煤層氣專業(yè)論文

1、晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)煤層氣的鉆井系 別 礦業(yè)工程系 指導(dǎo)老師 梁逸群 學(xué)生姓名 王珂 專業(yè)班級(jí) 12煤1班 答辯時(shí)間 成 績(jī) 摘要煤層氣又稱煤層甲烷或煤礦瓦斯，是一種以吸附狀態(tài)賦存于每層中的非常規(guī)天然氣，甲烷含量大于90%，憑借良好的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是天然氣最現(xiàn)實(shí)的接替能源。因此，煤層氣的勘探開發(fā)已在國(guó)際上引起廣泛關(guān)注。我國(guó)煤層氣資源儲(chǔ)備十分豐富，但目前我國(guó)煤層氣的勘探開發(fā)尚處于起步階段。通過多年的攻關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)，我國(guó)煤層氣開采企業(yè)已經(jīng)形成并掌握了一整套適合煤層氣的鉆井工藝技術(shù)。本文就國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探與開發(fā)的現(xiàn)狀，系統(tǒng)地分析了目前我國(guó)用于煤層氣開發(fā)的鉆井設(shè)備與鉆井技

2、術(shù)，介紹了部分鉆井工藝。關(guān)鍵詞：煤層氣，鉆井，鉆井技術(shù)，完井技術(shù)。歡迎下載目 錄歡迎下載1.世界煤層氣資源分布12.國(guó)外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及技術(shù)理論12.1國(guó)外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀12.1.1美國(guó)12.1.2加拿大22.1.3澳大利亞22.1.4俄羅斯32.2國(guó)外煤層氣勘探開發(fā)、利用的理論與技術(shù)42.2.1勘探開發(fā)理論42.2.2煤層氣開發(fā)技術(shù)43.國(guó)內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及主要技術(shù)分類53.1國(guó)內(nèi)煤層氣資源分布情況53.2國(guó)內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀74.煤層氣鉆井完井技術(shù)淺談74.1煤層氣井鉆井完井的特殊性84.2煤層氣井鉆井技術(shù)94.2.1煤層造穴技術(shù)94.2.2井眼軌跡控制技術(shù)94.2.3水平井

3、與洞穴井連通技術(shù)104.2.4多分支水平井技術(shù)104.2.5充氣欠平衡鉆井技術(shù)104.2.6煤層繩索取心技術(shù)114.2.7煤層氣防塌技術(shù)114.2.8煤儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)114.3煤層氣井完井技術(shù)124.3.1煤層氣固井儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)124.3.2防腐蝕固井技術(shù)13結(jié) 論14參考文獻(xiàn)15歡迎下載1.世界煤層氣資源分布我國(guó)是世界第一煤炭生產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)我國(guó)的煤層氣資源也十分豐富。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的統(tǒng)計(jì)資料和我過煤層氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，全球煤層氣資源量可能超過260，90%分布在12個(gè)主要產(chǎn)煤國(guó)，其中俄羅斯，加拿大、中國(guó)、美國(guó)和澳大利亞的煤層氣資源量均超過10。經(jīng)評(píng)價(jià)測(cè)定，我國(guó)在深埋300-2000m范

4、圍內(nèi)煤層氣資源量為31.46，與我國(guó)陸上天然氣資源量相當(dāng)，位居世界第三位。因此，如何更好地研究煤層氣開采鉆井應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型，提高我國(guó)整體資源運(yùn)用效率和環(huán)保質(zhì)量均有重要的意義。2.國(guó)外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及技術(shù)理論2.1國(guó)外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀美國(guó)、加拿大和澳大利亞等國(guó)煤層氣勘探開發(fā)比較活躍，其中美國(guó)是世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最為成功、產(chǎn)量最高的國(guó)家。2.1.1美國(guó)美國(guó)煤層氣總資源量21萬(wàn)億。全美含煤盆地大約有17個(gè),已有13個(gè)進(jìn)行了資源評(píng)價(jià)。按照地質(zhì)理論，這13個(gè)盆地可分為東部大盆地和西部大盆地兩類。西部大盆地?fù)碛忻绹?guó)煤層氣資源的70%以上。東部大盆地的煤層氣主要分布在上石炭統(tǒng)賓夕法

