鐵法礦區煤層氣井的施工實踐和體會

【摘 要】通過對鐵法煤田以往煤層氣井施工經驗和教訓的總結，提出適宜鐵法礦區煤層氣地面開發鉆井的井身結構、完井方式、方法、壓裂增產措施以及排水采氣等工藝流程。為本區煤層氣井的開發提供參考依據。

【關鍵詞】煤層氣；DT3井；固井；排水采氣

鐵法煤田位于遼寧省東北部，距沈陽市約100KM，交通便利。已探明煤炭17.5億噸。其中最有利于煤層氣開發的大興井田目前的煤炭保有儲量6.87億噸。煤層氣資源量達187億立方米。煤類為長煙煤和氣煤。

1995年起，東北煤田地質局在該區的大興井田共施工了DT1、DT2、DT3、DT4等4口煤層氣參數及生產試驗井。鐵法煤業集團根據這四口井所取得的參數，截止2010年又相繼施工了15口煤層氣生產井。通過這些井的實踐，使我們認識到，煤層氣資源開發的成敗與施工工藝及方法有著重要的聯系，下面簡介我們的施工方法和體會。

1 鉆井工程

1.1 井身結構

根據大興井田的地質條件，DT1井開孔井徑為∮395mm。井深58.2m時，下入日本產鋼級J-55.72m。上聯28m，注入鐵法產425#水泥4噸，清水1.5噸表套固井，固井后以244.5mm口經透孔并鉆進。井深769.25m時下入日本產鋼級J-55的∮177.8mm（內徑161.7mm）技術套管，總長766.53m，然后換井徑150mm鉆進。從757m下入并懸掛∮127mm生產套管，其中與煤層相對應的篩管53m。

DT2、DT3、DT4井簡化井身結構，開孔∮311mm井徑，下入∮244.5mm（內徑224.44mm）表層套管，穿過第四紀松散層段封隔第四紀含水層及風氧化帶，坐在致密完整的巖層。表層套管固井，水泥漿返至地表。然后采用∮215mm井徑鉆止終孔（最后一個產氣煤層以下50米，用作排水采氣過程中的沉沙），下入∮139.7mm（內徑124.3mm）生產套管，下深至井底。鐵法煤業集團施工的井基本均采用以上簡化后的井身結構。

1.2 儲層測試

DT1、DT2、DT3井共進行7段次試井，分別由3個試井隊完成。除DT2井的下煤段16、17煤層為管內測試外，其余6個層段均為裸眼測試。通過試井作業取得以下幾點體會。

1.2.1 試井膠套規格應有多種，以適應不同井徑的需要。

1.2.2 電子壓力計最好不隨油管一起上下，試井時預計的儲層壓力有變化時，可從油管中提上來，重新設置時間間隔，比全部提上油管方便。

1.2.3 套管內測試與裸眼測試比較其優點有二：一是可準確地測試煤層段的參數。二是安全可靠。

2 固井工程

2.1 裂隙發育。該井田地層裂隙，煤層割理比較發育。鉆進過程中經常發生過程度不同的漏失，給固井造成一定的困難。

2.2 固井水泥漿比重偏大。平均比重1.65，鉆進時泥漿發生漏失的層位，固井質量不好。

2.3 排量偏大。根據煤田鉆探經驗，同樣地區使用繩索取心金剛石鉆進，由于環宇間隙小，鉆井液在上返時呈紊流，紊流狀態的大排量形成較大的環空流動阻力，使本來就比較脆弱的地層造成局部層段壓裂漏失。

2.4 套管檢查不夠嚴格。DT1、DT3井固井時，天氣睛朗，套管檢查嚴格細致，下入井內沒有發生意外。DT2井于1997年1月中旬固井時，遇到大風雪，盡管也逐根進行檢查，可能還是有不合格套管下入了井內。

