1、晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系畢業(yè)設(shè)計煤層氣的鉆井系 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 12煤1班 答辯時間 成 績 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)濟效益和社會效益，是天然氣最現(xiàn)實的接替能源。因此，煤層氣的勘探開發(fā)已在國際上引起廣泛關(guān)注。我國煤層氣資源儲備十分豐富，但目前我國煤層氣的勘探開發(fā)尚處于起步階段。通過多年的攻關(guān)研究和實驗，我國煤層氣開采企業(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.國外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及技術(shù)理論12.1國外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀12.1.1美國12.1.2加拿大22.1.3澳大利亞22.1.4俄羅斯32.2國外煤層氣勘探開發(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.國內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及主要技術(shù)分類53.1國內(nèi)煤層氣資源分布情況53.2國內(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煤儲層保護技術(shù)114.3煤層氣井完井技術(shù)124.3.1煤層氣固井儲層保護技術(shù)124.3.2防腐蝕固井技術(shù)13結(jié) 論14參考文獻15歡迎下載1.世界煤層氣資源分布我國是世界第一煤炭生產(chǎn)大國，同時我國的煤層氣資源也十分豐富。根據(jù)國際能源署（IEA）的統(tǒng)計資料和我過煤層氣資源評價結(jié)果，全球煤層氣資源量可能超過260，90%分布在12個主要產(chǎn)煤國，其中俄羅斯，加拿大、中國、美國和澳大利亞的煤層氣資源量均超過10。經(jīng)評價測定，我國在深埋300-2000m范

4、圍內(nèi)煤層氣資源量為31.46，與我國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)，對于促進我國能源轉(zhuǎn)型，提高我國整體資源運用效率和環(huán)保質(zhì)量均有重要的意義。2.國外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及技術(shù)理論2.1國外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀美國、加拿大和澳大利亞等國煤層氣勘探開發(fā)比較活躍，其中美國是世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最為成功、產(chǎn)量最高的國家。2.1.1美國美國煤層氣總資源量21萬億。全美含煤盆地大約有17個,已有13個進行了資源評價。按照地質(zhì)理論，這13個盆地可分為東部大盆地和西部大盆地兩類。西部大盆地擁有美國煤層氣資源的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。美國煤層氣工業(yè)起步于20世紀70年代，在80年代初，美國通過采煤前預(yù)抽和采空區(qū)井抽放回收煤層氣，并開始進行地面開采煤層氣試驗，1997年其產(chǎn)量達320億立方米，基本形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。美國利用地面鉆孔水力壓裂開采煤層氣技術(shù)和煤層氣回收增強技術(shù)。2004年美國煤層氣年產(chǎn)量達500億立方米，成為

6、重要的能源。美國煤層氣開發(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政支持、政策法規(guī)鼓勵和開放的市場,使美國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個盆地和含煤區(qū)煤層氣資源量為（17.976），其中，阿爾伯達省是加拿大最主要的煤層氣資源區(qū)。據(jù)阿爾伯達地質(zhì)調(diào)查估計,阿爾伯達地下煤層擁有煤層氣154000億，最終可回收量為21000億。因為加拿大西部地區(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)天然氣儲量和產(chǎn)量下降,供應(yīng)形勢日趨緊張,天然氣價格日益上升,給煤層氣的發(fā)展帶來了機遇。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。加里里盆地二疊紀至第三紀盆地,面積14萬，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盆地，面積30萬，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世紀末，充分吸收美國煤層氣資源評價和勘探、測試方面的成功經(jīng)驗，針對本國

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，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年底就達到18，現(xiàn)已進入商業(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。俄煤田正嘗試對煤層氣進行回收利用以減小由甲烷引起的溫室效應(yīng)。俄專家認為，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。俄專家認為，對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行采暖和發(fā)電，不會產(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。據(jù)媒體報道在俄已加入京都議定書的條件下，俄各煤礦今后將會更加重視使用煤層氣的回收技術(shù)，以控制本國溫室氣體的排放。德國、英國、波蘭、印度、等國家也在進行煤層氣資源的評價和勘探，但到目前為止，除美國、澳大利亞和加拿大等國之外，其他國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：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；三是運作時間長。由于煤層氣本身的特殊性，從地質(zhì)評價到工業(yè)開采一般需要相當(dāng)長的時間，大量投資在短期內(nèi)難以得到回報。2.2國外煤層氣勘探開發(fā)、利用的理論與技術(shù)2.2.1勘探開發(fā)理論20世紀80年代初，美國通過對含煤盆地群煤層氣成藏條件研究探索，取得了煤層氣“排水降壓解吸擴散滲流”產(chǎn)出過程的認識突破。并以此為依據(jù)，經(jīng)過理論研究與勘探開發(fā)實踐的多輪相互反饋，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，形成了以煤儲層雙孔隙導(dǎo)流、中煤階煤生儲優(yōu)勢與成藏優(yōu)勢、低滲極限與高煤階煤產(chǎn)氣缺陷、多井干擾、煤儲層數(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，美國又提出“生物型或次生煤層氣成藏”理論（Scott，1993），實現(xiàn)了自身煤層氣地質(zhì)理論突破。目前國外煤層氣理論研究和勘探取得的認識，主要有以下幾個方面：一是利用有機地球化學(xué)手段（主要是同位素研究），同一盆地不同部位，有時是一種成因占主導(dǎo)地位，有時是兩種成因共存，有時甚至是三種成因混合。二是受巖漿巖影響的煤儲層具典型的微孔結(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)造對煤儲層割理、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。六是儲層測試分析和數(shù)值模擬技術(shù)日趨完善。發(fā)明了瞬變流法甲烷擴散系數(shù)測試技術(shù)，開展了煤儲層滲透率與壓應(yīng)力、孔隙壓力關(guān)系實驗，修正了相對滲透率實驗，尤其是廣泛開展了同相多組分（二氧化碳、甲烷、氮氣）定成分膨脹或定體積壓縮吸附/解吸實驗，討論了二氧化碳、氮氣不同注入速度和不同注入期對甲烷生產(chǎn)的影響，并在煤層氣排采試驗中進行了大量應(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)。其重要性在于對產(chǎn)層

