影響煤層氣鉆井工程的工程地質(zhì)因素分析

張瑩（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 晉城 048000）

影響煤層氣鉆井工程的工程地質(zhì)因素分析

張瑩（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 晉城 048000）

我國(guó)有著十分豐富的煤層氣資源，在當(dāng)今常規(guī)油氣開發(fā)面臨巨大壓力的背景下，加強(qiáng)對(duì)煤層氣資源的開發(fā)與利用，具有十分重要的意義。煤層氣鉆井工藝技術(shù)的好壞，對(duì)煤層氣井的產(chǎn)量及后期生產(chǎn)工藝產(chǎn)生著直接的影響，而煤層氣鉆井工藝又在很大程度上受到工程地質(zhì)因素的影響。本篇論文中，筆者主要對(duì)影響煤層氣鉆井工程的工程地質(zhì)因素進(jìn)行了分析，以供參考。

煤層氣；鉆井工程；工程地質(zhì)；影響因素

就現(xiàn)階段的情況來看，我國(guó)煤層氣井報(bào)廢的原因超過二分之一的屬于工程報(bào)廢，一些是由于固井質(zhì)量不合格而導(dǎo)致的報(bào)廢，還有一些是由于鉆井方面的原因而對(duì)煤層造成了污染，進(jìn)而導(dǎo)致煤層滲透率降低、壓力資料求取不精準(zhǔn)等問題的產(chǎn)生。面對(duì)這樣的現(xiàn)象，煤層氣資源的勘探、開發(fā)與應(yīng)用過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)影響煤層氣鉆井工程的工程地質(zhì)因素的重視與研究。

1 影響煤層氣鉆井工程井壁穩(wěn)定性的工程地質(zhì)因素

1.1 地應(yīng)力

對(duì)于巖石來說，其所處地應(yīng)力場(chǎng)通常情況下由最小水平地應(yīng)力、最大水平地應(yīng)力以及垂向應(yīng)力組成。在此基礎(chǔ)上，按照兩個(gè)水平主應(yīng)力、垂直主應(yīng)力之間的關(guān)系，就能將地應(yīng)力分為不同的類型，也就是正常地應(yīng)力、走滑地應(yīng)力以及反轉(zhuǎn)低應(yīng)力三種類型。煤層氣鉆井工程施工過程中，井壁穩(wěn)定性在很大程度上受到了原地應(yīng)力的影響，地應(yīng)力通常情況下會(huì)給井壁穩(wěn)定帶來兩種作用，也就是壓縮作用、抗張作用。具體來說，井孔周圍存在的應(yīng)力，不管是超過巖石的抗拉強(qiáng)度，還是超過巖石的抗張強(qiáng)度，均會(huì)導(dǎo)致井眼破壞問題的發(fā)生。若是井壁破壞主要表現(xiàn)為剪切破壞，那么就會(huì)造成井孔擴(kuò)大、井眼崩落，甚至?xí)霈F(xiàn)塌孔的現(xiàn)象；若是井壁破壞主要表現(xiàn)為張性破裂，那么就會(huì)造成地層原始裂隙輕微張開，從而導(dǎo)致井中鉆井液的大量漏失。

1.2 煤體結(jié)構(gòu)

煤體結(jié)構(gòu)指的是，在受到地質(zhì)構(gòu)造的作用之后煤層所表現(xiàn)出來的構(gòu)造特征或者是結(jié)構(gòu)特征。煤層的物性特征，包括滲透性、裂隙、孔隙、硬度以及粒度等，主要取決于煤體結(jié)構(gòu)，因此，煤體結(jié)構(gòu)資料在煤層氣資源的勘探與開發(fā)過程中發(fā)揮著十分重要的作用。煤體結(jié)構(gòu)通常情況下主要分為構(gòu)造煤、原生結(jié)構(gòu)煤兩種類型，其中，構(gòu)造煤又被分為碎裂煤、碎粒煤以及糜棱煤三種種類?？梢哉f，煤體結(jié)構(gòu)是煤巖綜合受力的一種宏觀表現(xiàn)，是對(duì)煤層氣井井壁穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性作用的一個(gè)重要工程地質(zhì)因素，煤體結(jié)構(gòu)與井壁穩(wěn)定性之間是正相比關(guān)系。

1.3 煤的堅(jiān)固性系數(shù)

