煤層氣鉆井完井工藝技術(shù)特點(diǎn)

1、煤層的鉆井完井特點(diǎn)煤層氣井鉆井完井分類及程序煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)煤層氣固井技術(shù)煤層氣井繩索取心技術(shù)鉆井資料及完井報(bào)告煤層氣鉆井完井工藝技術(shù)特點(diǎn)6.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn)1、煤層的特性 （1）煤層是雙重介質(zhì) 與常規(guī)天然氣儲(chǔ)層不同，煤即是生氣層又是儲(chǔ)氣層。當(dāng)鉆開煤層后氣體從煤層內(nèi)表面解吸、擴(kuò)散，通過割理、裂縫流到井內(nèi)。如果煤層的孔隙和裂隙一旦受到損害，其受損害程度比常規(guī)油氣層嚴(yán)重的多。5.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn) （2）煤是有很強(qiáng)吸附能力的大分子結(jié)構(gòu) 煤是一種有機(jī)質(zhì)（主要為腐殖型），有機(jī)含量大于90%；煤又是雙重介質(zhì)，具有非常大的內(nèi)表面，因此煤層對(duì)煤層氣具有較強(qiáng)的吸附能力。當(dāng)鉆井液鉆開煤層厚，液體和高

2、分子聚合物也會(huì)吸附在煤層上，一方面會(huì)誘發(fā)煤基質(zhì)膨脹從而使?jié)B透率受到損害；另一方面聚合物在煤表面的多點(diǎn)吸附而形成膠凝層堵塞煤層的裂縫和割理系統(tǒng)，進(jìn)而傷害煤層。 （3）煤層的孔隙和割理都很發(fā)育 孔隙以吸附并儲(chǔ)集氣體為主，割理和裂縫主要是甲烷氣流的通道。 （4）煤儲(chǔ)層普遍壓力低，地層破碎，易發(fā)生井漏5.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn) 大部分地區(qū)的煤層壓力處于欠壓狀態(tài)，易破碎，因此易發(fā)生井漏，造成的煤層損害主要有： （a）當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)處于低壓狀態(tài)，割理縫寬度大于50m時(shí)，會(huì)造成有進(jìn)無出的大漏失。 （b）割理發(fā)育的煤層，鉆井液的漏失，易產(chǎn)生煤基質(zhì)膨脹、聚合物多點(diǎn)吸附、固相堵塞、乳化和沉淀等損害形式，導(dǎo)致割理、

3、裂縫和孔隙嚴(yán)重傷害。 （c）由于煤層割理裂隙的存在，使固相和液相侵入太深，返排距離太遠(yuǎn)，使返排無效。 （5）煤層水的性質(zhì) 由于煤層開發(fā)區(qū)煤層埋藏淺、地溫低，當(dāng)煤層壓力和溫度降低或鉆井液與地層水不匹配時(shí)，會(huì)生成碳酸鈣等無機(jī)沉淀，對(duì)煤層割理、裂縫產(chǎn)生堵塞；5.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn) 高礦化度的煤層水可引起進(jìn)入煤層的鉆井液發(fā)生鹽析； 高pH值的外來液侵入煤層中，與煤中可溶性腐殖酸發(fā)生反應(yīng)，形成沉淀； 甲烷氣和低表面張力的外來液發(fā)生反應(yīng)，可促成有機(jī)垢的形成，這都會(huì)造成煤層傷害。 （6）煤層機(jī)械強(qiáng)度低 煤層性脆、易碎、機(jī)械強(qiáng)度低，易受壓縮，在鉆開煤層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量煤粉，煤粉會(huì)堵塞井筒。 （7）壓力敏感性

4、對(duì)煤層滲透率的影響 孔隙度和滲透率隨地層壓力的增加而降低，裂隙和割理在高圍壓下會(huì)形成無法恢復(fù)的閉合。在過平衡鉆井中，鉆井液柱壓力大于煤層壓力，引起滲透率降低，完井后滲透率不能完全恢復(fù)。5.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn)2、煤層氣鉆井完井中常出現(xiàn)的問題 （1）井壁穩(wěn)定性差，容易發(fā)生井下復(fù)雜事故 由于煤層氣機(jī)械強(qiáng)度低，裂縫和割理發(fā)育，存在較高剪切應(yīng)力作用，因而煤層段井壁極不穩(wěn)定，易發(fā)生井壁坍塌、井漏、起下鉆遇卡甚至埋掉井眼等復(fù)雜事故。 （2）煤層易受污染，保護(hù)措施難度大 一方面易受鉆井液、完井液和固井水泥漿中固相顆粒的污染，另一方面煤層破碎和高剪切應(yīng)力造成井眼不穩(wěn)定。 （3）煤層破碎、含游離氣多，取心困難

5、 煤層機(jī)械強(qiáng)度低，取心時(shí)一般沒有完整煤心出筒，而且煤層氣井都是選擇在含氣量較高的地區(qū)，割心后，隨著取心筒與井口距離的縮短，煤心中氣體不斷解吸出來，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)將煤心沖出取心筒。5.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn)3、鉆井完井過程中對(duì)煤儲(chǔ)層的潛在傷害 （1）煤強(qiáng)度的影響 由于煤楊氏模量小，泊松比高，天然割理及節(jié)理發(fā)育，使煤的抗拉、抗壓強(qiáng)度比較低。 （2）正壓差傷害 在正壓差作用下，鉆井液中的膠體顆粒和其它細(xì)微顆粒被吸附在煤層氣的孔隙喉道上，鉆井液濾液的侵入又可能發(fā)生各種敏感性反應(yīng)。 （3）固相傷害 鉆井液中所含固相顆粒分為粗粒（大于2000 m ）、中粗粒（250-2000 m ）、細(xì)粒（44-250

6、 m ）、微粒（2-44 m ）和膠體顆粒（小于2 m ）。5.1 煤層的鉆井完井特點(diǎn) 鉆井液中不同粒徑的固體顆粒，特別是其中的微粒和膠體顆粒會(huì)沿著煤層的割理和孔隙進(jìn)入煤層，對(duì)煤層氣的運(yùn)移通道產(chǎn)生填充和堵塞。 （4）強(qiáng)親水傷害 煤層氣儲(chǔ)層的低孔隙度、低滲透率、強(qiáng)親水性、大比表面積，造成了高束縛水飽和度。 在儲(chǔ)層原始狀態(tài)下，原始含水飽和度一般低于束縛水飽和度。當(dāng)使用水基鉆井液將煤儲(chǔ)層打開時(shí)，很強(qiáng)的毛細(xì)管作用力使地層強(qiáng)烈吸水，而正壓差作用下的滲流則加劇了水侵深度，直到儲(chǔ)層吸水達(dá)到束縛水飽和度為止。 水量增加形成的水膜將使煤層產(chǎn)生“水鎖”，造成永久性傷害。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序1、煤層氣鉆

