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摘要：煤层气井的研究在国内有着良好的应用范畴，我国有着丰富的煤气资源，但是实际人们对其的应用只是停留在最基础的层面上，煤层施工的过程有着较高的污染性，而且容易发生事故。文章对这一问题进行分析，希望可以给有关从业人员以启发。
关键字：煤层气井；固井技术；技术研究
1、前言
煤层气是一种非常规的天然气，主要成分是甲烷，其存在的主要方式是吸附在煤层的空隙当中，是一种新兴能源。我国现在对于这种资源的储量很大，但是与此同时对其的开发依然停留在一个低级水平，因而文章探究了相应的技术，以及实践的过程。
2、我国煤层气井固井技术现状
煤层气(煤层甲烷CoalbedMethane)是在煤层中自生自储的一种非常规天然气，以吸附或储集方式存在于煤层孔隙中，通过排水降压使其解析出来。煤层气是一种巨大的新兴潜在能源，它首先在美国试验研究成功，成为美国天然气生产的一个重要领域。我国是一个煤炭资源大国，资源量位居世界第三位，煤层气资源量约为301012~351012m3，与我国的常规天然气资源量相当，具有丰富的储量资源。作为一种新能源，煤层气不仅热值高，而且没有环境污染，具有广阔的应用前景。虽然我国煤储层基岩渗透率比较低，但每吨煤中的含气量均超过了10m3，已超过国外推荐煤层的开采标准。但由于对低压、低产煤层气的开发特点研究不足，重视程度不够，在钻井、固井过程中大多还是采用与石油、天然气基本相同的技术，对煤储层的保护也不够，致使部分井的试气不理想，产量比较低，影响了煤层气的开发工作。
3、煤层气井特点
与常规天然气储层不同，煤储层具有双重功能，煤层既是甲烷气的生气层又是储集层。和一般油气井相比，煤层气井具有以下特点:煤层气井井深浅，一般在200~1500m之间，井底的温度及压力低，远远小于油气井的井底温度与压力。煤储层是具有基质孔隙与裂缝孔隙特征的双孔隙系统，渗透率小于110-3m2(远远小于油气储集层砂岩的渗透率)。煤中大部分天然气呈吸附状态存在于基岩孔隙的内表面上，只有少量以游离状态(10%~20%)或溶解状态存在于煤层的孔隙与裂缝中，其储集方式和以游离态为主的石油、天然气有根本的不同。煤层孔隙压力梯度一般小于0.01MPa/m，属于低压地层，存在很大差异且很难预测。超低压煤层的压力梯度低达0.006MPa/m，高压煤层的压力梯度高达0.02MPa/m以上，即使在同一地区，压力梯度变化也很大。煤层微孔隙发育，割理多，非均质性强，机械强度低，力学稳定性差，在外力作用下极易破碎。该特点在钻井上极易引起煤层的坍塌、破碎，导致井径扩大。煤储层存在渗透性滞后现象。煤层经过多次的加压、卸压周期试验，测定不同压力下的渗透率，发现加压使渗透率下降，但卸压时渗透率只能得到一定程度的恢复，造成渗透率的损失。煤层的渗透性低，孔隙压力低，钻井和固井过程中过平衡压力大，煤层极易受到伤害。
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4、提高煤层气井固井质量的意义
煤层气为吸附在煤层孔隙与割理中的吸附气，它的产出规律与天然气正好逆向，必须经过较长时间的排水降压后才慢慢解析，最后达到可供工业性开采的气量。由于煤层气的产量低，可供开采期至少达20年以上，因此对井的寿命要求特别高。煤层气开发时，如果对完井技术不重视，采取的措施不当，煤层气产能很低。据报道，恰当的完井方法，可使气产量增加到原来的5倍。目前的完井方式主要有裸眼完井和套管射孔完井两种。在我国，由于受煤层物性的限制，98%的煤层气井需要进行大型水力压裂，所以裸眼完井应用较少，套管射孔完井是主要的完井方法。固井是套管射孔完井技术中的关键技术，煤层气井固井质量的好坏直接关系到煤层气的开发工作及产能的提高。因此，必须高度重视固井质量，在提高固井质量的同时，注意保护煤储层。
