煤層氣井鉆井工藝分析及優化建議

張 峰

（河南豫中地質勘察工程公司，河南鄭州450018）

煤層氣體資源近年逐漸受到煤炭開采行業的重視，對于煤層氣體資源的開發也逐步成為加大研究力度的主要方向，鉆井設備是主要的氣井鉆井施工煤層氣井開采使用的主要工具。但是，因為煤層中的氣井具有儲層淺、含水比較豐富的特點，在氣井開采作業過程中，由于煤層堅固性差，煤層非常容易發生裂縫、坍塌事故，因此進行氣井鉆井過程中，由于操作鉆井設備不當或者鉆井的力度過猛等原因，煤層將會出現大范圍的塌陷以及污染物隨井液通過地層裂縫滲透至地下等事故，最終會造成氣層被大面積污染，如果煤氣層遭到污染，其氣井的價值將會大大降低，造成煤氣資源的巨大損失，這對企業以及社會都十分不利。所以，必須不斷優化煤氣井開采作業的生產工藝，制定出合理的鉆井施工工藝流程，確保鉆井開采作業能夠順利完成。

1 煤層氣井鉆井施工的工藝重要性

煤層氣井鉆井施工的工藝，其主要價值為，煤層可燃氣體已經逐漸成為城市能源的主力。在進行不斷擴大開采面積、范圍、頻率的同時，對其開采的技術要求與開采量需求也不斷提高，但隨著氣井開采規模、范圍的不斷加大，其氣井開采過程中出現的問題也逐步顯現出來，如氣井開采難度逐漸加大，氣井開采的采出率逐漸降低，在氣井開采的過程里，各種資源浪費現象非常嚴重，造成這些問題的原因主要為氣井開采前，沒有對煤層地質進行細致調查與研究，沒有根據煤層地質情況制定出合理鉆井施工工藝，從而導致開采過程中能源浪費非常嚴重，致使煤氣的應用價值受到嚴重影響，最終無法緩解能源短缺的社會問題[1]。而采用相應的煤氣井鉆井保護工藝后，在鉆井過程中其工藝能夠充分減少煤層坍塌事故的發生，能夠減少、避免污染物對氣層造成污染的情況發生，其主要是因為科學的鉆井保護工藝的制定，首先需要依據煤氣層地質的特點進行分析，然后根據具體情況制定出最佳工藝。利用正確科學的鉆井保護工藝進行施工，能夠高效、安全地進行煤氣開采，確保煤氣資源產出率得到大幅度提高，煤氣資源開發價值得到提升，通過鉆井保護工藝的實施，能夠很大程度提升煤氣資源的開采率，緩解社會對能源需求的壓力，進而對社會經濟建設起到促進作用[2]。

2 煤層氣井鉆井施工工藝的分析

煤氣井開采鉆井保護工藝的原理是，在煤氣層鉆井的過程里，使用合理的工藝來確保液壓柱的壓力于底層的壓力相等，從而保證煤層敏感壓力降低，使煤層坍塌可能性降低，減少了煤層裂紋的發生，很大程度上降低了煤氣污染的可能性，最終達到保護開采煤層的目的。鉆井保護工藝具體如下：

（1）霧化和氣體保護鉆井。根據不同環境的煤氣層，要使用不同的具有針對性的鉆井保護工藝，只有這樣進行開采鉆井才能達到最佳鉆井保護，才能達到煤氣開采效率最大化的效果。霧化和氣體保護鉆井的工藝，是多種鉆井保護工藝中的一種，其工藝主要在干旱、缺水的環境中使用。它的優勢是，氣體通透性強可以快速充滿空間，從而達到阻止污染物進入煤氣層，確保了煤氣層不受到污染物的污染，另外因為氣體具有沖擊性差的特點，能夠確保鉆井施工過程里，對煤層產生最小傷害，所以，霧化和氣體保護鉆井技術工藝非常適合環境水位低、滲透低煤層，也就是缺水、干旱的地質區域。霧化和氣體保護鉆井的工藝缺點是，不能適應環境比較復雜或濕潤的開采地層，容易形成泥環環境。如圖1所示。