5、尼亞系的多層薄煤層中，煤層穩(wěn)定，埋藏較淺，以高揮發(fā)分煙煤為主，煤層呈常壓或低壓狀態(tài)，煤層氣含量和煤層滲透率均較高，以黑勞士盆地為代表；西部大盆地的煤層氣主要分布在白堊系早第三系煤層中，煤層厚度較大，但變化大，煤階較低，埋深幾百至三千米以上，煤層氣含量較高，煤層滲透率高，煤層壓力從低壓到超壓，以圣胡安盆地為代表。美國(guó)煤層氣工業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，在80年代初，美國(guó)通過采煤前預(yù)抽和采空區(qū)井抽放回收煤層氣，并開始進(jìn)行地面開采煤層氣試驗(yàn)，1997年其產(chǎn)量達(dá)320億立方米，基本形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。美國(guó)利用地面鉆孔水力壓裂開采煤層氣技術(shù)和煤層氣回收增強(qiáng)技術(shù)。2004年美國(guó)煤層氣年產(chǎn)量達(dá)500億立方米，成為

6、重要的能源。美國(guó)煤層氣開發(fā)迅速取得成功,主要原因有以下兩方面：一是具有良好的煤層氣地質(zhì)資源條件和完善的基礎(chǔ)設(shè)施；二是煤層氣開發(fā)初期政府的宏觀調(diào)控政策特別是卓有成效的財(cái)政支持、政策法規(guī)鼓勵(lì)和開放的市場(chǎng),使美國(guó)率先取得煤層氣商業(yè)開發(fā)的成功（司光耀，2009）。2.1.2加拿大加拿大煤層氣資源很豐富，加拿大17個(gè)盆地和含煤區(qū)煤層氣資源量為（17.976），其中，阿爾伯達(dá)省是加拿大最主要的煤層氣資源區(qū)。據(jù)阿爾伯達(dá)地質(zhì)調(diào)查估計(jì),阿爾伯達(dá)地下煤層擁有煤層氣154000億，最終可回收量為21000億。因?yàn)榧幽么笪鞑康貐^(qū)煤層氣開發(fā)有巨大潛力，所以加拿大煤層氣勘探開發(fā)工作主要集中在西部。西部的艾伯特省及大不列顛

7、哥倫比亞省的丘陵地區(qū)，煤層厚度大且含氣量高。且近幾年，由于以下原因，加拿大的煤層氣開發(fā)得到了長(zhǎng)足發(fā)展：（1）政府大力支持煤層氣的發(fā)展；（2）加拿大主要是低變質(zhì)煤,多分支水平羽狀井,連續(xù)油管壓裂等技術(shù)的成功應(yīng)用降低了煤層氣開采成本；（3）北美地區(qū)常規(guī)天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量下降,供應(yīng)形勢(shì)日趨緊張,天然氣價(jià)格日益上升,給煤層氣的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。僅2003年，加拿大新增1000口煤層氣生產(chǎn)井，2004年又鉆井1500口，現(xiàn)煤層氣生產(chǎn)量總計(jì)約1012215133億/a。2.1.3澳大利亞澳大利亞煤炭資源量為1.7t，煤層平均含氣量為0.816.8/t，煤層埋深普遍小于1000m，滲透率多在110mD，煤層氣資

8、源量為（814），主要分布在東部悉尼、鮑恩、莫爾頓蘇拉特和加里里4個(gè)含煤盆地：鮑恩盆地該區(qū)煤層滲透率低和水平應(yīng)力高，估算的煤層氣資源量為4。悉尼盆地最大煤層氣潛在地區(qū)，位于悉尼城市邊區(qū)，煤層氣資源量約為4。加里里盆地二疊紀(jì)至第三紀(jì)盆地,面積14萬(wàn)，盆地內(nèi)煤層較薄和不連續(xù)。根據(jù)鉆井獲得數(shù)據(jù)，煤層滲透率雖然比鮑恩盆地高，但甲烷含量比鮑恩盆地低。莫爾頓蘇拉特盆地侏羅與白堊紀(jì)盆地，面積30萬(wàn)，含有厚的和不連續(xù)煤層，但具有煤層氣潛力。目前澳大利亞煤層氣開發(fā)和試驗(yàn)工作主要在新南威爾士州和昆士蘭州。澳大利亞煤層氣的勘探始于1976年。20世紀(jì)末，充分吸收美國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)和勘探、測(cè)試方面的成功經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)本國(guó)