14、進行改造，以提高生產(chǎn)層的產(chǎn)量。目前國外針對不同儲層采用的壓裂技術(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氣泡沫壓裂，各項技術(shù)均已過關(guān)。此外，在生產(chǎn)實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，形成一個穩(wěn)定的大洞穴，同時消除可能已發(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現(xiàn)有效連通而達到增產(chǎn)的目的。該技術(shù)僅適用于含水和高滲透率煤層，對含水極少或不含水的煤層實施洞穴完井將堵塞裂隙孔道，降低滲透率，

15、對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CDX國際公司開發(fā)的，它是指在一個主水平井眼的兩側(cè)鉆出多個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1500m以上，主水平井眼兩側(cè)鉆814個分支，分支井眼長200800m。每個羽狀井組由4個多分支水平井組成，總進尺3.2m，一個井組控制4.8（相當(dāng)于16口直井的開采面積）。該項技術(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)、注氮氣、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、集氣與儲運技術(shù)和環(huán)保技術(shù)等。在此不一一介紹。3.國內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及主要技術(shù)分類3.1國內(nèi)煤層氣資源分布情況新一輪全國煤層氣資源評價結(jié)果表明，我國42個主要含氣盆地埋深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、西部及南方等四個大區(qū)，地質(zhì)資源量分別為11.3、10.5、10.4、4.7，占全國的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，占全國的56%和44%，新生界分布較少。從深度分布看，我國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，分別占全國的29%和42%；15002000m的煤層氣地質(zhì)資源量11.9，占全國的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，分別占全國的33%、22%和17%；可采資源量分別為3.9、1.5和

18、3.1，占全國的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參數(shù)指標(biāo)，進行綜合評價，將煤層氣資源分為類、類和類三個資源類別。類、類和類地質(zhì)資源量分別為12.9、22.0和1.8，占全國的35%、60%和5%；可采資源量分別為4.6、5.6和0.6，占全國的43%、52%和5%。我國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。地質(zhì)資源量大于1的含氣盆地（群）有鄂爾多斯、沁水等9個盆地（群），鄂爾多斯盆地資源量最大，為9.9，占全國的27%，其次為沁水盆地，資源量為4.0，占全國的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個盆地（群）。3.2國內(nèi)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀我國煤層氣開發(fā)利用起步較晚,其發(fā)展大體可分為三個階段。第一階段（20世紀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，很少對其進行利用。第二階段（20世紀70年代末-90年代初）：為煤層氣勘探開發(fā)試驗初期和煤層氣井下抽放利用階段。我國先后在撫順龍鳳礦、陽泉礦、焦作中馬村礦、湖南里王廟礦等礦區(qū)地面鉆孔40余個，并且進行了水力壓裂試驗和研究。同時,大量的煤層氣井

20、下抽放和利用項目進一步展開,至1993年,井下抽放系統(tǒng)年抽放量達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90年代初開始至今）：為煤層氣勘探開采試驗全面展開和井下規(guī)模抽放利用階段。這一階段開始引進國外煤層氣開發(fā)技術(shù)，開展了煤層氣的勘探試驗，取得了實質(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工作，許多國外公司如美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進行煤層氣勘探試驗。中國煤層氣地面勘探工作開始于1989年，到目前為止已在12個省、自治區(qū)登記了64個煤層氣勘探區(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)淺談我國利用地面鉆井進行煤層氣開發(fā)始于20世紀80年代, 80年代后期至90年代初,聯(lián)合國開發(fā)計劃署(簡稱UNDP)資助中國原煤炭工業(yè)部和地質(zhì)礦產(chǎn)部在山西柳林、晉城、陽泉及安徽淮南、河南安陽、河北唐山、東北鐵法等地區(qū)進行有針對性的煤層氣鉆探試驗。其中,原地礦部華北石油地質(zhì)局采用ZJ32鉆機共鉆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,美國的ICF、ARI、Enron、ARCO、PHILLIPS等公司紛紛介入中國煤層氣的勘探開發(fā),其鉆井完井技術(shù)基本上利用我國現(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多口試驗井,均為套管射孔壓裂完井。初步達到工業(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層的特殊地質(zhì)特性表現(xiàn)在以下幾個方面：1、井壁穩(wěn)定性差，容易發(fā)生井下復(fù)雜故障。煤層機械強度低，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，實施煤層保護措施難度大。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、證安全鉆進的矛盾，從而使實施煤層保護較油氣層更為困難。3、煤層破碎含游離氣多，取心困難。煤層機械強度低，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，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)達到一定值時會將煤心沖出取心筒，造成取心失敗。4、煤層氣井產(chǎn)氣周期長，對井的壽命要求高。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)過較長時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)為了易于實現(xiàn)水平井與洞穴井在煤層中成功對接