2.5 根據固井操作規程要先堵漏后固井。鉆井發現漏失層應及時進行水泥堵漏護壁。

3 排采工作

3.1 排采前的煤層改造

為了形成好的煤層氣氣流通道，我們經歷了裸眼造穴清水壓裂、清水攜砂壓裂、大規模高砂比高壓力的過程。

3.1.1 裸眼造穴清水壓裂對DT1井下煤組12、13、14煤層采用力水務沖割造穴工藝，∮150mm三翼鉆頭體側鉆眼，安裝并焊死∮12mm鉆頭噴射水嘴2個，進行了水力切割造穴，根據撈取煤顆粒返出量估算洞穴大小。煤層厚6.37m，返到地表顆粒返到地表顆粒量2860kg，煤的容重1.3，其體積為2.2m3，加上井眼體積0.13 m3，洞穴容積為2.33 m3，則理論直徑為0.68 m，加上沉淀坑中不可收集的煤粉，估算直徑應大于0.7 m。接著下入∮127mm篩管尾管總長103.27m，氣舉洗井后壓裂，壓入清水170 m3，井口壓力5.5Mpa。按設計∮177.8mm套管下在煤層頂板并進行了固井，由于斷層因素實際煤層深度下延40m，造成裸眼段過長，水量小又無支撐砂，近井帶煤層得到改造而遠井帶煤層沒有得到較好改造。造穴改造效果與后來的壓裂改造效果比較可看出鐵法煤田的煤層改造應以壓裂為宜。

3.1.2 清水攜砂壓裂，考慮到交聯液的化學分子對煤層的污染傷害，不攜砂會使所造的裂縫在地應力作用下重新閉合，對DT1井上煤組進行了清水攜砂壓裂改造壓裂分兩段進行。

（1）支撐石英砂充填地層裂隙，使泵壓曲線平緩下降，煤層改造的不夠理想；

（2）含砂比偏低，使導流能力提高不夠

（3）理僅溝通天然裂隙割理，沒造新縫。

3.1.3 細砂降濾失高壓壓裂，在DT3井壓裂設計中，先用100-120目的細砂對地層裂隙進行堵漏降濾失，再充填20-40目石英砂作支撐劑，在現場施工條件允許下，盡量加大砂比，泵壓曲線應有起伏，壓裂規模根據美國的低滲透率大規模，高滲透率小規模的經驗，結合DT3井所在斷塊該井距斷層達界的距離，設計單翼支撐縫長202.1m，支撐縫寬4.12mm。

3.1.4 壓裂施工的其它注意事項 煤層壓裂以溝通煤層割理天然裂隙為主，以造新縫為輔，彎曲延長，如果較長保持一定的壓力，也能溝通主應力方向的煤層割理，造出新縫。除DT1下煤組采用套管注入壓裂外，其余壓裂都采用油管混合注入壓裂，便于處理萬一發生的堵埋事故。

封隔方法，填砂法安全好，但準確程度差，壓裂后探砂面比壓裂前要低。用可撈式封隔器封隔，準確程度高，但易失效造成撈不上來的事故。

油田的設計壓裂模型與煤田煤層壓裂模型不同，現在還未聽說有煤田壓裂模型，用油田模型縫長設計時要加大系數，油田造直縫為主，煤田溝通彎曲縫為主。

3.2 排水采氣

煤層氣井的排水采氣工作，是檢驗煤層氣井設計，施工效果，是評價煤價煤層氣田的重要工作。

DT1井十煤組造穴水力激發后，1995年12月5日下入井下桿式泵排水；11日甲烷氣體從油套環行空間排出，點火成功，火焰2m左右，出日產氣量1000m3，平均日產水量10余m3。分析認為當初為近井地帶游離氣體，煤層段沒有改造，達不到長期采氣要求。

DT1井上煤組壓裂改造后，1996年11月27日開始排水采氣，經過幾個月的排水采氣，最高日產氣量417 m3，最高井口套壓1.85Mpa，沒有達到工業氣流要求。

DT3井壓裂后，根據水文地質資料，煤層及頂底板砂巖屬弱含水層，最大日排水量61 m3（通常30-40 m3/d）。7月12日修井作業，增大排水量，日產氣量穩步上升，由4月15日的14 m3/d上升到12月1日的6761 m3/d，最高井口套壓2.8Mpa。從4月9日開始排采。10月以后將排水量控制在20-30 m3/d，控制日產氣量2000 m3/d左右。經氣樣化驗甲烷含量93%。

作者簡介：

黃貴：(1955.12-)，男 ，遼寧省阜新市，大專 高級工程師 研究方向：煤層氣與鉆探工程