7、井分類 采空區(qū)鉆井：從采空區(qū)上方由地面鉆井到煤層上方或穿過煤層，也可在采煤之前鉆井，采空區(qū)頂板因巷道支柱前移而坍塌，產(chǎn)生新的裂縫使瓦斯從井中涌出。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序水平井有兩種： 在巷道打的水平軸放瓦斯井； 從地面先打直井再造斜，沿煤層鉆水平井（排泄井）。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序分類原則種類鉆開煤層的層數(shù)單煤層和多煤層井鉆井類別資料井、試驗(yàn)井（組）和監(jiān)測(cè)井埋深淺煤層井和深煤層井 垂直井是從地面打直井穿過煤層進(jìn)行采氣，是主要的鉆井方式。對(duì)直井的分類見表5-1。 表5-1 垂直井分類方法 資料井主要通過鉆區(qū)域探井取準(zhǔn)煤心，進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)；試驗(yàn)井組進(jìn)行工業(yè)性開采評(píng)價(jià)；監(jiān)測(cè)井用于生

8、產(chǎn)過程的壓力監(jiān)測(cè)。 一般井深控制在300-1500m屬淺煤層井，埋深大于1500m的為深煤層井。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序（一）欠平衡鉆井工藝 應(yīng)用欠平衡鉆井，可以減少流體的不匹配性對(duì)煤層的損害、避免水鎖效應(yīng)等，是一項(xiàng)有效的儲(chǔ)層保護(hù)措施。 （1）欠平衡鉆井技術(shù)適用情況 高滲弱膠結(jié)地層； 含有對(duì)水基鉆井液敏感成分的地層； 可能與濾液極不相容的地層、接近束縛水飽和度的脫水地層。 （2）不適合進(jìn)行欠平衡鉆井的情況 井壁不穩(wěn)定； 地層孔隙壓力不清； 地層壓力高、裂隙發(fā)育； 同一孔內(nèi)壓力系數(shù)差別大的井。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 （3）技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 減輕地層傷害，提高煤層氣產(chǎn)量； 提高鉆井效率，

9、降低鉆井成本； 及時(shí)識(shí)別煤層氣產(chǎn)層； 可實(shí)現(xiàn)邊鉆邊生產(chǎn)； 避免井漏，防止或減少壓差卡鉆； 可進(jìn)行隨鉆煤層氣評(píng)價(jià)。 （4）工藝的關(guān)鍵技術(shù) 欠平衡鉆井設(shè)計(jì)； 應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)參數(shù)和瓦斯產(chǎn)出量； 欠平衡鉆井作業(yè)的控制技術(shù)； 產(chǎn)出流體的地面處理；5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 測(cè)量技術(shù)； 根據(jù)地層壓力確定采用實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的方法。 實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的主要方法有自然法和人工誘導(dǎo)法。 自然法是當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)大于時(shí)，普通鉆井采用降低泥漿比重實(shí)現(xiàn)平衡鉆進(jìn)； 人工誘導(dǎo)法是當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)小于時(shí)，常規(guī)鉆井液無法實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井施工時(shí)，采用可壓縮鉆井液實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井。 此外雙壁鉆桿空氣-液體循環(huán)鉆井和空氣潛孔錘鉆井工藝都

10、是人工誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的欠平衡鉆井技術(shù)。 雙壁鉆桿空氣液體循環(huán)鉆井技術(shù)是把壓縮空氣沿內(nèi)外鉆桿之間的環(huán)狀間隙壓向預(yù)定位置，提高其上部鉆井液上返速度，降低井內(nèi)鉆井液壓力，以實(shí)現(xiàn)平衡或欠平衡鉆進(jìn)。它是利用空氣對(duì)井內(nèi)鉆井液實(shí)現(xiàn)氣舉上返推動(dòng)作用，降低井內(nèi)泥漿的壓力。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序（二）空氣潛孔錘鉆井工藝 空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)是一種以壓縮空氣作為動(dòng)力介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)潛孔錘工作的欠平衡鉆井工藝。壓縮空氣兼作洗井介質(zhì)，把巖屑攜帶出地面。與常規(guī)鉆井工藝相比，能大大提高鉆井效率，該工藝有以下有利因素： 作用在潛孔鉆頭切削刃具上的載荷為沖擊載荷，接觸應(yīng)力瞬時(shí)可達(dá)極高值，應(yīng)力集中，促進(jìn)巖石裂隙發(fā)育； 切削刃具磨損減

11、少； 沖擊頻率高，有利于巖石破碎； 井底干凈，最大限度地減少了重復(fù)破碎。 （1）空氣潛孔錘鉆井工藝的特點(diǎn) 鉆進(jìn)效率高；鉆進(jìn)基巖平均鉆速可達(dá)240m/d。 5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 設(shè)備數(shù)量少，易于搬遷，非常適合丘陵地區(qū)施工； 對(duì)儲(chǔ)層傷害??； 有利于巖屑錄井； 對(duì)環(huán)境污染小。 （2）空氣潛孔錘鉆井工藝的適用范圍 該技術(shù)的推廣使用主要受制于鉆井井徑及地質(zhì)、水文條件。 鉆井半徑 空氣潛孔錘鉆井工藝攜帶巖粉的能力主要取決于空氣上返速度，鉆井外環(huán)空間過大時(shí)巖粉上返困難，因此空氣潛孔錘鉆井通常廣泛用于井徑400mm以下的鉆井施工。 地質(zhì)條件 空氣潛孔錘鉆井工藝最適宜鉆進(jìn)粗粒而不均勻的地層，在6-9

12、級(jí)5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序巖石中鉆進(jìn)效果尤為突出。鉆進(jìn)裂縫發(fā)育的地層時(shí)，往往由于空氣漏失，風(fēng)壓下降，鉆進(jìn)速度相對(duì)降低。 水文條件 空氣潛孔錘鉆井時(shí)，空氣快速上返造成井內(nèi)液柱壓力遠(yuǎn)小于地層壓力，形成抽水現(xiàn)象，如水量大于10m3/h，鉆速將大大下降。 鉆井深度 鉆井深度超過1000m時(shí)，由于受風(fēng)壓機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)量的限制，巖粉返排困難，空氣潛孔錘鉆井工藝鉆進(jìn)效率低于常規(guī)鉆井工藝。 （3）潛孔錘鉆井參數(shù)的合理確定 鉆壓 潛孔錘鉆井過程中是在鉆壓、高壓氣流沖擊力、旋轉(zhuǎn)力等3種力5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序的作用下破碎井底巖石，其鉆壓的主要作用是保證鉆頭齒能與井底地層緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反

13、彈作用力，以便有效地傳遞來自潛孔錘沖擊器的反沖擊力。 鉆壓過小，難以克服沖擊器工作時(shí)的反作用力，直接影響沖擊功的有效傳遞； 鉆壓過大，將會(huì)增大旋轉(zhuǎn)阻力、使鉆頭早期磨損。 對(duì)于潛孔錘全面鉆井，一般認(rèn)為單位直徑的壓力值為0.30.95 kN/cm，在軟中硬地層一般單位面積上的鉆壓為0.180.56 MPa。 轉(zhuǎn)速 鉆頭轉(zhuǎn)速的高低主要依沖擊器的沖擊頻率、規(guī)格大小以及地層的可鉆性有關(guān)。一般轉(zhuǎn)速選用20 r/min左右為宜，轉(zhuǎn)速過高會(huì)造成鉆5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序頭先期磨損和鉆井機(jī)械鉆速的降低 。 空氣壓力 潛孔錘沖擊器的沖擊頻率和沖擊力都與空氣壓力有關(guān)，空氣壓力是決定沖擊力大小的決定性因素，因