圖1 泥環環境

同時，霧化和氣體保護鉆井的工藝對施工設備的精度要求很高，對設備操作技術、規范要求也很高，操作不當容易發生意外，所以，其使用環境有一定的限制[3]。霧化和氣體保護鉆井的工藝原理是，使用氣體將鉆井施工過程中產生的縫隙進行堵塞，防止發生污染物滲入，另外提高了煤氣層的滲透性能。

（2）泡沫保護鉆井。泡沫保護鉆井的工藝可分成兩類：一是穩定型的泡沫保護工藝。二是硬膠型的泡沫保護工藝，兩種保護工藝共同點是，泡沫均采用3種成分研制，其成分分別是空氣、穩定劑以及發泡劑。不同點是成分中最關鍵的部分不同，也就是穩定型的泡沫保護工藝中最關鍵的成分是粘土，它的主要作用是保證工藝的穩定，而硬泡沫工藝中最關鍵的成分是流體，它們之間存在不同的特點與優勢，所以，它們的使用要根據自身優勢在不同的環境中發揮作用。穩定型工藝應用在相對復雜、污染物較多的環境中，而硬膠的工藝應用在地質較硬、鉆井需要時間長的環境里。泡沫保護鉆井的工藝優點，能夠使煤層在鉆井的過程中不會坍塌、不會受到污染，鉆井的速度較高，可以在復雜環境中應用。其缺點是不能進行回收使用，是一次性的煤層氣鉆井保護工藝[4]。

（3）欠平衡型鉆井。欠平衡型鉆井的工藝是比較成熟的工藝，是使用較長的鉆井保護工藝，它的優點是設備比較可靠、技術相對完善、工藝比較成熟、操作簡單等，能夠確保鉆井施工效率以及鉆井施工的質量，它是一種可靠的鉆井保護工藝，同時它還能在確保開采鉆井順利進行的同時，大幅度降低鉆井所消耗的能源。其缺點是因為使用各種化學材料，會對地層造成永久破壞，從長遠看危害性較大。欠平衡型鉆井的工藝原理是使用化學混合液鉆井，從而形成特定保護層，在鉆井的過程里能夠保護氣層、煤層，能夠避免損害地質煤層。

（4）微過型平衡的鉆井。其工藝鉆井主要使用在難度大、控制難、鉆井液流失大的環境中。微過型平衡的鉆井保護工藝可以使鉆井時的鉆井液流失降低，從而使鉆井液附著于孔壁與水相結合，形成保護層的工藝，充分發揮出鉆井液實際效果，阻止了污染物滲入煤氣層，防止了煤層坍塌情況的發生[5]。

（5）一邊鉆一邊完井。煤氣層的地質特點為脆弱、容易坍塌，在煤氣層范圍之內的煤層非常容易出現坍塌現象，如果煤層受到沖擊，煤層就會發生變形或者坍塌，針對上述情況，在開采鉆井的工作中要使用一邊鉆一邊完井的工藝，它的優勢為能夠很大程度降低煤層坍塌的范圍，也能夠很大程度避免發生大面積的變形，大幅度降低鉆井的危險提高其鉆井的效率[6]。一邊鉆一邊完井的工藝原理是誘導其變形或者坍塌，利用非常規方法提高煤層環境滲透性能，也就是在出現漏失、坍塌情況下進一步誘導進行堵塞的疏通，從而使堵塞、坍塌物被剔除后，在進行煤氣層的開采作業。一邊鉆一邊完井的工藝，是一種應用的環境比較獨立的鉆井保護工藝。它的缺點是由于工藝采用逆向的思維獲得的工藝，所以存在不足，在應用過程里，必須嚴格按照規范進行操作[7]。

3 結束語

由于煤層的煤氣資源已經逐漸受到社會的認可，已經逐步應用于生活、社會、企業等各個方面，在很大程度上已經取代了部分天然氣資源，成為社會上依賴的資源，所以，對于煤氣開采鉆井越來越受到煤炭企業及社會的重視，由于煤氣開采的范圍、深度的不斷擴大，其開采的難度也不斷加大，因此，提高開采工藝確保開采鉆井順利進行成為企業研究的方向。本文根據煤氣層鉆井存在的問題，使用針對性的、可靠的、安全的鉆井保護工藝，在特定的地質條件下，使用特定工藝，有效地防止了污染物對煤層的滲透，做到了在鉆井過程中對煤層的保護，避免了對煤層造成的破壞。