9、煤層含氣量高、含水飽和度變化大、原地應(yīng)力高等地質(zhì)特點(diǎn)，成功開發(fā)和應(yīng)用水平井高壓水射流改造技術(shù)，使鮑恩盆地煤層氣勘探開發(fā)取得了重大突破。澳大利亞的一些礦井已廣泛應(yīng)用水平鉆孔、斜交鉆孔和地面采空區(qū)垂直鉆孔抽放技術(shù)。1998年澳大利亞煤層氣產(chǎn)量只有0.56，而到2006年底就達(dá)到18，現(xiàn)已進(jìn)入商業(yè)化開發(fā)階段。2.1.4俄羅斯俄羅斯煤層氣資源量占世界第一位，為17113。俄煤田正嘗試對(duì)煤層氣進(jìn)行回收利用以減小由甲烷引起的溫室效應(yīng)。俄專家認(rèn)為，利用煤層氣發(fā)電有廣闊前景，所產(chǎn)生的電能可用于煤礦生產(chǎn)或向外供應(yīng)。除了發(fā)電，從煤礦抽出的煤層氣在去掉煤顆粒和水分并提高濃度之后，還可用于工業(yè)生產(chǎn)或居民采暖,也可用作

10、汽車燃料。俄專家認(rèn)為，對(duì)煤層氣的利用有助于開拓新的煤業(yè)發(fā)展方向,增加就業(yè)崗位并提高煤業(yè)經(jīng)濟(jì)潛力。由于煤層氣燃燒比煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳少，用其部分替代煤炭進(jìn)行采暖和發(fā)電，不會(huì)產(chǎn)生太大的溫室效應(yīng)。因而除了能夠改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境外，還可減緩全球氣候變暖的趨勢(shì)。據(jù)媒體報(bào)道在俄已加入京都議定書的條件下，俄各煤礦今后將會(huì)更加重視使用煤層氣的回收技術(shù)，以控制本國(guó)溫室氣體的排放。德國(guó)、英國(guó)、波蘭、印度、等國(guó)家也在進(jìn)行煤層氣資源的評(píng)價(jià)和勘探，但到目前為止，除美國(guó)、澳大利亞和加拿大等國(guó)之外，其他國(guó)家都還沒有形成大規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)。造成這種局面的原因可能有三點(diǎn)：一是煤層氣作為一種非常規(guī)天然氣，其前期工作需要大量的資金

11、投入，如果沒有優(yōu)惠的稅收政策支持，很難吸引資金；二是未能徹底解決各自存在的關(guān)鍵技術(shù)問題；三是運(yùn)作時(shí)間長(zhǎng)。由于煤層氣本身的特殊性，從地質(zhì)評(píng)價(jià)到工業(yè)開采一般需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，大量投資在短期內(nèi)難以得到回報(bào)。2.2國(guó)外煤層氣勘探開發(fā)、利用的理論與技術(shù)2.2.1勘探開發(fā)理論20世紀(jì)80年代初，美國(guó)通過對(duì)含煤盆地群煤層氣成藏條件研究探索，取得了煤層氣“排水降壓解吸擴(kuò)散滲流”產(chǎn)出過程的認(rèn)識(shí)突破。并以此為依據(jù)，經(jīng)過理論研究與勘探開發(fā)實(shí)踐的多輪相互反饋，提出了北美西部落基山造山帶高產(chǎn)走廊的煤層氣成藏模式，形成了以煤儲(chǔ)層雙孔隙導(dǎo)流、中煤階煤生儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)與成藏優(yōu)勢(shì)、低滲極限與高煤階煤產(chǎn)氣缺陷、多井干擾、煤儲(chǔ)層數(shù)值模擬等

12、為核心的煤層氣勘探開發(fā)理論體系。90年代后，美國(guó)又提出“生物型或次生煤層氣成藏”理論（Scott，1993），實(shí)現(xiàn)了自身煤層氣地質(zhì)理論突破。目前國(guó)外煤層氣理論研究和勘探取得的認(rèn)識(shí)，主要有以下幾個(gè)方面：一是利用有機(jī)地球化學(xué)手段（主要是同位素研究），同一盆地不同部位，有時(shí)是一種成因占主導(dǎo)地位，有時(shí)是兩種成因共存，有時(shí)甚至是三種成因混合。二是受巖漿巖影響的煤儲(chǔ)層具典型的微孔結(jié)構(gòu)和裂隙，且生氣量大，含氣量高，甲烷濃度也高達(dá)95%。三是褐煤和低煤化煙煤的煤層氣勘探開發(fā)深度已突破1500m。四是開展了地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤儲(chǔ)層割理、煤層氣含量以及煤層氣、水產(chǎn)能影響的研究。五是運(yùn)用核磁共振技術(shù)（GMI）研究甲烷氣體分