14、而也是影響機(jī)械鉆速的主要參數(shù)，從國(guó)內(nèi)外大量資料及樊莊區(qū)塊實(shí)鉆結(jié)果說明，機(jī)械鉆速的提高和空氣壓力的提高成正比關(guān)系。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 空氣壓力除滿足潛孔錘工作壓力外，還應(yīng)克服井內(nèi)鉆具水眼壓力降、環(huán)空壓力降、潛孔錘壓力降等損耗，如果所鉆地層含水還要克服水柱靜壓力才能正常工作，空氣壓力的計(jì)算公式如下：式中：p為空氣壓力，MPa；Q2不含水每米鉆具內(nèi)壓力降(一般為0.0015MPa/m)；L鉆桿柱長(zhǎng)度，m；pm鉆具內(nèi)水眼壓力損失，大約在；p1潛孔錘壓力降，MPa；p2井內(nèi)水柱壓力，MPa。 從上式可以看出在井眼不出水的條件下，鉆井井深也相應(yīng)增加；而在同樣條件下隨著注氣壓力的增大，鉆井深度

15、也相應(yīng)增加。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 空氣量 空氣鉆井中空氣消耗量是根據(jù)氣動(dòng)潛孔沖擊器的性能參數(shù)(耗氣量)和攜帶井內(nèi)環(huán)空巖屑的最低上返速度而確定。根據(jù)文獻(xiàn)資料推薦，鉆井過程中為保持井底清潔、攜帶環(huán)空巖屑返出井口，全面鉆進(jìn)時(shí)空氣循環(huán)介質(zhì)上返速度為2025 m/s，為滿足以上條件注入空氣量計(jì)算一般采用下式：式中：Q鉆進(jìn)時(shí)所需空氣量，m3/min；k1井深損耗系數(shù)，井深100600 m以內(nèi)取；k2當(dāng)井內(nèi)涌水時(shí)，風(fēng)量增加系數(shù)。其值與涌水量有關(guān)，中等涌水量k2值?。籇環(huán)空直徑，m；d鉆桿外徑，m；v環(huán)空氣流上返速度，m/s。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序（三）超短半徑水平井技術(shù) 超短半徑水平(

16、 URRS， Ultrashort Radial Radial Sys-tem” )鉆井技術(shù)是指沿井眼的不同半徑方向鉆出的多個(gè)水平井眼，其曲率半徑只有米左右。該半徑是指造斜器內(nèi)的半徑，對(duì)于實(shí)際水平井眼來講，曲率無窮大，因而該技術(shù)也稱為徑向水平鉆井技術(shù)。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序徑向水平井典型分布示意圖5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 超短半徑水平鉆井系統(tǒng)的根本特征是可以在半徑的立井井段中，完成從垂直轉(zhuǎn)向水平，因而可以避免用常規(guī)的大曲率半徑、中曲率半徑和短曲率半徑方法鉆水平井所需要的頻繁造斜、定向和復(fù)雜的井眼軌跡控制等工藝過程，保證水平井準(zhǔn)確地進(jìn)入目的層，拋棄了傳統(tǒng)的靠鉆頭旋轉(zhuǎn)機(jī)械破巖的方

17、法。采用高壓水射流破巖形成水平井眼的新技術(shù)，不需要鉆桿旋轉(zhuǎn)也不需要通過鉆桿給鉆頭施加用以破巖的“鉆壓”，從而徹底解決了常規(guī)鉆水平井技術(shù)所遇到的施加鉆壓困難和鉆桿旋轉(zhuǎn)帶來一系列的問題，減少井下事故的發(fā)生并提高鉆井速度。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 只有使徑向分支井眼與面割理正交，才能最大限度地發(fā)揮分支井眼的排水降壓效果，考慮到實(shí)際施工的需要，至少設(shè)計(jì)一部分垂直于面割理的分支井眼，其他的分支井眼可斜交于面割理，減少形成平行于面割理的分支井眼。徑向水平井井眼走向與煤層面割理系統(tǒng)端割理面割理水平井眼走向5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 在煤層氣生產(chǎn)中，超短半徑水平井具有如下作用： (1)使煤層的暴

18、露面積增大，提高煤層氣產(chǎn)量； (2)使井距加大，減少鉆井?dāng)?shù)量及費(fèi)用； (3)克服了傳統(tǒng)的定向鉆進(jìn)垂直孔不能重復(fù)利用的缺點(diǎn)，超小半徑水平鉆進(jìn)可以在同一垂直孔內(nèi)在不同煤層鉆一個(gè)或多個(gè)徑向水平孔，提高了地表鉆孔的利用效率； (4)在地表不能接近的區(qū)域可能用水平孔接近預(yù)定目標(biāo)區(qū)域； (5)水射流能夠溝通煤層裂隙，提高煤層的透氣性。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 超短半徑水平井關(guān)鍵技術(shù)： （1）斜向器 斜向器是整個(gè)URRS系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。這種特殊的斜向器能夠在很短的一個(gè)經(jīng)過擴(kuò)孔半徑至0.3 m的井段內(nèi)完成生產(chǎn)管由垂直到水平的轉(zhuǎn)向，并保證在水平鉆進(jìn)過程中對(duì)前進(jìn)的作為鉆桿的生產(chǎn)管給予穩(wěn)定的支撐，安全

19、可靠，回收方便。斜向器由1根銅管開窗而成，內(nèi)裝34塊用鎖連接的導(dǎo)向件，導(dǎo)向件裝有兩排帶槽的滾輪，其中一部分滾輪形成彎曲半徑只有0.3 m的滑道，目的在于：使生產(chǎn)管迅速?gòu)拇怪狈较蜣D(zhuǎn)向水平方向；確保鉆頭在地層里鉆至合適的位置；減少擴(kuò)眼直徑；使生產(chǎn)管靠導(dǎo)向件出口端的那幾對(duì)滾輪構(gòu)成校正滑道，校正生產(chǎn)管，以便水平地伸出斜向器進(jìn)入地層鉆孔。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 它有一種可雙向彎曲成90的滑道，滑道可向前或向后伸展?；朗怯蓭锥无D(zhuǎn)筒組成，轉(zhuǎn)筒與轉(zhuǎn)筒之間是以鉸鏈形式進(jìn)行聯(lián)接的。在轉(zhuǎn)筒內(nèi)部由許多滑輪圍成一個(gè)直徑略大于42mm的ERW鉆管滑道。滑輪圍成的滑道結(jié)構(gòu)可使連續(xù)的ERW管通過斜向器的出口處，裝

20、有鉆桿矯直器。當(dāng)鉆管通過斜向器時(shí)，會(huì)發(fā)生塑性變形，但是由于管內(nèi)的液壓作用，并且管子材料較好，使它不會(huì)發(fā)生破裂。在斜向器的上部有一個(gè)錨爪固定器，其作用是把斜向器固定在套管內(nèi)壁上，使轉(zhuǎn)筒懸掛，這樣在下放側(cè)板時(shí)，轉(zhuǎn)筒彎曲90，上提側(cè)板時(shí)，轉(zhuǎn)筒可伸直。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 （2）水力破巖鉆頭 對(duì)水力破巖鉆頭的具體要求有：形成一個(gè)較大截面積的規(guī)則井眼；以較小的射流壓力和排量高速破巖；具有足夠長(zhǎng)的使用壽命。 多噴嘴組合鉆頭 5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 這種水力破巖鉆頭外形呈半球形，在球面中心和離開中心一定距離的圓環(huán)上分布有多個(gè)噴嘴，各噴嘴都以適當(dāng)?shù)慕嵌葘?dǎo)引射流沖擊到鉆頭前面某一區(qū)域的巖石