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)過小噴嘴時產(chǎn)生高壓水力射流，破壞煤儲層，形成洞穴。機械工具造穴法利用了機械切削的原理，用鉆具把特殊設(shè)計的機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，并在鉆具的帶動下旋轉(zhuǎn)，切削儲層,形成滿足實際需要的洞穴。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)進行井眼軌跡適時監(jiān)測與控制。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)測到的儲層伽瑪、電阻率參數(shù)來修正地質(zhì)模型并調(diào)整井眼軌跡。另外，定向工程師可以結(jié)合綜合錄井儀實時監(jiān)測到的鉆時和泥漿返出的巖屑，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控制井斜，所以常用塔式鉆具組合。如果直井段增斜較嚴重，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+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到設(shè)計要求，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。通過連續(xù)滑動鉆進的

27、方式實現(xiàn)增斜、降斜；通過復(fù)合鉆進的方式穩(wěn)斜，既達到了連續(xù)鉆進的目的，又可根據(jù)需要隨時調(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。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分支的設(shè)計側(cè)鉆點上部，然后開始上下活動鉆具，將鉆柱中的扭力釋放后開始懸空側(cè)鉆。側(cè)鉆時采取連續(xù)滑動的方式，嚴格控制ROP30S參數(shù)（30s的平均機械鉆速）。側(cè)鉆時將工具面角擺到90，首先向左/右下方側(cè)鉆，形成了一條向下傾斜的曲線。因為鉆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，以防止振動引起煤層的跨塌?；瑒觽?cè)鉆至設(shè)計方位和井斜后開始復(fù)合鉆進，鉆進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)為近鉆頭電磁測距法。這一概念是在1995年提出的。隨著兩井對接技術(shù)服務(wù)的市場需求，到1999年該技術(shù)得到了進一步發(fā)展并逐漸走向成熟。硬件構(gòu)成主要包括永磁短節(jié)和強磁計或探管。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的永磁短節(jié)通過洞穴井附近區(qū)域時，探管可以采集永磁短節(jié)產(chǎn)生的磁場強度信號，最后通過軟件可準確計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)鉆出多個水平分支井眼，也可以在分支上繼續(xù)鉆二級

29、分支，因其形狀像羽毛，國外也將其稱為羽狀水平井。多分支水平井技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項快速開采煤層氣資源的先進技術(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)的一種先進技術(shù)，這項技術(shù)在國外已廣泛地應(yīng)用于油氣勘探和開發(fā)領(lǐng)域，美國90%以上的煤層氣井都是采用欠平衡技術(shù)。在我國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，來實現(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，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。為了對煤儲層進行評價研究，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)。同時還要做解析、吸附試驗等，并據(jù)此來計算開采區(qū)煤層氣儲量，預(yù)測產(chǎn)氣量。為井網(wǎng)布置、射孔、壓裂設(shè)計等提供依據(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)針對煤層氣施工的特點，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，重點在提高鉆井液的抑制性，同時使鉆井液具有一定的造壁性、保護井壁和懸浮、攜屑能力。這種體系既解決了煤層氣井鉆進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）和井眼可能出現(xiàn)坍塌；下套管的井對煤層暴露有限，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，使每個直井都獨立生產(chǎn)，從而大大提高采收率。4.2.8煤儲層保護技術(shù)煤儲層保護一直是整個鉆井完井過程施工中必須重點考慮的問題之一。鉆井液完井液對煤儲層污染程度如何，直接影響到目的煤層物化參數(shù)的正確評價及產(chǎn)能的精確評估。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，針對該地區(qū)的巖性特點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，同時對下部煤層段也做到了有效的保護。主要措施有以下幾個方面：分層鉆井液體系及維護處理方法；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煤層氣固井儲層保護技術(shù)由于煤層氣機械強度低，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結(jié)合并進行了深入研究，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?；鹕交液推渌愋偷兔芏人酀{的密度相對較高，對儲層保護不利。空心微珠是煤燃燒后經(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、防濾液侵蝕儲層固井技術(shù)水泥漿濾液與煤層和流體作用而引起儲層的損害。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1500mL以上。室內(nèi)試驗結(jié)果表明，由于水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)時在濾液中形成大量Ca2+、Fe2+