别是清水取煤粉 ,要求取芯完到煤芯装罐前后 ≤ 30min ,于是采用 绳索式取芯工具 ; (5) 使用 pH 值 ≤ 5 的钻井液 。 7. 另外 ,由于煤层气单井产量较低 ,工艺性试验投入大 ,勘探效 益低 。为降低煤层气钻井成本 ,小井眼钻井技术开始在煤层气的 开采中研究与应用 ,包括对小井眼钻头 、 钻机米博体育官网 、 煤层保护 、 小井眼 取煤芯等的研究 [4 ] 。

　　严 ,适用性比较差 。由于人们对这种人造洞穴提高煤层渗透率及 煤层气产量的作用机理仍不十分清楚 ,且在裸眼环境中作业具有 较高的风险性 ,使用这种工艺方法的费用不可预测 。正是由于这 些原因 ,使裸眼洞穴完井技术的应用受到了很大的限制 。

　　通过压裂法来提高煤层的渗透性效果并不理想 , 而裸眼洞 穴完井风险性较高 ,作业费用大 ,因此必须探索新的增产途径 。 实践证明 ,注水开采煤层气的效果并不十分理想 [11 ] 。 Puri 和 Yee (1 990 ) 概括地描述了通过降低储层压力生产煤 层气的机制 [10 ] 。他提出煤层气生产的标准方式 ; 通过抽取煤层 裂隙系统中的地下水 ,降低煤层裂隙系统中的压力 , 使煤层气在 基质 —— — 割理面上解吸 ,进入煤层裂隙系统中 ; 煤层气通过基质 微孔隙扩散到割理上 ; 解吸出来的气体按照达西定律 , 通过煤割 理和裂隙系统 ,随着割理和裂隙系统中的水流入井筒 。 但是这种生产方法不是很奏效 。即使是生产几十年后 ,气的 最终回收率都不会超过原地原始气体量的 50 % 。因此提出了一 种新的方法 ; 通过注入气体 (N2 ,CO2 等) 来提高煤层气的采收率 。 注气增产的作用机理 [10 ,11 ] : 一是通过注气增加储层流动能量 ; 二 是改变煤层孔隙结构提高渗透率 ; 三是通过提高储层压力传导 系数并产生竞争吸附置换效应 , 从而提高煤层气开采时的单产 量及回收率 。

　　要 : 煤层气以前被称做 “有害因素”现在在生产上却完全可作为一种新型能源被大规模开发利用 。综述了国内外 ,

　　开采煤层气的钻采与增产技术的研究成果及使用情况 ,总结了煤层气开采利用技术方面还存在的问题 。 关键词 : 煤层气 ; 钻井 ; 完井 ; 压裂 ; 注气开采 在煤矿开采业中 ,煤层气 ( 即瓦斯) 历来被人们看作是有碍生 产安全的有害因素而成为人们防护排放的对象 。但在近十多年 来 ,随着科学的不断发展进步 ,人们发现 ,这种所谓 “有害因素” 在 生产上却完全可作为一种新型能源被大规模开发利用 。特别是 美国 ,煤层气工业 20 世纪 70 年代起步 ,20 世纪 80 年代迅速发 展 ,到 20 世纪 90 年代已达到年产约 200 × 8 m3 的生产水平 。我 10 国的煤炭资源储量居世界第三 。据煤炭部 《全国煤炭煤层瓦斯地