21、上，巖石受到?jīng)_蝕破碎而形成一個(gè)滿足鉆桿鉆進(jìn)的水平井眼。這種鉆頭的特點(diǎn)是噴嘴多，單個(gè)噴嘴噴口小，但要求排量較大，因此對(duì)噴嘴的布置和安裝角度要進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。 單噴嘴旋轉(zhuǎn)射流鉆頭 該鉆頭有一個(gè)可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流的噴嘴，它是由普通的錐形噴嘴加上導(dǎo)向件組成。當(dāng)高壓流體進(jìn)入噴嘴腔體流經(jīng)導(dǎo)向元件后，在導(dǎo)向元件的導(dǎo)引下，流體沿一定的軌跡旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，然后經(jīng)過噴嘴內(nèi)腔收縮并加速后，以極高的速度射出噴嘴出口，同時(shí)在壓差和離心力的共同作用下，形成旋轉(zhuǎn)的向外擴(kuò)散的一種空心狀5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序射流體。因?yàn)樵陔x開噴嘴的任一射流截面上，都存在著射流密度和能量最大的一個(gè)圓環(huán)面積，而且在一定范圍內(nèi)離開的距離越大，圓環(huán)

22、半徑也越大，射流破碎的巖石面積也越大，因而只要壓力足夠，就可以很快形成一個(gè)足夠大的井眼。這種破巖鉆頭相對(duì)多噴嘴鉆頭而言，要求排量較小，同時(shí)由于射流具有縱向速度和橫向速度，使巖石同時(shí)受到縱向沖擊和橫向剪切的作用，可以大幅度提高破巖效率，但對(duì)噴嘴設(shè)計(jì)和制造有較高要求。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序旋轉(zhuǎn)射流成孔過程示意圖5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 （3）控制機(jī)構(gòu) 在URRS系統(tǒng)中，鉆桿及鉆頭前進(jìn)動(dòng)力來源于作用在鉆頭內(nèi)腔及鉆桿尾端截面上的液體壓力，即在液體壓力推拉下前進(jìn)。為了保證鉆頭前面的巖石得到充分的破碎后鉆頭和鉆桿向前運(yùn)動(dòng)，設(shè)有速度控制機(jī)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的是使用纜繩控制，即在鉆桿(即生產(chǎn)管尾部)

23、接上纜繩，另一端纏繞在纜繩車上，通過纜繩可控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)管的運(yùn)動(dòng)速度和鉆頭位置，纜繩控制機(jī)構(gòu)的纜繩拉力控制速度的同時(shí)對(duì)鉆進(jìn)方向進(jìn)行控制。 最新的控制手段為，鉆桿前進(jìn)速度通過尾部液壓裝置的調(diào)節(jié)閥門的開度進(jìn)行，鉆頭位置或水平進(jìn)入地層長(zhǎng)度可通過測(cè)量進(jìn)入尾部液缸的鉆井液體體積計(jì)算出來，和在鉆頭后面的鉆桿即生產(chǎn)管上，在上下左右互成90的方向加設(shè)4個(gè)側(cè)向射流噴嘴，通過控制這4個(gè)噴嘴的開閉來控制和調(diào)節(jié)鉆桿的方向。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序超短半徑水平井鉆井工藝通井和磨銑套管(3米左右)擴(kuò)大井眼（直徑約065米）下入斜向器，井下錨定器定位下入鉆桿及水力破巖鉆頭斜向器回收完井作業(yè)隨鉆軌跡控制啟動(dòng)壓裂車

24、，水力噴射鉆進(jìn) 轉(zhuǎn)向器及錨定裝置轉(zhuǎn)向器規(guī)格：3 m 110 mm轉(zhuǎn) 向 半 徑 ：0.3 m錨定器規(guī)格：1.2 m 110 mm5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序2、煤層氣完井分類 煤層氣完井分為五種類型：裸眼完井、套管完井、混合完井、裸眼洞穴完井及水平排孔襯管完井。 5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 （1）裸眼完井 裸眼完井是鉆到煤層上方地層下套管固井，再鉆開生產(chǎn)層段的煤層，產(chǎn)生煤層保持裸眼或用礫石充填。 這種完井方式費(fèi)用最低，但強(qiáng)化作業(yè)時(shí)，井控條件降低，煤層坍塌會(huì)導(dǎo)致事故。這種完井方式一般用于單厚煤層井。 （2）套管完井 套管完井是對(duì)產(chǎn)層下套管的一種完井方式。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)地層入口可實(shí)施特殊控制

25、，維持井深穩(wěn)定。 是目前最主要的完井方式。 （3）混合完井 混合完井是裸眼完井與套管完井方式在同一口井中使用。依據(jù)地層條件而定，一般用于多煤層。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 （5）裸眼洞穴完井 裸眼洞穴完井方法是在裸眼完井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種獨(dú)特的煤層氣完井方式。在較高的生產(chǎn)壓差作用下，利用井眼的不穩(wěn)定性，在井壁煤巖發(fā)生破壞后允許煤塊塌落到井筒中，進(jìn)而形成物理洞穴（自然裸眼洞穴完井）?；蛘呷斯な┘訅毫Γ◤牡孛孀猓咕诿簩影l(fā)生破壞，再清除井底的煤粉，進(jìn)而形成物理洞穴（動(dòng)力或人工裸眼洞穴完井）。 （4）水平排孔襯管完井 適用于深層低滲透煤層，一般適用于厚以上的煤層。 優(yōu)點(diǎn)：能提供與煤層

26、的最大接觸面積，尤其是各向異性煤層。 缺點(diǎn)：鉆完井過程中易發(fā)生割理系統(tǒng)堵塞、閉合等現(xiàn)象，傷害煤層滲透率。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 目前的人為在煤層造洞穴方式有： （a）水力造穴 水力射流造穴法是利用高壓水射流破碎巖石的能力，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)鉆井液在經(jīng)過小噴嘴時(shí)產(chǎn)生高壓水力射流，破壞煤儲(chǔ)層而形成洞穴。 （b）機(jī)械工具造穴 機(jī)械工具造穴是利用機(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)并切削儲(chǔ)層，形成滿足實(shí)際需要的洞穴。 （c）空氣造穴 空氣造穴技術(shù)的原理是利用高壓氣體對(duì)煤

27、層進(jìn)行沖擊，然后突然釋放壓力，使井筒附近的煤層邊緣受到一定程度的破壞，產(chǎn)生坍塌和剝落，逐漸形成大洞穴。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 洞穴完井的特征： 實(shí)際洞穴有效直徑。實(shí)際洞穴的有效直徑一般不好通過儀器測(cè)量，主要通過洗出到地表的煤、巖屑的堆放的體積來推算，實(shí)際洞穴的有效井徑一般34m，形狀不規(guī)則，表面參差不齊，從而達(dá)到增大煤層裸露面積，為煤層氣的解析運(yùn)移提供了良好的條件。 在井筒周圍形成一定范圍的破碎帶。由于實(shí)際洞穴的效應(yīng)，使洞穴以外的煤層發(fā)生張性和剪切破裂，形成了更大范圍的破碎帶，從而使煤層內(nèi)一些處于封閉、半封閉狀態(tài)的原始微裂縫相互溝通，提高了煤層的滲透率。圖5-4 洞穴完井井身結(jié)構(gòu)示意