堅(jiān)固性系數(shù)主要被應(yīng)用于煤礦安全領(lǐng)域的兩個(gè)方面，一是對(duì)井下瓦斯抽放鉆孔的孔壁穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，二是煤與瓦斯突出的孔壁穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。堅(jiān)固性系數(shù)，主要是對(duì)在幾種變形方式的組合作用下煤巖抵抗破壞的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，堅(jiān)固性系數(shù)越大，煤巖越堅(jiān)固，煤巖的抗擊破壞能力也就越強(qiáng)。也就是說，堅(jiān)固性系數(shù)越高，代表著井壁的穩(wěn)定性越好。

1.4 天然裂隙

煤層氣井井壁的周圍應(yīng)力分布指的是，鉆井進(jìn)行的時(shí)候，地層被鉆開，打破了原有的應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致地應(yīng)力被重新分布，在氣井的近井壁地帶產(chǎn)生了應(yīng)力集中。地應(yīng)力進(jìn)行重新分布的時(shí)候，煤層氣井近井壁存在的裂紋，在很大程度上受到壓剪作用的影響，從而在尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致近井壁裂紋遭受雙重應(yīng)力的作用，極易受到破壞。天然裂隙對(duì)煤層氣鉆井工程井壁穩(wěn)定性造成的影響，主要包括：第一，有可能降低井壁的失穩(wěn)載荷；第二，裂縫傾角大小在很大程度上影響著井壁的穩(wěn)定性，裂縫傾角越大，影響越小，水平裂縫的影響最大，直立裂縫的影響最小，具體來說，就是水平裂縫的影響大于傾斜裂縫的影響，傾斜裂縫的影響大于直立裂縫的影響；第三，與單一裂縫相比，多組裂縫組合體的影響更大；第四，裂縫的密度也在很大程度上影響著井壁的穩(wěn)定性，裂縫密度越大，井壁的穩(wěn)定性越差。

2 影響煤層氣鉆井工程破巖效率的工程地質(zhì)因素

2.1 可鉆性

可鉆性指的是，巖石破碎的難易程度，也就是在一定技術(shù)條件下巖石的鉆進(jìn)難易程度。對(duì)巖石可鉆性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，是鉆頭類型選擇、鉆井參數(shù)確定、鉆井效果預(yù)測(cè)以及鉆井工作定額制定的前提依據(jù)。通常情況下，隨著鉆進(jìn)深度的增加，上覆地層的壓實(shí)作用也在不斷增強(qiáng)，從而導(dǎo)致煤巖的可鉆極值也在不斷增加，鉆進(jìn)難度也越來越大?；谶@樣的原因，鉆井過程中，應(yīng)根據(jù)可鉆極值的改變，對(duì)破巖工具的類型以及鉆井工藝進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，以有效提高鉆井效率。

2.2 研磨性

研磨性指的是，使用機(jī)械方法對(duì)巖石進(jìn)行破壞的過程中，巖石、鉆井工具之間發(fā)生間接或連續(xù)的摩擦、接觸的時(shí)候，巖石對(duì)鉆頭產(chǎn)生的磨損能力。隨著鉆進(jìn)深度的增加，通常情況下，煤巖的各力學(xué)參數(shù)也在不斷增大，其中，抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的加大，往往會(huì)導(dǎo)致擠壓破巖難度上升，煤巖研磨性相應(yīng)的也會(huì)有所加大，導(dǎo)致破巖效率逐漸降低?；谶@樣的原因，鉆井過程中，應(yīng)隨著深度的增加，選擇與巖石研磨性相符合的鉆井工具，不僅能夠延長(zhǎng)鉆頭的壽命，還有利于提高破巖效率與鉆井質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，煤層氣鉆井工程在很大程度上受到了工程地質(zhì)因素的影響，因此，煤層氣開發(fā)與利用過程中，加強(qiáng)對(duì)工程地質(zhì)因素的研究，對(duì)于提高煤層氣鉆井工程的質(zhì)量與效果，具有十分重要的意義。

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[2]劉巖,張遂安,趙義強(qiáng),任飛,羅戀,趙曉莉.影響煤層氣井鉆采工藝的工程地質(zhì)因素分析[J].中國(guó)煤層氣,2013,(06):40-43.

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張瑩（1987-），女黑龍江蘭西縣人助理工程師本科主要從事煤層氣勘探開發(fā)工作