　　国外已尝试应用水平井钻井技术进行煤层气开发 , 到目前 为止 ,也只是部分获得成功 [3 ] 。

　　煤层气所采用的主要完井技术有 : (1) 裸眼法完井 [3 ] 。在煤层气工业开采发展初期 , 为了减少 下套管和固井作业造成的损害 , 通常采用裸眼法完井 , 即将套管 柱下到目的层上部 ,以减轻固井引起的损害 。但是这种完井方法 本身受到很多限制 ,包括完井层数 ( 通常只有 1 个) 和井眼可能出 现的坍塌 ( 由于煤层强度低 ) 。 (2) 下套管注水泥固井完井 [5 ] 。因煤层气井作业本身的一些 特殊性 ,如 ,煤层气井常采用压裂增产 、 负压排水开采措施 , 这给 固井设计与施工提出了更高的要求 。固井质量要高 ,层间封隔要 好 ,固井施工中对煤层的伤害要小 。和一般油气井相比 , 煤层气 井固井的特点及难点主要表现在以下几个方面 : ① 固井施工时由于井身浅 ,井径多不规则 ,并且替浆量少 ,导致 顶替效率低 ,残留的滤饼和钻井液严重影响了对煤层的封固质量。 ② 水泥浆易漏失 ,固井过程中复杂情况多。煤层段地层孔隙压 力梯度较低 ,即使用清水钻进 ,煤层段漏失现象时有发生。而水泥浆 密度比钻井液密度高得多 ,更容易导致地层浆体漏失 ,损害产层。 ③ 水泥浆配方设计困难 。煤层气井浅 ,井底温度低 ( 一般在

　　综上所述 ,煤层气的开采利用有着广阔的前景 , 煤层气的钻 采与增产技术研究取得了许多可喜成果 , 施工中有一些成功的 经验 ,但毕竟对其研究起步较晚 , 采取的一些开发技术措施还很 不成熟 ,如减小储层损害的钻井液 、 低密度水泥的研制 、 绕煤层固 井工艺技术 ,裸眼洞穴完井提高煤气产量的作用机理及减小风 险方面的技术改进 ,及注气开采的数值模拟技术等 , 仍待进一步 深入研究 。

　　≤° 3 ,100m 增斜率 1°井底水平位移 20m ,选择合理的钻具组 , 合 ,优选钻井参数 ,确保井身质量 ; (2) 使用清水和水气混合钻井液 , 重点防垮及井垮造成的复 杂情况 ; (3) 建立合理的井身结构 ,加快钻井速度 ,减少煤层浸泡时间 ;

　　25 ℃ 45 ℃ ～ 之间) ,上部地层的温度更低 。低温下水泥特别是低

　　源量 32. 32 × 12 m3 , 与我国常规天然气资源相当 。中国石油天 10 然气集团公司于 20 世纪 90 年代初开始介入煤层气的研究 , 经 “八五” 准备性研究后 ,列入了 “九五” 重点攻关研究项目 。就国内 外煤层气钻采与增产技术的科研成果及应用情况进行总结 。