13、子在煤孔隙中的流動(dòng)。六是儲(chǔ)層測(cè)試分析和數(shù)值模擬技術(shù)日趨完善。發(fā)明了瞬變流法甲烷擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試技術(shù)，開展了煤儲(chǔ)層滲透率與壓應(yīng)力、孔隙壓力關(guān)系實(shí)驗(yàn)，修正了相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)，尤其是廣泛開展了同相多組分（二氧化碳、甲烷、氮?dú)猓┒ǔ煞峙蛎浕蚨w積壓縮吸附/解吸實(shí)驗(yàn)，討論了二氧化碳、氮?dú)獠煌⑷胨俣群筒煌⑷肫趯?duì)甲烷生產(chǎn)的影響，并在煤層氣排采試驗(yàn)中進(jìn)行了大量應(yīng)用。在數(shù)值模擬方面發(fā)展了平衡吸附模型和非平衡吸附模型，開發(fā)了煤層氣產(chǎn)能模擬新的模型和軟件。2.2.2煤層氣開發(fā)技術(shù)煤層氣開發(fā)技術(shù)主要包括壓裂開采技術(shù)、裸眼洞穴完井開采技術(shù)、羽狀分支水平井開發(fā)技術(shù)等。壓裂技術(shù)是煤層氣開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。其重要性在于對(duì)產(chǎn)層

14、進(jìn)行改造，以提高生產(chǎn)層的產(chǎn)量。目前國(guó)外針對(duì)不同儲(chǔ)層采用的壓裂技術(shù)主要有交聯(lián)凝膠壓裂、加砂水力壓裂、不加砂水力壓裂和氮?dú)馀菽瓑毫?，各?xiàng)技術(shù)均已過關(guān)。此外，在生產(chǎn)實(shí)踐中采用了多次壓裂。煤層氣井裸眼洞穴完井技術(shù)起源于美國(guó)西部圣胡安盆地煤層氣開發(fā)，該技術(shù)就是在裸眼完井后，人為地在裸眼段煤層部位多次注空氣或泡沫憋壓放噴使煤層崩落，形成一個(gè)穩(wěn)定的大洞穴，同時(shí)消除可能已發(fā)生的地層損害，且在井眼周圍形成很大面積的含有大量張性裂縫的卸載區(qū)，提高井筒周圍割理系統(tǒng)的滲透性，使井眼與地層之間實(shí)現(xiàn)有效連通而達(dá)到增產(chǎn)的目的。該技術(shù)僅適用于含水和高滲透率煤層，對(duì)含水極少或不含水的煤層實(shí)施洞穴完井將堵塞裂隙孔道，降低滲透率，

15、對(duì)煤層的傷害污染很大。煤層氣定向羽狀分支水平井技術(shù)是由美國(guó)CDX國(guó)際公司開發(fā)的，它是指在一個(gè)主水平井眼的兩側(cè)鉆出多個(gè)分支井眼作為泄氣通道。在煤層內(nèi)鉆羽狀分支水平井，每個(gè)羽狀分支井由1口分支水平井，1口洞穴排采直井組成，水平井主水平井眼長(zhǎng)1500m以上，主水平井眼兩側(cè)鉆814個(gè)分支，分支井眼長(zhǎng)200800m。每個(gè)羽狀井組由4個(gè)多分支水平井組成，總進(jìn)尺3.2m，一個(gè)井組控制4.8（相當(dāng)于16口直井的開采面積）。該項(xiàng)技術(shù)主要適用于中、高煤階低滲透含煤區(qū)，通過增加煤層裸露面積，溝通天然割理、裂隙，提高單井產(chǎn)量和采收率，解決低滲區(qū)單井產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益差的問題：高含氣薄煤層也可采用這一技術(shù)。此外，還有沿煤

16、層鉆井和一體化抽采技術(shù)、注氮?dú)?、二氧化碳增產(chǎn)技術(shù)、試井技術(shù)、排采技術(shù)、煤層氣開發(fā)與采煤一體化、集氣與儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和環(huán)保技術(shù)等。在此不一一介紹。3.國(guó)內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及主要技術(shù)分類3.1國(guó)內(nèi)煤層氣資源分布情況新一輪全國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，我國(guó)42個(gè)主要含氣盆地埋深2000m以淺煤層氣地質(zhì)資源量36.8，埋深1500m以淺煤層氣可采資源量10.9。煤層氣資源主要分布在東部、中部、西部及南方等四個(gè)大區(qū)，地質(zhì)資源量分別為11.3、10.5、10.4、4.7，占全國(guó)的31%、28%、28%和13%，青藏地區(qū)為44.3，占0.01%；可采資源量分別為4.3、2.0、2.9、1.7，占全國(guó)的40%、18

