??????? 2.1.2　僅煤層段采用氣體鉆井　在黑勇士盆地部分區(qū)塊的煤層氣開發(fā)實(shí)踐中，上部地層采用清水為主的鉆井液，煤層段采用以空氣或泡沫為循環(huán)流體的欠平衡鉆井作業(yè)。這樣可以使煤層段以上的地層減少井塌、地層出水等因素對鉆井施工的影響，使目的煤層得到最有效的保護(hù)，即使目的煤層較為破碎也不影響作業(yè)的成功。其缺點(diǎn)是需要在打開煤層前進(jìn)行鉆井介質(zhì)及工藝方法的轉(zhuǎn)換，增加了氣體設(shè)備和一些專用材料的投入。如果存在多個(gè)目的煤層，可以在鉆到最上部煤層前轉(zhuǎn)換成空氣鉆井，以使煤層得到最大的保護(hù)。?????????????????????
??????? 3 鉆井時(shí)保護(hù)煤儲(chǔ)層的主要技術(shù)措施煤儲(chǔ)層特征顯示開采煤層氣產(chǎn)量的影響因素較多, 在地面鉆井中選用的鉆進(jìn)方法及工藝對勘探煤層氣及保護(hù)儲(chǔ)層較為重要, 一般采用欠平衡鉆進(jìn)工藝。鉆井液使用低密度、低粘度、低失水量、中性pH 值及低固相含量的鉆井液。固井采用低密度、低上返的固井技術(shù)。這不僅對煤儲(chǔ)層具有一定的適應(yīng)性, 也保護(hù)了煤儲(chǔ)層的滲透性。
??????? 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, 減少對儲(chǔ)層的壓力侵害, 間接的降低了泥漿的比重。有利于煤儲(chǔ)層保護(hù), 特別是對水敏性、低壓、低滲透等復(fù)
??????? 雜煤儲(chǔ)層的保護(hù)?？諝鉂摽族N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。在水文地質(zhì)條件允許的情況下應(yīng)用空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝可以提高生產(chǎn)效率和錄井質(zhì)量, 同時(shí)能維護(hù)或改善煤儲(chǔ)層滲透性, 減少對環(huán)境的污染?？諝鉂摽族N鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要包括軸向壓力(kN)、回轉(zhuǎn)速度(r/min)、沖擊功(kg.m)、沖擊頻率(次/min)。在不同硬度的巖石中鉆進(jìn), 參數(shù)的選擇差異較大, 鉆進(jìn)硬度小的巖石時(shí), 鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)主要滿足回轉(zhuǎn)切削碎石的要求; 鉆進(jìn)堅(jiān)硬但膠結(jié)不好的巖石時(shí), 鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)滿足沖擊碎石的需要, 以形成體積破碎; 鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密的巖石時(shí), 鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)滿足沖擊和回轉(zhuǎn)兩種碎巖作用。空氣潛孔錘鉆進(jìn)采用空氣或空氣泡沫作為鉆井
??????? 液, 井內(nèi)的鉆井液壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儲(chǔ)層的地層壓力, 有效防止或杜絕巖屑顆粒、固相顆粒進(jìn)入儲(chǔ)層, 改善和保護(hù)了儲(chǔ)層滲透性。在山西沁南煤層氣田的地面勘探 中 使 用 美 國 Schumm 公 司 生 產(chǎn) 的 車 載 頂 驅(qū)T685WS、TWD130 鉆機(jī)施工 50 多口井, 單井平均建井周期為 6.5d。揭開煤儲(chǔ)層后 4h 完鉆, 在地層水較大時(shí)通過注入泡沫劑, 降低了井內(nèi)液柱壓力。空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝因?yàn)殂@井效率高, 儲(chǔ)層裸露時(shí)間短, 有效的保護(hù)了儲(chǔ)層。
??????? 3　國內(nèi)煤層氣井氣體鉆井應(yīng)用推廣方案
??????? 我國中部和西部煤層氣資源豐富，山西的沁水盆地和內(nèi)蒙的鄂爾多斯盆地是我國煤層氣資源量最大的兩大盆地，超過 10 萬億 m3，埋深 1500 m 以淺煤層氣資源占 60%，有利于煤層氣的勘探和開發(fā)。對比美國黑勇士和圣胡安盆地與我國沁水盆地和鄂爾多斯盆地地質(zhì)情況，總體上我國的煤層氣儲(chǔ)層具有低壓、低滲的特點(diǎn)，而且煤層大多不含水或弱含水，為開展空氣鉆井或泡沫鉆井提供了很好的地質(zhì)條件。根據(jù)我國煤層氣的賦存特點(diǎn)，可以考慮以下鉆井方式。
??????? 3.1　常規(guī)鉆井 + 氣體鉆井
