国内煤层气钻井完井技术发展现状
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【摘要】我国煤层气有预测储量35×1012m3[ 1]， 与常规天然气的资源量相当。但煤层气领域的勘探开发研究工作起步较晚， 钻井完井技术基本沿用常规油气井技术， 在产量方面迄今没有形成可供商业性开发的煤层气田。究其原因，现有煤层气钻井完井工艺技术一直是限制煤层气发展的重要因素。
【分类号】：U416.2
1.煤层气现状
虽然我国煤层气开发试验已遍布全国，但取得一定工业气流的煤层气井仅占钻探井的 7%左右。从钻井完井技术和设备方面来看，基本沿用常规油气井钻井完井技术， 而许多在常规低渗天然气井中应用相当有效的新技术（如水平井、欠平衡钻井、小井眼钻井等技术）未应用于煤层气开采，整体技术与美国煤层气开发技术相比存在着较大的差距。有些方面可能是制约我国煤层气突破的潜在因素，而且这些尚未引起中国煤层气开发试验决策者和技术人员的高度重视。
2.主要存在问题
2.1煤储层伤害
与常规天然气储层不同， 煤既是生气层又是储集层。煤层中的甲烷气体以三种状态赋存， 即：直接吸附在煤孔隙的内表面上， 以游离态分布在煤的孔隙和裂缝内，溶解在煤的地层水中。当钻进煤层后，甲烷气从煤的内表面解吸、扩散并通过裂缝流到井内。如果煤层的孔隙和裂缝一旦受到损害 ，其损害程度比常规油气层严重得多，不仅使气体的渗流通道受损 ，而且还会影响甲烷气的解吸过程。另外，煤是一种多孔介质，具有非常大的内表面积（一般可达10～40m2/g）和较强的吸附能力。当钻开煤层后，工作液和高分子聚合物都会吸附在煤层上。它一方面诱发煤基质膨胀而使有效裂缝受到挤压变窄；另一方面，聚合物在煤表面的多点吸附形成胶凝层堵塞煤层的裂缝和割理系统。而且在钻井、固井过程中，钻井液和水泥浆的密度控制不好或施工不当，易发生井漏而造成煤层大面积污染。
2.2 煤层气钻井的影响
中国的煤层渗透率通常在（0.001～1.0）×10-3μm2的范围 ，属于特低渗透层；煤层孔隙压力0.87～1.0MPa/（100m）， 属低压层[2]。而目前的钻井方法全部采用水基钻井液常规钻井工艺， 钻井周期长（14～125d）。采取了一些保护煤层的措施，但现场实施时往往考虑井下安全因素而提高钻井液密度，使煤层保护效果差。美国的经验表明， 欠平衡钻井技术是开发煤层气最有效的手段之一。对中国这种特低渗、低压煤层更应考虑空气（泡沫）等欠平衡钻井技术的应用， 减少过平衡压力对煤层渗透率的损害，最大限度地降低工程技术对煤层气产出的阻碍[ 3]。
2.3 煤层气固井工艺
煤层气井固井与常规油气井固井一样，直接关系到井的寿命和后续作业能否顺利地进行 ，而且与常规天然气不同的是它直接影响到煤层气的产量 。因此，固井是煤层气勘探开发过程中至关重要的环节之一。煤层气井通常具有：①井浅（一般为 400～ 1500m），替浆量少；加之煤层胶结强度低 、松散 ，井壁易坍塌，对多煤层井段易成“糖葫芦”井眼 ，顶替效率低。 ②温度低，在25～45℃时--影响水泥水化反应， 导致水泥浆强度发展慢，在井下环空长时间处于液态，浆体不稳定。③煤层段孔隙压力梯度低，一般小于 1.0MPa/（100m）；破裂压力也低，且割理裂隙发育 ，固井时水泥浆易漏失，水泥浆低返。这些因素往往难以保证煤层气井固井质量。国内开发出了“低温空心微珠低密度水泥浆领浆+常规水泥浆尾浆”体系， 结合控制失水、低返速塞流顶替等技术，基本解决了煤层气固井的封固质量，但仍未解决固井对煤层造成的伤害。这是因为煤层属强压力敏感低压低渗储层， 现有技术固井的水泥浆液柱压力与煤层静压差达到3～7MPa ，导致煤层产生不可逆的塑性变形而降低渗透率 ，使钻井过程中保护煤层的努力失去意义。此外，无法实施衡固井也使未来的煤层气空气（泡沫）钻井效果降低。
2.4煤层气完井方法
国内煤层气井的完井方法 98%采用套管射孔压裂完井[ 4]。仅“八五”期间煤炭系统进行了开滦“唐五井”、焦作13#井和江西“曲试1井”3 口煤层气井的裸眼洞穴完井试验，造穴初期增产2倍以上 ，但最终效果都不理想。从造洞穴的工艺来看， 国内都是采用简单的侧向喷嘴直接水力冲刺使煤层垮塌 ，再将煤屑循环出地面，形成一定的洞腔。其结果仅仅是井筒附近煤层垮塌，增大了面积，未出现由压力“激动”形成的近井地层破碎带和长距离应力扰动带 ，井筒有效渗透率基本未改变。这与美国的煤层气洞穴完井完全是两个概念 ，即中国的洞穴完井并不是真正意义上的洞穴完井 。另一方面，中国煤层多数不含水，目前全采用水基压裂液进行增产改造，而压裂液的返排率仅为35 %～68%，剩余水滞留煤层在一定程度上造成二次伤害；加之煤层松软、煤粉多，压裂砂的支撑效果相对较差，这也是导致部分井压裂无效的重要原因。因此，如果在中国选择渗透率相对较好的煤层， 进行真正的裸眼动力洞穴完井，其效果可能会有所改观。
3.国内煤层气钻井完井技术发展方向
（1）煤层气有其自身的一套勘探开发方法， 不能简单地照搬常规油气钻井 、固井和完井工艺技术；否则，很难取得实效。
（2）煤储层伤害是影响煤层气开发成功率的决定因素之一，尤其对中国这种低压、特低渗透率等特殊物性的煤层而言，钻井完井作业过程中对煤层造成的伤害比常规储层更为严重。由此可见，中国煤层气开发钻探技术的核心是尽量使所采用的钻井完井工艺技术不伤害煤层。
（3）中国煤层气开发不成功， 除了中国煤层的气饱和、特低渗透率等客观地质条件以外，主要是缺乏与空气（或泡沫）等欠平衡钻井、低压固井、气体动力洞穴完井等相适应的配套工艺技术。建议国内煤层气开发决策者和业主们高度重视煤层气钻井完井过程中压力对煤层的伤害问题，选择合理的钻井完井工艺方法。
参考文献
[1]张新民， 张遂安， 等.中国的煤层甲烷[ M].西安：陕西科学技术出版社， 1991：1～ 5.
[2]张彦平， 等.国外煤层甲烷气开发技术译文集[ M].北京：石油工业出版社， 1996.
[3]赵庆波， 等.煤层气地质与勘探技术[ M] .北京：石油工业出版社， 1999：1～ 99.
[4]朱兴珊， 徐风银， 罗平亚， 等.中国煤层气开发的特殊性和应采取的对策[ A].中国北京：煤层气开发与利用国际会议论文集[ C] ， 1995， 10：181～ 190.