17、%、26%和16%。從層系分布看，中生界和上古生界煤層氣資源最為豐富，地質(zhì)資源量分別為20.5和16.3，占全國(guó)的56%和44%，新生界分布較少。從深度分布看，我國(guó)煤層氣資源埋深小于1000m的資源量最大，地質(zhì)資源量14.3,可采資源量6.3，分別占全國(guó)的39%和58%；10001500m的煤層氣地質(zhì)資源量10.6，可采資源量4.6，分別占全國(guó)的29%和42%；15002000m的煤層氣地質(zhì)資源量11.9，占全國(guó)的32%。從地理環(huán)境分布看，煤層氣資源集中分布于丘陵、山地和黃土塬地區(qū)，其地質(zhì)資源量分別為12.3、8.0和6.3，分別占全國(guó)的33%、22%和17%；可采資源量分別為3.9、1.5和

18、3.1，占全國(guó)的36%、14%和29%。根據(jù)單層煤厚、含氣量、煤層埋深、煤層滲透率和煤層壓力特征等五項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將煤層氣資源分為類、類和類三個(gè)資源類別。類、類和類地質(zhì)資源量分別為12.9、22.0和1.8，占全國(guó)的35%、60%和5%；可采資源量分別為4.6、5.6和0.6，占全國(guó)的43%、52%和5%。我國(guó)煤層氣資源具有主要含氣盆地集中分布，中小盆地資源量有限的特點(diǎn)。地質(zhì)資源量大于1的含氣盆地（群）有鄂爾多斯、沁水等9個(gè)盆地（群），鄂爾多斯盆地資源量最大，為9.9，占全國(guó)的27%，其次為沁水盆地，資源量為4.0，占全國(guó)的11%；地質(zhì)資源量在0.11之間的含氣盆地（群）川南黔北等

19、16個(gè)盆地（群）；地質(zhì)資源量在0.020.1之間的含氣盆地（群）有陰山等6個(gè)盆地（群）；地質(zhì)資源量小于0.02的含氣盆地（群）有遼西等11個(gè)盆地（群）。3.2國(guó)內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀我國(guó)煤層氣開發(fā)利用起步較晚,其發(fā)展大體可分為三個(gè)階段。第一階段（20世紀(jì)50-70年代末）：為減少煤礦礦井瓦斯災(zāi)害的井下抽放與利用階段，這一階段所抽放的瓦斯基本上都被排到大氣中，很少對(duì)其進(jìn)行利用。第二階段（20世紀(jì)70年代末-90年代初）：為煤層氣勘探開發(fā)試驗(yàn)初期和煤層氣井下抽放利用階段。我國(guó)先后在撫順龍鳳礦、陽(yáng)泉礦、焦作中馬村礦、湖南里王廟礦等礦區(qū)地面鉆孔40余個(gè)，并且進(jìn)行了水力壓裂試驗(yàn)和研究。同時(shí),大量的煤層氣井

20、下抽放和利用項(xiàng)目進(jìn)一步展開,至1993年,井下抽放系統(tǒng)年抽放量達(dá)4，部分地區(qū)已開始將其用于工業(yè)和民用取暖。第三階段（20世紀(jì)90年代初開始至今）：為煤層氣勘探開采試驗(yàn)全面展開和井下規(guī)模抽放利用階段。這一階段開始引進(jìn)國(guó)外煤層氣開發(fā)技術(shù)，開展了煤層氣的勘探試驗(yàn)，取得了實(shí)質(zhì)性突破。煤炭、地礦、石油系統(tǒng)和部分地方政府積極參與此項(xiàng)工作，許多國(guó)外公司如美Texaco、Arco、Phillips、Greka石油公司及澳大利亞的Lowell石油公司等也積極投資在中國(guó)進(jìn)行煤層氣勘探試驗(yàn)。中國(guó)煤層氣地面勘探工作開始于1989年，到目前為止已在12個(gè)省、自治區(qū)登記了64個(gè)煤層氣勘探區(qū)塊，勘探區(qū)塊總面積為818101

21、3。其中，具有煤層氣商業(yè)化開發(fā)前景的十大重要勘探區(qū)塊是沁水盆地南部、沁水盆地北部、大寧-吉縣區(qū)塊、陜西韓城區(qū)塊、神府-保德區(qū)塊、阜新盆地、寧武盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、恩洪老廠區(qū)塊及沈北鐵法地區(qū)。4.煤層氣鉆井完井技術(shù)淺談我國(guó)利用地面鉆井進(jìn)行煤層氣開發(fā)始于20世紀(jì)80年代, 80年代后期至90年代初,聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署(簡(jiǎn)稱UNDP)資助中國(guó)原煤炭工業(yè)部和地質(zhì)礦產(chǎn)部在山西柳林、晉城、陽(yáng)泉及安徽淮南、河南安陽(yáng)、河北唐山、東北鐵法等地區(qū)進(jìn)行有針對(duì)性的煤層氣鉆探試驗(yàn)。其中,原地礦部華北石油地質(zhì)局采用ZJ32鉆機(jī)共鉆9口井,煤層埋深4001000m,采用直徑為127mm套管射孔完井,形成了以山西柳林煤層氣試驗(yàn)區(qū)