28、圖5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 保護(hù)了煤層原生結(jié)構(gòu)。由于采用空氣、空氣泡沫鉆井，并利用空氣加清水通過瞬間釋放壓力造穴，真正意義上達(dá)到了保護(hù)煤層原生結(jié)構(gòu)，避免了常規(guī)完井工藝鉆井（泥漿可能污染煤層）、固井（注入水泥漿污染煤層）、壓裂（壓裂液中的固體顆?？赡芪廴久簩樱┑葘?duì)煤層的破壞。 洞穴完井工藝條件： 較好的儲(chǔ)層條件 要求含氣量大于10m3/t，滲透率相對(duì)較高。 較好圍巖特征 煤層上下頂、底板封閉性好，機(jī)械強(qiáng)度高，煤層頂?shù)装宀荒苡袛鄬踊蚵┦佣巍?煤層特征 煤層厚度大、塊煤、穩(wěn)定、無夾矸。 井壁穩(wěn)定，區(qū)域地層相對(duì)穩(wěn)定5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 洞穴完井的主要技術(shù)措施： 造穴時(shí)必須安放防噴

29、器； 對(duì)各種高壓管線進(jìn)行地面試壓，保證施工安全； 不能將鉆具一次性下到井底，避免井內(nèi)地層大量積水，導(dǎo)致空壓機(jī)無法開啟，鉆具下入到底部后，保持長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，保證將井底沉渣循環(huán)干凈； 關(guān)閉封井器，憋壓要求大于煤層破碎壓力后方可放壓，釋放壓力要求迅速。 洞穴完井地面施工工藝流程： 安裝防噴器 為了憋壓，需要外加底座把整個(gè)鉆機(jī)底座加高，安放防噴器，并在防噴器上部放置井口方鉆桿旋轉(zhuǎn)密封座封器，使洗井放噴可以正常進(jìn)行。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 連接地面裝置 在地面將兩個(gè)空壓機(jī)并聯(lián)并與鉆機(jī)的注風(fēng)口連接牢固，對(duì)地面各種管線進(jìn)行試壓，保證試壓壓力不低于20MPa，保證后續(xù)作業(yè)安全。 排井內(nèi)積水、巖屑 下鉆

30、具，一邊下，一邊利用高壓空氣將井內(nèi)的積水排出，當(dāng)?shù)姐@井的底部后，保持長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，確保將井底沉渣循環(huán)干凈。 注氣、水作業(yè) 啟動(dòng)主機(jī)空壓機(jī)、1150空?qǐng)D5-5 洞穴完井地面連接裝置圖5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序壓機(jī)和1070空壓機(jī)注入壓縮空氣，根據(jù)井口壓力攀升趨勢(shì)及時(shí)啟動(dòng)TBW850/60泥漿泵注入潔凈的清水，待注氣、水壓力穩(wěn)定后,連續(xù)注入壓縮空氣45h，關(guān)閉封井器，憋壓(大于10MPa)。 放噴作業(yè) 加強(qiáng)觀察井口壓力變化，當(dāng)井底壓力超過煤層破裂壓力(根據(jù)試井?dāng)?shù)據(jù))，然后打開液壓平板閘閥迅速放噴，返出水、氣、煤、巖屑，完成一次放噴過程，高壓放噴過程分6個(gè)周期，每周期36次。 井眼洗井 每個(gè)放噴

31、周期結(jié)束后，鉆具旋轉(zhuǎn)下放若井筒已被煤、巖屑充填，則進(jìn)行洗井作業(yè)，此過程是將鉆具下至煤層位置，使用空壓機(jī)和增壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行，每用泥漿泵注水(必要時(shí)加入泡沫2m3，返出水、氣、煤、巖屑，逐漸至井底，直到井內(nèi)只返出清水時(shí)，洗井過程完成。反復(fù)進(jìn)行注氣水、放噴、洗井作業(yè)，根據(jù)返到地表的煤、巖屑、氣體計(jì)算洞穴直徑，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的34m，停止造穴作業(yè)。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 觀測(cè)原始數(shù)據(jù) 在放噴和洗井作業(yè)結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的檢測(cè)，首先關(guān)閉所有空壓機(jī)，增壓機(jī)和泥漿泵，打開放噴平板閘閥，使井內(nèi)氣體自由返出，通過流量表測(cè)量煤層氣在1h內(nèi)出氣量的變化，并在煤層氣排放口放置火把點(diǎn)燃?xì)怏w。壓力

32、恢復(fù)：關(guān)井后，根據(jù)井口壓力表觀察記錄1h內(nèi)井內(nèi)壓力的變化。 總的來說，洞穴完井不需要壓裂等輔助措施，可一定程度上降低完井費(fèi)用，同時(shí)能有效提高煤層滲透率，但井眼穩(wěn)定性差，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)性比套管完井大，且對(duì)鉆井設(shè)備以及地質(zhì)、煤層儲(chǔ)層條件要求都很高。 一般洞穴完井僅適用于封蓋條件好、煤儲(chǔ)層物性好、含氣量大、含氣飽和度高的高壓、高滲透地區(qū)，如美國(guó)圣胡安地區(qū)。 我國(guó)大部分地區(qū)煤層滲透率低，目前的應(yīng)用程度較低。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序3、煤層氣鉆井完井一般程序 （1）確定井類 在勘探新區(qū)為建立地質(zhì)剖面、掌握煤層及圍巖的地質(zhì)資料、估算資源量布置取心井； 利用試驗(yàn)井了解煤層和圍巖的地應(yīng)力和滲透性，掌握煤層的

33、延伸能力、閉合壓力和最小壓裂壓力，選擇壓裂方向、進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)； 打生產(chǎn)井開發(fā)煤層甲烷； 利用觀測(cè)井了解油藏工程參數(shù)，掌握煤層氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。 （2）設(shè)計(jì)鉆井方式 確定鉆井方式的主要依據(jù)：目的煤層最大埋深、地層壓力、地層組合和井壁穩(wěn)定條件。 可分為淺層煤層氣鉆井和深層煤層氣鉆井。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 淺煤層鉆井地層壓力一般很低（等于或小于正常壓力），需要依據(jù)儲(chǔ)層壓力選擇清水、泡沫泥漿或空氣介質(zhì)鉆井。 深煤層鉆井有的壓力較高（大于正常壓力），煤層段井壁穩(wěn)定性差，因此使用泥漿液可以實(shí)現(xiàn)平衡壓力的目的。 （3）設(shè)計(jì)完井方式 確定完井方式的主要依據(jù)：埋深、井壁穩(wěn)定性、地層水文性質(zhì)、地層壓力、開