??????? 主要思路是采用常規(guī)鉆井液鉆井和氣體鉆井相結(jié)合的方式，同時(shí)完成洞穴完井。在煤層上部的層段采用常規(guī)鉆井液完成，鉆到煤層段時(shí)轉(zhuǎn)換為氣體鉆井，然后進(jìn)行造穴完井。該方案適合鉆目的層只有 1 層的煤層，且煤層以上地層有地層水涌出，煤層段易破碎。需要補(bǔ)充的是，不是所有煤層都屬于特破碎，但是都應(yīng)該進(jìn)行煤層段的擴(kuò)眼作業(yè)，提高裸眼段井壁穩(wěn)定。
??????? 3.2　全過程氣體鉆井
??????? 3.2.1　基于洞穴完井的全過程氣體鉆井　該方案主要針對地層出水量小，目標(biāo)煤層超過一層的煤層氣開發(fā)。這種模式與常規(guī)氣體鉆井并無顯著的差別，但是在隨后的固井完井過程中，有可能再次傷害煤層。所以，該方案重點(diǎn)是在固井過程，有條件可以采用繞煤層固井技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)真正意義的保護(hù)煤層。對于目標(biāo)煤層多且出水量大的井，如果采用全過程
??????? 氣體鉆井來提速和保護(hù)儲(chǔ)層的話，只有犧牲部分煤層，保護(hù)最大目標(biāo)煤層，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開采。
??????? 3.2.2　基于注重提速的沖擊回轉(zhuǎn)鉆井　該方案主要針對所鉆地層較硬、煤層較淺地區(qū)，當(dāng)然還是要滿足氣體鉆井的使用條件為前提。如果所鉆地層較軟，則需要及時(shí)轉(zhuǎn)換為常規(guī)的三牙輪鉆頭鉆進(jìn)?？諝忮N鉆頭在硬脆性地層能獲得最好的應(yīng)用效果，另外空氣錘鉆進(jìn)主要依靠頻繁的“捶擊”破巖，并不需要加多大的鉆壓，因此，在表層或較淺的層段都有良好的使用效果。
??????? 總體上看，以上方案都可以最大化地保護(hù)煤層不受傷害，但需要的鉆井周期比一般的氣體鉆井要長，同時(shí)對空氣 / 氣體鉆井相關(guān)設(shè)備要求較高，比如增壓機(jī)、空壓機(jī)、車載鉆機(jī)等。對于煤層氣開發(fā)的快速發(fā)展階段，應(yīng)該著重從以上方案的基本思路出發(fā)，完善設(shè)備配套，加快多種鉆井方式的試驗(yàn)完善。
??????? 4 結(jié)論和建議
??????? 煤層氣產(chǎn)業(yè)是繼煤炭、石油、天然氣之后的戰(zhàn)略性“接替資源”, 具有很大的開發(fā)和利用潛力, 煤層氣鉆井技術(shù)要適應(yīng)煤儲(chǔ)層特征, 在鉆探技術(shù)不斷成熟的基礎(chǔ)上, 應(yīng)大力開發(fā)欠平衡鉆井技術(shù), 應(yīng)用空氣潛孔錘鉆井技術(shù)、并加強(qiáng)對保護(hù)煤儲(chǔ)層的鉆井液的研究。
??????? (1)氣體鉆井本身還存在一定局限性。如? 能? 用氣體鉆井的巖性類型是有限的,較老的、壓實(shí)的巖石最適合進(jìn)行氣體鉆井,而欠壓實(shí)的巖層不太適合進(jìn)行氣體鉆井;目前不能用氣體鉆含硫化氫地層,缺乏在欠平衡狀態(tài)下鉆含硫地層的工藝和裝備;應(yīng)根據(jù)地層含水量多少適時(shí)轉(zhuǎn)換鉆井介質(zhì)。所以在決定是否選用氣體鉆水平井時(shí),必須進(jìn)行技術(shù)、安全評估和經(jīng)濟(jì)評估。
??????? (2)氣體鉆水平井還存在一些技術(shù)瓶頸。如在井眼軌跡控制方面,由于缺乏適用于氣體鉆井的測量工具和經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)向系統(tǒng),薄油層不能使用氣體進(jìn)行鉆井。因?yàn)樵谳^薄地層中鉆進(jìn)時(shí),需要很多次的馬達(dá)校正,削弱了經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。以及由于水平井段摩阻的存在,限制了水平井氣體鉆井的長度;水平井段清潔難,限制了氣體水平井鉆井的效率。所以應(yīng)加強(qiáng)氣體鉆水平井配套工具和工藝的研發(fā)。
??????? （3）若采用氣體鉆井打開煤層而又必須下套管的話，建議采用繞煤層固井，從而實(shí)現(xiàn)鉆井完井全過程的煤層保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)最大的開采價(jià)值。
??????? （4）在地層出水量較大不能使用空氣鉆井時(shí)，可以適時(shí)轉(zhuǎn)化為霧化鉆井或泡沫鉆井。因?yàn)榕菽瓟y巖和處理地層水的能力較強(qiáng)，同時(shí)具有良好的保護(hù)井壁的能力。
??????? （5）對于我國煤層氣開發(fā)而言，應(yīng)加強(qiáng)常規(guī)鉆井和氣體鉆井相結(jié)合，同時(shí)考慮基于洞穴完井的全過程氣體鉆井和基于提速的空氣錘鉆井技術(shù)，還應(yīng)加強(qiáng)對氣體鉆井相關(guān)設(shè)備的配套和開發(fā)。
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