22、為代表的煤層氣勘探鉆井、“MS215”繩索取煤心、“LBM”低固相鉆井液和完井等工藝技術(shù)。但是煤層氣單井產(chǎn)量較低(1002600m3/d),且產(chǎn)量遞減快。與此同時(shí),美國(guó)的ICF、ARI、Enron、ARCO、PHILLIPS等公司紛紛介入中國(guó)煤層氣的勘探開發(fā),其鉆井完井技術(shù)基本上利用我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)。到目前為止,已在東北、江南和山西等地區(qū)鉆了80多口試驗(yàn)井,均為套管射孔壓裂完井。初步達(dá)到工業(yè)氣流的煤層氣井有9口,分布在柳林、潘莊、胡底、鐵法和屯留地區(qū)。最高產(chǎn)氣量7000/d,最低2600/d,其余煤層氣井試采產(chǎn)氣量為101500/d不等。4.1煤層氣井鉆井完井的特殊性煤層氣鉆井完井技術(shù)是建立在煤

23、層地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)及開采要求基礎(chǔ)之上的。煤層具有不同于其他儲(chǔ)層的特殊地質(zhì)特性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、井壁穩(wěn)定性差，容易發(fā)生井下復(fù)雜故障。煤層機(jī)械強(qiáng)度低，裂縫和割理發(fā)育，均質(zhì)性差，存在較高剪切應(yīng)力作用。因而煤層段井壁極不穩(wěn)定，在鉆井完井過程中極易發(fā)生井壁坍塌、井漏、卡鉆甚至埋掉井眼等井下復(fù)雜。2、煤層易受污染，實(shí)施煤層保護(hù)措施難度大。煤層段孔隙壓力低且孔隙和割理發(fā)育，極易受鉆井液、完井液和固井水泥漿中固相顆粒及濾液的污染；但在鉆井完井過程中，為安全鉆穿煤層，防止井壁坍塌，又要適當(dāng)提高鉆井液完井液的密度，保持一定的壓力平衡。這就必然會(huì)增加其固相含量和濾失量，加重煤層的污染。因此，存在著防止煤層污染和保

24、證安全鉆進(jìn)的矛盾，從而使實(shí)施煤層保護(hù)較油氣層更為困難。3、煤層破碎含游離氣多，取心困難。煤層機(jī)械強(qiáng)度低，一般煤層取心收獲率低，完整性差。而且煤層氣井都是選擇在含氣量較高的煤區(qū)，割心提升時(shí)，隨著取心筒與井口距離的縮短，煤心中游離氣不斷逸出，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)會(huì)將煤心沖出取心筒，造成取心失敗。4、煤層氣井產(chǎn)氣周期長(zhǎng)，對(duì)井的壽命要求高。煤層氣主要是吸附在煤層縫、隙表面上的吸附氣，它的產(chǎn)出規(guī)律與天然氣正好逆向，須經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的排水降壓后才慢慢地解吸。據(jù)有關(guān)資料介紹，煤層氣井少可供開采20年以上，因此對(duì)井的壽命要求特別高。4.2煤層氣井鉆井技術(shù)4.2.1煤層造穴技術(shù)為了易于實(shí)現(xiàn)水平井與洞穴井在煤層中成功對(duì)接

25、并且建立氣液通道，需要在洞穴井的煤層部位造一洞穴，洞穴的直徑一般為0.81.5m，高為25m。目前有兩種造穴方式，即水力造穴和機(jī)械工具造穴。水力射流造穴法利用了高壓水射流破碎巖石的能力，施工中用鉆具把特殊設(shè)計(jì)的水力射流裝置送入造穴井段，開泵循環(huán)，使循環(huán)鉆井液經(jīng)過小噴嘴時(shí)產(chǎn)生高壓水力射流，破壞煤儲(chǔ)層，形成洞穴。機(jī)械工具造穴法利用了機(jī)械切削的原理，用鉆具把特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置送入造穴井段，然后通過液壓控制方式使造穴工具的刀桿張開，并在鉆具的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，切削儲(chǔ)層,形成滿足實(shí)際需要的洞穴。4.2.2井眼軌跡控制技術(shù)煤層氣多分支水平井定向控制的主要參數(shù)包括：井斜角、方位角、垂深。為了很好地將井眼軌跡控制在