34、采方式以及可采氣量與總投資對(duì)比的經(jīng)濟(jì)性。 依據(jù)地質(zhì)條件：?jiǎn)蚊簩泳梢允锹阊鄯€(wěn)定礫石充填和泡沫礫石充填完井、裸眼篩管歷史充填完井和套管完井。 多煤層井：一般采用套管完井和套管-裸眼完井。 （4）確定固井方式 確定固井方式的主要依據(jù)：煤儲(chǔ)層壓力和開采方式。 從保護(hù)儲(chǔ)層固井出發(fā)可采用三種固井方式：低密度水泥漿固井、分級(jí)注水泥和繞煤層固井。5.2 煤層氣鉆井完井分類及程序 （5）鉆井中期作業(yè) 在資料井中應(yīng)考慮取心作業(yè)和在裸眼井段進(jìn)行注入-壓降法試井以及滲透率測(cè)試和DST產(chǎn)能測(cè)試作業(yè)。 （6）確定煤層入口方式 在裸眼完井中，為消除鉆井液對(duì)產(chǎn)層的影響和增大壓裂效果，常使用水力切割。 （7）經(jīng)濟(jì)和成本的可行

35、性評(píng)價(jià) （8）作鉆井和完井設(shè)計(jì) 同常規(guī)油氣井在程序和工藝技術(shù)上存在許多相似之處，除采用常規(guī)鉆井和完井設(shè)計(jì)外，主要考慮其特殊性。 如：煤心取心應(yīng)避免使用常規(guī)取心筒、鉆頭以短齒為宜、鉆井參數(shù)在煤層段應(yīng)暫時(shí)不采用優(yōu)化參數(shù)，而采用”四低參數(shù)“，即低鉆壓、低轉(zhuǎn)速、低循環(huán)壓力和低的沖擊力。圖5-6 煤層氣甲烷井的鉆井與完井一般程序流程框圖5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)1、鉆井過程中造成煤層損害的機(jī)理 鉆井施工中誘發(fā)煤層損害的根源是鉆井液，主要機(jī)理有： （1）鉆井液中固相顆粒對(duì)煤層的堵塞 鉆井液中的固相顆粒主要包括鉆屑、煤粉及配置鉆井液的材料，鉆井液中小于煤層孔隙直徑或裂縫寬度的固相顆粒，在鉆井液正壓差的作用下

36、，進(jìn)入到煤層的孔隙和裂縫中形成堵塞。 實(shí)驗(yàn)得到鉆井液中膨潤(rùn)土對(duì)氣測(cè)滲透率值小的煤樣影響不大，對(duì)裂縫發(fā)育的煤層影響很大。 （2）煤與鉆井液中的高分子聚合物相互作用產(chǎn)生的堵塞 由于煤是一種有機(jī)化合物組成的大分子，具有較強(qiáng)的吸附能力，當(dāng)鉆井液中的聚合物隨濾液進(jìn)入煤層裂縫和孔隙中后，滯留在煤表面或堵塞在裂縫中，引起煤的滲透率下降。實(shí)驗(yàn)得到聚合物分子對(duì)煤層損害很大，且污染后及時(shí)用水清洗，也很難達(dá)到原來的滲透率。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) （3）煤基質(zhì)吸附膨脹造成的損害 煤具有很強(qiáng)的吸附各種液體和氣體的能力，煤吸附液體后煤基質(zhì)膨脹，其膨脹程度取決于有機(jī)溶劑的化學(xué)性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)得到煤基質(zhì)膨脹導(dǎo)致氣測(cè)滲透率降低

37、，其降低程度與溶液性質(zhì)、煤層的不均勻性和微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。國(guó)外研究得到由于煤割理孔隙僅占煤層總孔隙度的1%-2%，所以煤基質(zhì)即使有輕微的膨脹也可導(dǎo)致割理的滲透率大幅度下降。 （4）壓力敏感性對(duì)煤層損害的影響 隨著圍壓的增加，氣測(cè)滲透率下降，由于煤層存在著壓力敏感性，鉆開煤層后，煤中的微孔隙和裂縫會(huì)變得更加細(xì)微，增加了克服損害的難度，為此，鉆井過程中最好采用平衡鉆井技術(shù)。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) （5）水鎖損害 煤層的裂隙是地層中流體流動(dòng)的基本空間，總的來說這些天然裂隙內(nèi)徑很小，因此可將其看作是無數(shù)大小不等，形狀各異，彼此曲折的毛細(xì)管，當(dāng)外來流體侵入裂隙通道后，會(huì)將通道中原有的氣推向儲(chǔ)層深部，并在

38、氣水界面形成一個(gè)凹向水相的彎液面。由于表面張力作用，任何彎液面都存在一附加壓力，即毛細(xì)管壓力。如果儲(chǔ)層的能量不足以克服這附加的毛細(xì)管壓力，氣就不能將水段塞驅(qū)開而流向井筒，從而形成水鎖損害，導(dǎo)致氣層滲透率下降。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)2、低傷害鉆井液 實(shí)驗(yàn)得到：在正壓差作用下，鉆井液中的水、濾液、固相顆粒和高分子聚合物與煤心接觸后，均會(huì)產(chǎn)生不同程度的損害，因此從鉆井液著手減少鉆井液對(duì)煤層的損害。 （1）低傷害鉆井液設(shè)計(jì)原則 （a）盡量減少鉆井液中微顆粒固相含量，采用無固相鉆井液； （b）采用對(duì)煤層傷害輕的聚合物，提高鉆井液的動(dòng)塑比，提高鉆井液的洗井能力； （c）合理篩選小分子聚合物，降低失水；

39、 （d）使用KCl、NaCl、CaCl2控制鉆井液密度、調(diào)節(jié)礦化度、抑制煤層的吸附膨脹。 （2）低傷害鉆井液的研制5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) 減少或防止煤層氣儲(chǔ)層污染傷害的主要技術(shù)途徑： （a）降低鉆井液密度，實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井，減少鉆井液侵入煤層； （b）選擇與煤層流體相匹配的鉆井液體系，嚴(yán)格控制鉆井液失水，防止水化膨脹及水鎖傷害的產(chǎn)生，防止發(fā)生各種敏感性反應(yīng)形成不溶性沉淀物； （c）控制鉆井液中的固相和高分子化合物含量，防止固相顆粒對(duì)煤層裂縫的堵塞吸附； （d）優(yōu)化鉆井工藝，提高煤層段鉆井速度，減少煤層段浸泡時(shí)間。 （e）對(duì)完成井在壓力作業(yè)前后進(jìn)行有效的洗井解堵作業(yè)，以使煤層氣運(yùn)移通道得以充分

40、連通 實(shí)踐證明：要利用常規(guī)鉆井手段，達(dá)到上述要求很難，欠平衡和近平衡鉆井技術(shù)是最有前景的技術(shù)。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)3、保護(hù)煤層的鉆井液技術(shù) （1）使用泡沫鉆井液鉆開煤氣層 在目的層淺、煤層壓力低、地質(zhì)年代老、地層比較硬及裂縫發(fā)育的地層，可使用泡沫鉆井液。 泡沫鉆井液是一種由水、氣、表面活性劑、泡沫穩(wěn)定劑組成的具有可壓縮性的流體，其泡沫直徑約為，具有密度低井內(nèi)液柱壓力小、極低的液相、能形成泡沫群體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因而在鉆井中具有如下優(yōu)點(diǎn)： （a）負(fù)壓鉆井，機(jī)械鉆速快，鉆井成本低； （d）失水小，能減少外來液對(duì)產(chǎn)層的傷害； （c）粘度高、切力高、攜帶鉆屑和洗井能力強(qiáng)； （d）泡沫結(jié)構(gòu)對(duì)微小裂縫具