　　空的液柱压力 ,减轻了失重带来的影响 ,从而实现防漏压稳 ,既保 证了固井质量 ,又防止了煤层受到损害 。一级水泥和二级水泥可 以分别采用不同的水泥浆体系和水泥浆配方 , 因此降低了水泥 浆配方设计的难度 。 ③ 塞流顶替技术 。煤层气井容易垮塌 ,不能使用大排量顶替 泥浆 ,因此不能实现紊流顶替 , 而多采用塞流顶替技术 。因为塞 流顶替技术对工艺和设备的要求相对较低 , 对水泥浆性能的要 求也不十分严格 。塞流顶替时接触时间长 , 顶替效率高 , 施工易 于组织 ,使用设备也少 。 但目前国内所采用传统的固井技术封固煤层 , 并没有针对 煤储层低压 、 低渗 、 易伤害 、 胶结性差等特点 , 设计适合于煤层固米博体育官网 井的工艺技术和水泥浆体系 。对水泥浆的性能要求不严格 ,水泥 浆体系稳定性差 , 失水量高 , 强度发展慢 , 有的井甚至用原浆固 井 ,这些都影响了对煤层的封固质量和产能 。 ④ 绕煤层固井技术 。绕煤层固井技术是国外应用比较成功 的一项技术 ,它是消除固井作业对煤层伤害最有效的固井技术 。 其基本思路是在套管串中主力煤层部位安装绕煤层固井工具 。 注水泥时 ,水泥浆到达煤层底部时经绕煤层固井工具进入导流 管 ,并从煤层顶部进入环空 。绕煤层固井时 , 水泥浆不与煤层接 触 ,避免了固井水泥浆对煤层的伤害 。与常规套管固井相比 , 在 绕煤层段套管与煤层间无水泥环 , 减少了射孔阻力 , 增进了射孔 弹的穿透深度 ,有利于后期作业 。国外煤层气固井资料中曾报道 过此项技术 ,国内尚未开展对此项技术的研究 。 下套管注水泥固井完井是目前通用的完井方法 , 它的适用 性很强 ,可应用于任何类型的煤层 , 这种方法完井的煤层一般都 需要水力压裂 。 (3) 水力压裂完井技术 [6 ] 。与油气井一样 ,水力压裂技术也 是煤成气井增加产量的重要的完井技术手段 , 但由于煤成气资 源储集于煤层 ,并常伴以低温 、 低压和低孔渗条件 , 因而 , 煤层气 井在优化压裂设计和选择压裂液方面有其特殊要求 。煤层气井 压裂是一项系统工程 ,包括选层 、 压裂设计 、 压裂造缝 、 压裂液 、 支 撑剂 、 施工监测和压后效果 、 效益分析等 。由于煤层压裂工艺自 身的一些特点 ,所以在气井压裂施工中要特别注意选择适用于 煤层的压裂设计 ,压裂液和支撑剂 , 以利于返排和提高裂缝的导 流能力 。 (4) 裸眼洞穴完井技术 [7～9 ] 。裸眼洞穴完井技术是把套管座 封到目的煤层之上 ,然后用清水以欠平衡方式钻开煤层 。一旦完 钻 ,就用空气或泡沫把钻井液从井眼中排出 , 然后采用压力 “激 动” 的方法进行扩眼 ; 具体方法为 , 先关井 , 通过井口注入空气或 氮气进行蹩压 ,然后迅速卸压 , 这种周期性的压力变动会形成剧 烈的井内压力 “激动” 迅速的压降破坏煤层的原始应力状态分 , 布 ,引起煤向井筒内崩落 ,重复使用这种压力 “激动” ,直至洞穴 法 稳定 。崩落在井中的煤和大量地层水可以使用空气和 ( 或 ) 泡 沫 ,以大排量循环清除出井筒 。形成洞穴之后 , 在裸眼井段下入 预先钻好孔的衬管 ,孔的密度视情况而定 ,一般为 12 孔Π 。衬管 ft 上的孔事先用铝质塞堵住 ,安放好衬管后再磨铣开 。 通过美国在科罗拉多和新墨西哥州的圣胡安盆地的应用情况 来看 ,用动力裸眼洞穴完井的煤层气井的产量大大高于用水力压 裂技术完井的产量 。但这种方法对煤层的地质和储层条件要求很

　　煤层与一般油 、 气层地质特点不同 ; 煤的机械强度低 ,难以支 撑上覆地层的压力 ,易于跨塌 、 破碎 , 导致井径扩大 ; 钻开后的煤 层 ,浸泡时间越长 ,煤层吸水跨塌越厉害 ; 煤岩微裂缝 、 孔隙发育 , 节理也相当发育 ,钻开后滤失量大 ,且地层孔隙压力低 ,容易发生 漏失 ; 煤液呈酸性 , 而泥浆呈碱性 , 容易造成酸碱中和产生金属 盐 ,堵塞煤层气通道 ; 煤层气井产气周期长 ,对井的寿命要求高 。 针对上述特点 ,采用以下关键钻井技术 :

　　密度水泥的水化速度慢 ,水泥石早期强度和后期强度低 , 低温下 和降失水剂配伍的早强剂及促凝剂少 。 ④ 水泥浆向地层的失水量大 , 导致性能发生很大变化 , 影响 对煤层封固 。 ⑤ 煤层易受到伤害 ,保护煤层的难度大 。固井过程中如果水 泥浆的密度高 、 失水量大 ,水泥浆性能差或施工不当 ,很容易造成 对煤层的伤害 ,影响产能 。 针对以上特点和难点 ,目前采用的主要固井技术有 : ① 低密度水泥浆 。低密度水泥浆主要有两种 ,一种是漂珠低 密度水泥浆 ,另一种是粉煤灰低密度水泥浆 。采用低密度水泥浆 固井可以降低环空的液柱压力 , 防止固井过程中水泥浆漏失 , 也 可以减轻对煤层的伤害 。 ② 双级固井技术 。有的井深约 1000m 左右的煤层气井固井 采用了双级固井技术 。双级固井减少了一次注水泥量 ,降低了环