26、煤層中，采用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行井眼軌跡適時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。首先利用前期地震的資料建立區(qū)塊的地質(zhì)模型，然后利用從LWD隨鉆監(jiān)測(cè)到的儲(chǔ)層伽瑪、電阻率參數(shù)來(lái)修正地質(zhì)模型并調(diào)整井眼軌跡。另外，定向工程師可以結(jié)合綜合錄井儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的鉆時(shí)和泥漿返出的巖屑，判斷鉆頭是否穿出煤層。1、各井段鉆具組合主井眼垂直段重點(diǎn)控制井斜，所以常用塔式鉆具組合。如果直井段增斜較嚴(yán)重，應(yīng)使用鐘擺鉆具等糾斜鉆具組合。主井眼造斜段一般常用“導(dǎo)向馬達(dá)+MWD”的定向鉆具組合，施工過程中要確保工具的造斜率能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，使井眼軌跡在煤層中順利著陸。水平段及分支一般采用“單彎螺桿+LWD+減阻器”的地質(zhì)導(dǎo)向鉆具組合鉆進(jìn)。通過連續(xù)滑動(dòng)鉆進(jìn)的

27、方式實(shí)現(xiàn)增斜、降斜；通過復(fù)合鉆進(jìn)的方式穩(wěn)斜，既達(dá)到了連續(xù)鉆進(jìn)的目的，又可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整井眼狀態(tài)，有效提高了鉆井速度和軌跡控制精度。2、分支側(cè)鉆工藝煤層中的各分支是在裸眼中側(cè)鉆完成的，裸眼側(cè)鉆是煤層氣分支井鉆井中的難點(diǎn)。由于煤層比較脆，所以煤層氣多分支井的側(cè)鉆不同于油井的側(cè)鉆，側(cè)鉆過程中首先要起鉆至每一個(gè)分支的設(shè)計(jì)側(cè)鉆點(diǎn)上部，然后開始上下活動(dòng)鉆具，將鉆柱中的扭力釋放后開始懸空側(cè)鉆。側(cè)鉆時(shí)采取連續(xù)滑動(dòng)的方式，嚴(yán)格控制ROP30S參數(shù)（30s的平均機(jī)械鉆速）。側(cè)鉆時(shí)將工具面角擺到90，首先向左/右下方側(cè)鉆，形成了一條向下傾斜的曲線。因?yàn)殂@柱處于水平井眼的底部，而不是中心線部位，90的工具面角能夠讓

28、鉆頭穩(wěn)定地和井眼接觸，以防止振動(dòng)引起煤層的跨塌?；瑒?dòng)側(cè)鉆至設(shè)計(jì)方位和井斜后開始復(fù)合鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中要密切注意摩阻扭矩的變化。4.2.3水平井與洞穴井連通技術(shù)兩井連通過程中采用的技術(shù)為近鉆頭電磁測(cè)距法。這一概念是在1995年提出的。隨著兩井對(duì)接技術(shù)服務(wù)的市場(chǎng)需求，到1999年該技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展并逐漸走向成熟。硬件構(gòu)成主要包括永磁短節(jié)和強(qiáng)磁計(jì)或探管。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的永磁短節(jié)通過洞穴井附近區(qū)域時(shí)，探管可以采集永磁短節(jié)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)，最后通過軟件可準(zhǔn)確計(jì)算兩井間的距離和當(dāng)前鉆頭位置。4.2.4多分支水平井技術(shù)多分支水平井是指在主水平井眼的兩側(cè)不同位置分別側(cè)鉆出多個(gè)水平分支井眼，也可以在分支上繼續(xù)鉆二級(jí)

29、分支，因其形狀像羽毛，國(guó)外也將其稱為羽狀水平井。多分支水平井技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)快速開采煤層氣資源的先進(jìn)技術(shù)；該技術(shù)集鉆井、完井和增產(chǎn)于一體，是開發(fā)低壓、低滲煤層的主要手段。4.2.5充氣欠平衡鉆井技術(shù)充氣欠平衡技術(shù)是煤層氣開發(fā)的一種先進(jìn)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已廣泛地應(yīng)用于油氣勘探和開發(fā)領(lǐng)域，美國(guó)90%以上的煤層氣井都是采用欠平衡技術(shù)。在我國(guó)欠平衡鉆井在煤層氣行業(yè)的研究和應(yīng)用起步較晚，但仍然取得了喜人的成果。目前我們將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在連通水平分支井的施工中，在煤層氣鉆井中采取向連通的直井內(nèi)注氣的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)欠平衡的目的。4.2.6煤層繩索取心技術(shù)煤層具有層系多、易破碎的特點(diǎn)，選擇合適的取心方