41、有封堵作用，可用于保護(hù)微小裂縫； 5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) （e）能順利通過低壓易漏失地層； （f）上返速度低，減少了流體對(duì)井壁的沖蝕作用，井眼較為規(guī)則； （g）不污染巖心，有利于地質(zhì)分析。 因此在低壓儲(chǔ)層鉆進(jìn)中，采用泡沫鉆井液有利于提高鉆井液效率、保護(hù)儲(chǔ)層、增加產(chǎn)量。 （2）使用低固相或無固相鉆井液 這種鉆井液適用于地層中存在異常壓力層或井壁穩(wěn)定性差的煤層。主要由無機(jī)鹽、聚合物和暫堵劑配成，是目前國(guó)內(nèi)煤層氣鉆井廣泛采用的鉆井液類型。 使用這種鉆井液時(shí)，為了達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層的目的，現(xiàn)場(chǎng)施工和篩選鉆井液應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) （a）施工前，要進(jìn)行煤心損害評(píng)價(jià)，篩選對(duì)煤層吸附小的

42、聚合物作為提粘劑和降失水劑； （d）進(jìn)行鉆井液與煤及煤層水相溶實(shí)驗(yàn)，以減少煤層水與濾液和煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； （c）提高濾液的抑制能力，減少煤的吸附； （d）降低鉆井液失水，減少濾液對(duì)煤層的損害； （e）采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)煤層的鉆井工藝措施，如近平衡鉆井技術(shù)； （f）防止井漏，減少井漏地層的大面積污染； （g）優(yōu)化鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)，防止煤層井筒周圍的剪切應(yīng)力過大或過小，而引起滲透率的降低； （h）縮短完鉆和測(cè)試時(shí)間，減少鉆井液對(duì)煤層的浸泡時(shí)間。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)4、泡沫鉆井技術(shù)簡(jiǎn)介 泡沫作業(yè)技術(shù)是利用泡沫流體作為循環(huán)液進(jìn)行鉆井/取心和壓裂前后洗井作業(yè)的統(tǒng)稱，包括以下三部分： （1）泡沫流體 泡

43、沫流體屬于液包氣乳化液，不含任何固體顆粒。泡沫是氣體和泡沫基液經(jīng)過專門設(shè)備處理之后形成的均勻致密氣泡結(jié)構(gòu)，理想的泡沫應(yīng)具有一定的抗溫、抗壓及抗污染能力。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下泡沫密度可達(dá)到低于3，因此可以防止泥漿漏失，避免固相顆粒和鉆井液對(duì)煤層造成侵入性傷害；在負(fù)壓情況下，降低對(duì)井底巖石的 壓持效應(yīng)，大幅度提高鉆井速度。 良好的泡沫具有很高的粘度和穩(wěn)定性，環(huán)空上返能保持穩(wěn)定層流的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，井底返速達(dá)，既能有效攜巖，又能減少對(duì)井壁的沖刷，從而減少井下復(fù)雜事故。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) 泡沫流體可分為以下三種類型： （a）穩(wěn)定泡沫 在水中直接加入發(fā)泡劑制成，優(yōu)點(diǎn)配置工藝簡(jiǎn)單、成本較低、生泡能力強(qiáng)，不足穩(wěn)定

44、性較差。 （b）永久性泡沫 在穩(wěn)定泡沫基液中加入高聚物，提高泡沫基液的粘度，增強(qiáng)了生成泡沫壁的強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下泡沫密度可達(dá)到低于3，因此可以防止泥漿漏失，避免固相顆粒和鉆井液對(duì)煤層造成侵入性傷害；在負(fù)壓情況下，降低對(duì)井底巖石的 壓持效應(yīng)，大幅度提高鉆井速度。 良好的泡沫具有很高的粘度和穩(wěn)定性，環(huán)空上返能保持穩(wěn)定層流的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，井底返速達(dá)，既能有效攜巖，又能減少對(duì)井壁的沖刷，從而減少井下復(fù)雜事故。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) （c）粘性泡沫 在永久泡沫的基液中再加入膨潤(rùn)土，使泡沫的粘性進(jìn)一步提高，攜砂能力增強(qiáng)，在松散和破碎地層具有良好的適應(yīng)性。 不足是膨潤(rùn)土凝膠對(duì)電解質(zhì)較為敏感，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致

45、其抗污染能力降低。 （2）設(shè)備選擇 在進(jìn)行泡沫鉆井（取心）作業(yè)時(shí)，在常規(guī)井口裝置上應(yīng)安裝密封旋轉(zhuǎn)頭，地面設(shè)備的選配主要包括空壓機(jī)、注液泵、泡沫發(fā)生器等。 （3）泡沫鉆井（取心）工藝設(shè)計(jì)及施工技術(shù) 泡沫鉆井屬于負(fù)壓鉆井，井口裝置應(yīng)能滿足高一級(jí)的防噴要求，其工藝設(shè)計(jì)及技術(shù)要求如下： （a）泡沫鉆井（取心）工藝設(shè)計(jì) 主要包括泡沫返速、井深結(jié)構(gòu)、鉆具、鉆壓和鉆速等的設(shè)計(jì)。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù) （b）泡沫鉆井施工技術(shù)步驟 主要步驟包括試壓、替漿、試鉆、鉆進(jìn)中防卡等。 鉆井過程中要嚴(yán)格執(zhí)行”兩洗一劃“措施：接單根前劃眼并充分洗井，直到排除口已無巖屑排除為止；接單根后首先洗井，建立起正常循環(huán)后方可繼續(xù)

46、鉆進(jìn)。 鉆進(jìn)過程中保持對(duì)泵壓、轉(zhuǎn)盤負(fù)載及巖屑排除情況進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，正確分析判斷井下情況，及時(shí)排除可能出現(xiàn)的各類復(fù)雜事故。 設(shè)計(jì)的泡沫鉆進(jìn)段打完后應(yīng)充分洗井或劃眼，井眼正常后再進(jìn)行其它后續(xù)作業(yè)。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)5、屏蔽暫堵鉆井工藝 雖然過平衡壓力鉆井極易使鉆井液中的固相和濾液進(jìn)入煤層而造成地層傷害，但由于它具有實(shí)施方便、鉆井液選擇余地大、對(duì)地層的適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以仍常被采用，并且當(dāng)鉆遇高壓地層或瓦斯突出層時(shí)必須使用過平衡鉆井工藝。 屏蔽暫堵工藝是利用暫堵劑(一定尺寸的固相顆粒在打開煤層后的較短時(shí)間內(nèi)堵死煤層表面)防止固相向煤層深部滲透。有效封堵層的形成需經(jīng)三個(gè)步驟：架橋、填充、封堵，

47、其中架橋是最關(guān)鍵的一步，一定要在很短時(shí)間，很短的距離內(nèi)形成架橋，才有可能完成隨后的填充和封堵。Abrams等人的研究結(jié)果表明，在鉆井液中，只有足夠量粒徑大于1/3平均孔隙直徑的顆粒時(shí)，這些顆粒才會(huì)通過架橋作用在巖石表面附近形成濾餅，從而不使顆粒和鉆井液相滲入深部地層。對(duì)于像煤層這樣以裂縫型為主的煤層，應(yīng)采用纖維狀的顆粒來作為暫堵劑，另外還應(yīng)選擇鉆井后完井時(shí)解堵比較容易的暫堵劑，如酸溶性暫堵劑。5.3 煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)6、邊鉆邊完井工藝 這是一種人為地誘導(dǎo)煤層坍塌和形變來提高煤層滲透性的鉆井方法。也是一種外國(guó)在煤層氣開發(fā)中總結(jié)出來的、充滿逆向思維的新方法。如果煤層或煤系地層由于嚴(yán)重漏失、嚴(yán)重坍

