌和避免井漏。

第三节钻井工艺流程连塘李16-12井煤层气钻井工程的工艺流程主要包括：下井前的井位布置和基础施工、井眼扩孔、钻进、下套管、完井和测试等环节。

在具体施工过程中，需要科学合理地选取钻具参数，合理配置液位、循环速度，精细控制进尺，严格控制泥岩泥浆性能。

第四节安全环保措施煤层气钻井工程为了保证施工安全和环境保护，需要采取一系列的安全环保措施。

包括但不限于：合理布置井场，保证井场通畅，确保钻井机械设备的安全运行；加强作业人员的安全教育培训，规范施工作业流程，确保操作安全；对废弃物和污水进行合规处理，进行环境监测和调查，保障环境不受污染。

第五节施工中的应急处理在煤层气钻井工程中，可能会发生各种突发事件，需要及时做好应急处理，确保施工的顺利进行。

常见的突发事件包括井眼垮塌、井漏、井口暴炸等。

对于这些突发事件，应制定详细的应急方案，并在实施中加强对应急队伍的指导和支持，以及设备的管理和维护，确保应急处理工作的及时有效。

连塘李16-12井煤层气钻井工程的施工工艺涉及到各个方面，需要充分考虑井位地质条件、机械设备选用、钻井液配置与循环、工艺流程、安全环保措施以及应急处理等因素，科学合理地制定施工方案，并在实施中加强对施工过程的监督和管理，确保工程顺利进行，达到预期效果。

煤层气开发钻井工艺及设备选择方案APE OGGO 李向前2010-12煤层气简介煤层气(Coal Bed Methane/CBM。

煤层气俗称“ 瓦斯” ,其主要成分是甲烷,它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。

在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期,纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。

甲烷通常是由水压支撑在煤层气中。

煤层气的主要组成部分(95%是天然气。

因此,煤层气具有热值 /每立方米与天然气几乎一样,可与天然气混合运输。

煤层气就像天然气,相对便宜,是清洁燃料。

CBM 是 21世纪重点发展的替代能源。

CBM开发技术基本成熟,在中国潜力巨大。

煤层气储量中国煤层气产业数据概览:36.8万亿立方米可开采资源总量占世界总量的 12%41. 5万平方公里煤层气产区面积2010年地面产量为 15亿立方米; 2015年地面产量为 110亿立方米; 2020年达 240亿立方米。

中国 9大煤层气富集盆地:沁水盆地,鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、滇东黔西、二连、吐哈、塔里木、天山和海拉尔等含气盆地(群、 121个含气区带。

中国煤层气资源丰富,发展前景广阔,资源分布集中,适于开发资源比例大, 煤层气产业刚刚起步,煤层气市场逐步步入商业化阶段,煤层气资源量与常规天然气相当,有效勘探开发可以对常规天然气形成重要补充。

目前能够商业化的煤层气主要目标市场为山西沁水、韩城、河南、湖北、湖南等中部地区储存特点:低渗透,低压力,开发难度较大。

煤层气开发与常规天然气开发技术不同煤层气开发流程 -地面开发第一步:勘查规划(国家投资带动外资第二步:招商引资(区块开采权:中石油,中联,煤业集团第三步:钻井、固井、压裂、排采(承包商承包:煤田地质勘探队; 钻井工程公司等等第四步:运输(井口压缩机,管道输送第五步:应用(煤层气发电,加气站,工厂,民用煤层气钻井工艺简介“ 井下抽采” 与“ 地面钻采” 是煤层气开采的两种方式。

“ 地面钻采” 煤层气机理:地面钻采煤层气就是利用垂直井或定向井技术来开采原始储层中的煤层气资源。

第十一章煤层气的勘探开发技术煤层气开发的成败，关键在于采取一整套与煤储层物性相适应的钻井、完井、压裂、排采等技术措施。

第一节钻采工艺技术开采煤层气常用的有三种布井方式，即针对煤层的垂直钻井、水平钻井和针对采空区的钻井。

垂直井是从地面打钻穿过煤层进行采气，是目前主要的钻井方式（图11-1）。

这种开采方式产气量大、资源回收率高、机动性强，可形成规模效益。

但它要求有利的地形条件、厚度较大、渗透性较好的煤层或煤层群。

水平井有两种：一种是从巷道打的水平抽放瓦斯井；另一种是从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井或称丛式井）（图11-2），在煤层内打若干水平分枝时，又称为分枝水平井或羽状水平井（图11-3）。

水平钻井的方向与面割理方向垂直，适于厚度大于1.5m的厚煤层，成本较高。

采空区钻井：从采空区上方由地面钻井到煤层上方或穿过煤层（图11-2）采空区。

采空区顶板因巷道支柱前移而坍塌，产生新的裂缝使瓦斯从井中涌出。

如果采空区顶部还有煤层并成为采空区的一部分，瓦斯涌出量更大。

产出气体中混有空气，热值降低。

由于产出气中含氧高，不宜管道输送，产量下降较快的井宜就地利用。

图11-1 煤层甲烷井类型图图11-2 排泄孔钻井工艺图一、钻井类型分类按煤层层数分类：根据一口井开采的煤层层数分为单煤层井和多煤层井。

单煤层井井筒只与一个煤层连通，多煤层井井筒与多个煤层连通。

根据埋深分类：浅层气井井深大于300m，一般200~300m以上属甲烷风化带，不利于煤层气保存；深层气井井深大于1500m，1500m以下煤层埋深大，成本高。

目前煤层气最深的井有2438m。

一般井深为300~1500m。

按井网的位置分类：有边缘井和内部井两种。

图11-3 我国第一口水平井实钻井眼轨迹三维图根据钻井类别分类：有资料井（取心井）、试验井（组）、生产井和检测井四种。

资料井主要通过钻区探井取准煤心作含气量等参数测试、试气，并用单项注入法求取煤层渗透率。