30、式和工具成為提高效率和收獲率的關(guān)鍵。為了對(duì)煤儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，需要采取煤心確定煤巖的結(jié)構(gòu)、煤階、滲透率、裂縫(割理)展布及大小等煤層參數(shù)。同時(shí)還要做解析、吸附試驗(yàn)等，并據(jù)此來(lái)計(jì)算開采區(qū)煤層氣儲(chǔ)量，預(yù)測(cè)產(chǎn)氣量。為井網(wǎng)布置、射孔、壓裂設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。因此與常規(guī)油氣井取心相比，煤層氣井取心有其特殊性。4.2.7煤層氣防塌技術(shù)針對(duì)煤層氣施工的特點(diǎn)，結(jié)合油氣井聚合物防塌體系，形成了K鹽聚合物防塌體系，重點(diǎn)在提高鉆井液的抑制性，同時(shí)使鉆井液具有一定的造壁性、保護(hù)井壁和懸浮、攜屑能力。這種體系既解決了煤層氣井鉆進(jìn)過程中井壁坍塌問題，又滿足了井控的要求。在煤層氣工業(yè)開采初期，采用裸眼法完井，但是這種完井方法受

31、到很多限制，包括完井層數(shù)（通常只有一個(gè)）和井眼可能出現(xiàn)坍塌；下套管的井對(duì)煤層暴露有限，煤層氣不能有限的采收。煤層氣水平分支井采用小井眼能夠防止煤層的坍塌，就是連通分支后，在煤層段上部的技術(shù)套管內(nèi)下入橋塞座封，然后填水泥封固，使每個(gè)直井都獨(dú)立生產(chǎn)，從而大大提高采收率。4.2.8煤儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)煤儲(chǔ)層保護(hù)一直是整個(gè)鉆井完井過程施工中必須重點(diǎn)考慮的問題之一。鉆井液完井液對(duì)煤儲(chǔ)層污染程度如何，直接影響到目的煤層物化參數(shù)的正確評(píng)價(jià)及產(chǎn)能的精確評(píng)估。而在水平分支井中有效的避免了這一難題。在煤層氣井鉆井施工過程中，針對(duì)該地區(qū)的巖性特點(diǎn)采用了低固相鉆井液和清水兩套體系。煤層段以上和連通段采用低固相鉆井液，以安全

32、鉆井為主；煤層水平段延伸以清水鉆井為主。由于采用了兩套鉆井液體系，較好地預(yù)防了上部地層復(fù)雜情況的發(fā)生，同時(shí)對(duì)下部煤層段也做到了有效的保護(hù)。主要措施有以下幾個(gè)方面：分層鉆井液體系及維護(hù)處理方法；合理選擇處理劑的配伍性；利用欠平衡設(shè)備采用充充氣欠平衡鉆井技術(shù)；縮短完井時(shí)間，減少井下事故。4.3煤層氣井完井技術(shù)4.3.1煤層氣固井儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)由于煤層氣機(jī)械強(qiáng)度低，易破碎，裂縫發(fā)育，常規(guī)固井水泥漿密度大，形成壓差大，易造成地層漏失，濾液和固相顆粒堵塞孔道等傷害，影響煤層氣的開發(fā)。因此，我們將油氣井固井技術(shù)和煤層氣地層特性有機(jī)結(jié)合并進(jìn)行了深入研究，形成了煤層氣固井水泥漿體系。1、超低密度防漏水泥漿固井技術(shù)低密度水泥漿種類較多，有空心微珠低密度，泡沫低密度，火山灰低密度和其他類型低密度水泥漿等。泡沫低密度水泥漿由于其強(qiáng)度低，不能滿足射孔和酸化壓裂的需要，一般只能作為填充水泥漿使用。火山灰和其他類型低密度水泥漿的密度相對(duì)較高，對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)不利?？招奈⒅槭敲喝紵蠼?jīng)水和電除塵處理的產(chǎn)品，與煤的親合力較好，密度低、抗破能力高，能滿足煤層氣固井和生產(chǎn)作業(yè)的需要。2、防濾液侵蝕儲(chǔ)層固井技術(shù)水泥漿濾液與煤層和流體作用而引起儲(chǔ)層的損害。水泥漿失水量通常均高于鉆井液濾失量，沒有加入降失水劑的水泥漿API失水量可高達(dá)1500mL以上。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，由于水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)在濾液中形成大量Ca2+、Fe2+