48、塌，應(yīng)力敏感性很強(qiáng)或孔內(nèi)煤屑過多常導(dǎo)致礫石層(當(dāng)采用礫石完井工藝)堵塞時(shí)，可以采用這種鉆井完井合二為一的工藝。這類煤層往往連通性極好，無需后期酸化壓裂，所以在鉆井中可故意誘導(dǎo)煤層坍塌，并撈出坍塌物，在煤層中形成一個(gè)大的洞穴。這種方法在美國(guó)圣胡安盆地的Fairway地區(qū)被普遍采用。5.4 煤層氣固井技術(shù)1、煤層氣固井的技術(shù)難點(diǎn) 煤層氣井井深一般為300-1500m，地溫和地層壓力較低，目的層（煤層）膠結(jié)強(qiáng)度低、松散，在煤層段易發(fā)生井漏、井壁坍塌形成”大肚子“。 圖5-7 井徑擴(kuò)大井段固井質(zhì)量分析示意圖煤層氣固井的技術(shù)難點(diǎn)主要有：（1）容易在煤層段形成大肚子井眼；（2）固井時(shí)易漏失，水泥漿返速低；

49、（3）水泥漿對(duì)煤層造成傷害；（4）降低煤層傷害要與保證固井質(zhì)量有機(jī)結(jié)合，對(duì)固井水泥要求高；5.4 煤層氣固井技術(shù)2、煤層氣固井要求 （1）水泥環(huán)要有足夠的強(qiáng)度，滿足強(qiáng)化作業(yè)、增產(chǎn)措施的需要；（2）固井作業(yè)過程中要能盡量減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害；（3）由于煤層氣開采周期長(zhǎng)，在整個(gè)生產(chǎn)過程中要維持煤產(chǎn)層的地層穩(wěn)定，同時(shí)要為煤層氣采出提供一可靠的上升通道。3、煤層氣固井技術(shù) 在保證固井質(zhì)量的前提下，盡量控制水泥漿液柱壓力，實(shí)現(xiàn)近平衡壓力達(dá)到降低固井作業(yè)對(duì)煤層的傷害是煤層氣井固井的核心。研究認(rèn)為宜采用以下固井方法：5.4 煤層氣固井技術(shù)（1）空心微珠低密度水泥漿固井技術(shù) 低密度水泥漿（約3）是指密度低于常規(guī)

50、油氣井水泥漿密度（約3 ）。關(guān)鍵技術(shù)是水泥漿降重材料的選擇和水泥漿配方的研究，按照密度材料進(jìn)行分類分為加固體降重材料水泥漿（空心微珠水泥漿和粉煤灰水泥漿）和加發(fā)泡劑或空氣水泥漿（泡沫水泥漿和充氣水泥漿等），二者對(duì)比分析見表5-2。降重材料類型性能對(duì)比固體水泥石強(qiáng)度高、施工工藝技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低發(fā)泡劑或空氣水泥石強(qiáng)度低、施工工藝技術(shù)復(fù)雜、成本高表5-2 降重材料水泥漿特性對(duì)比分析表5.4 煤層氣固井技術(shù) 研究認(rèn)為空心微珠低密度水泥漿水泥石強(qiáng)度高、密度低，是較為理想的煤層氣固井水泥漿。 空心微珠是粉煤灰燃燒過程中的熔融灰分在表面張力作用下團(tuán)縮形成的空心球體。具有密閉、粒細(xì)、質(zhì)輕、壁薄的特點(diǎn)，配置的水

51、泥漿具有以下性質(zhì)：（a）密度低，一般可配置3的低密度水泥漿；（b）原漿失水量大，常溫、7Pa條件下，一般在3-4L/30min；（c）稠化時(shí)間長(zhǎng)，原漿稠化時(shí)間在300-400min之間；（d）水泥石強(qiáng)度低，比普通水泥石低約30%。 因此，在普通水泥中加入空心微珠不能直接用于煤層氣固井，必須進(jìn)行逐個(gè)篩選試驗(yàn)，加入降失水劑、調(diào)凝劑和增強(qiáng)劑。5.4 煤層氣固井技術(shù)（2）控制水泥返高 使用常規(guī)水泥控制水泥返高可以在一定程度上降低水泥漿的液柱壓力，達(dá)到防止固井時(shí)井漏和降低固井對(duì)煤層傷害的目的。在進(jìn)行注水泥設(shè)計(jì)時(shí)，以煤層孔隙壓力為主要依據(jù)，以水泥漿液柱壓力與煤層孔隙壓力基本平衡確定水泥返高，同時(shí)將水泥漿失

52、水控制在100ml以內(nèi)。在煤層壓力較高，技術(shù)套管下入深的井可以采用這種固井方法。水泥漿返高計(jì)算公式：式中：Hc水泥上返深度，m； r1最小漏失壓力當(dāng)量密度，g/cm3； rm固井前鉆井液密度，g/cm3； rc固井水泥漿密度，g/cm3； Hd最小漏失壓力處深度，m 。對(duì)煤層氣固井時(shí)水泥漿上返到煤層頂板以上200m左右為宜。5.4 煤層氣固井技術(shù)（3）繞煤層固井技術(shù) 繞煤層固井是消除固井作業(yè)對(duì)煤層傷害最有效的固井技術(shù)。其基本思路是在套管串中主力煤層部位安裝繞煤層固井工具，注水泥時(shí)，水泥漿到底煤層底部時(shí)經(jīng)繞煤層固井工具進(jìn)入導(dǎo)流管并從煤層頂部進(jìn)入環(huán)空。 繞煤層工具水泥漿不與煤層接觸，避免了固井水泥

53、漿對(duì)煤層的傷害，由于固井套管與水泥間無水泥環(huán)，減少了射孔阻力，增加射孔彈穿透深度，有利于后期作業(yè)（4）分級(jí)注水泥固井 分級(jí)注水泥固井是將固井水泥漿產(chǎn)生的液柱壓力部分分解到已凝固的一般水泥上，從而降低對(duì)煤層的壓力，實(shí)現(xiàn)近平衡壓力固井。 5.4 煤層氣固井技術(shù)（5）塞流注水泥技術(shù) 采用塞流注水泥技術(shù)時(shí)，在兩相界面上形成聚集物質(zhì)，在井眼擴(kuò)大段及不規(guī)則段，產(chǎn)生類似活塞一樣的頂替作用，同樣可以取得好的頂替效果。注水泥及替漿過程中，控制環(huán)空返速小于。 總之在固井作業(yè)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)煤層巖心強(qiáng)度和煤儲(chǔ)層地應(yīng)力特征設(shè)計(jì)水泥漿密度范圍和環(huán)空液柱壓力（按照常規(guī)要求，水泥漿密度應(yīng)大于井眼坍塌壓力、小于煤層滲漏壓力），在此基礎(chǔ)上，結(jié)合水泥漿強(qiáng)度要求，盡量采用較低的水泥漿密度；并在滿足固井質(zhì)量和保護(hù)儲(chǔ)層要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化作業(yè)程序。5.5 煤層氣井繩索取心技術(shù) 由于煤層的特性，