5、煤层气井固井的开发技术
煤层气井一般压裂投产，负压排水开采。这就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，而且固井施工对煤层的伤害小。煤层埋藏浅，井底温度及压力低，提高油气井固井质量的技术措施往往不适用于煤层气井，一般的水泥外加剂(如降失水剂)，由于井底的温度低也不能应用。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:煤层机械强度低，力学稳定性差，钻井过程中煤层易坍塌，形成不规则的井眼。井深浅，固井时替浆量少(一般井固井时替浆量只有4~10m3)，难以采用紊流顶替技术，顶替效率低，残留的滤饼和钻井液影响了对煤层的封固质量。水泥浆配方设计困难。适合于煤层气井固井的水泥浆配方能满足低温下固井的要求，保证第一和第二界面的封固质量，同时固井施工对煤储层的伤害小。煤层气井井深浅，井底温度低，一般在25~45之间，上部地层的温度更低。如山西JC地区的J11等井，井底温度只有30左右，远远小于油气井的井底温度。低温下水泥浆特别是低密度水泥浆的水化速度缓慢，水泥石早期强度和后期强度低。为加快水泥的水化速度，提高水泥石的早期强度，必须在水泥浆中加入早强剂或促凝剂，但早强剂或促凝剂会破坏降失水剂的降失水作用。低温下与降失水剂配伍的早强剂及促凝剂少，一般外加剂在低温下不起作用，因此水泥浆配方设计困难。水泥浆向地层的失水量大。煤层气井固井时水泥浆更容易向地层失水，滤液对煤储层的伤害比常规油气层严重得多。一是由于煤层气井井深浅(一般在200~1500m之间)，钻井液密度低，有的井甚至用清水钻进，钻井液性能差，井壁上形成的滤饼不密实，阻挡力小;二是由于煤层的孔隙压力低，固井过程中过平衡压力大，也加大了水泥浆向地层的失水，即使在水泥浆加入一般的降失水剂，水泥浆仍然很容易向地层失水;三是由于上部地层疏松，吸水性强，而且当煤储层遇水时，在很强的毛细管作用下，煤层的吸水反应强烈;四是由于煤层气井井深浅，井底温度低，候凝过程中水泥浆长时间处于液态，也加大了向地层的失水。在上述四个方面因素的影响下，水泥浆很容易向地层失水，使性能发生很大变化。不但影响了对煤层的封固，同时也会对煤层造成伤害。固井过程中复杂情况多，水泥浆易漏失。煤层段破裂压力梯度较低，而且煤层易破碎，即使用清水钻进，煤层段漏失现象时有发生。水泥浆密度比钻井液密度高得多(钻井液密度一般在1.03~1.08g/cm3之间)。水泥浆密度高或施工不当，固井过程中很容易漏失。一方面水泥浆低返，影响固井质量;另一方面水泥浆渗入煤层，对煤层造成极大伤害。煤层易受到伤害，保护煤层的难度大。当钻开煤层后，甲烷气从煤的内表面解析、扩散，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析过程。固井过程中如果环空的液柱压力高，水泥浆的失水量大，水泥浆性能差或施工不当，很容易对煤层造成伤害。固井施工对煤储层的伤害主要是水泥中的微颗粒对煤层割理与裂缝的充填与堵塞，其次为水泥浆液柱压力大于煤层孔隙压力所引起的高的侵入速度和侵入半径。
6、结束语
煤层气固井运行的过程中，有关工作人员需要根据煤层的具体压力情况来设计出来具体的施工体系，进而确保施工过程中的固井质量，尽量减少对于煤层整体的伤害，控制好泥浆压力进而平衡化固井中的液柱压力。
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论文作者:张瑞萌
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：煤层论文; 气井论文; 水泥浆论文; 孔隙论文; 压力论文; 地层论文; 煤层气论文; 《防护工程》2019年10期论文;