煤層氣井鉆井工藝分析及優(yōu)化建議

張 峰

（河南豫中地質(zhì)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(yè)的重視，對于煤層氣體資源的開發(fā)也逐步成為加大研究力度的主要方向，鉆井設(shè)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(yè)過程中，由于煤層堅固性差，煤層非常容易發(fā)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(shè)備不當(dāng)或者鉆井的力度過猛等原因，煤層將會出現(xiàn)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(yè)以及社會都十分不利。所以，必須不斷優(yōu)化煤氣井開采作業(yè)的生產(chǎn)工藝，制定出合理的鉆井施工工藝流程，確保鉆井開采作業(yè)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(jīng)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(shù)要求與開采量需求也不斷提高，但隨著氣井開采規(guī)模、范圍的不斷加大，其氣井開采過程中出現(xiàn)的問題也逐步顯現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)進行細致調(diào)查與研究，沒有根據(jù)煤層地質(zhì)情況制定出合理鉆井施工工藝，從而導(dǎo)致開采過程中能源浪費非常嚴重，致使煤氣的應(yīng)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(yīng)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(fā)生，能夠減少、避免污染物對氣層造成污染的情況發(fā)生，其主要是因為科學(xué)的鉆井保護工藝的制定，首先需要依據(jù)煤氣層地質(zhì)的特點進行分析，然后根據(jù)具體情況制定出最佳工藝。利用正確科學(xué)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(chǎn)出率得到大幅度提高，煤氣資源開發(fā)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(jīng)濟建設(shè)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(fā)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(jù)不同環(huán)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(huán)境中使用。它的優(yōu)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(chǎn)生最小傷害，所以，霧化和氣體保護鉆井技術(shù)工藝非常適合環(huán)境水位低、滲透低煤層，也就是缺水、干旱的地質(zhì)區(qū)域。霧化和氣體保護鉆井的工藝缺點是，不能適應(yīng)環(huán)境比較復(fù)雜或濕潤的開采地層，容易形成泥環(huán)環(huán)境。如圖1所示。

圖1 泥環(huán)環(huán)境

同時，霧化和氣體保護鉆井的工藝對施工設(shè)備的精度要求很高，對設(shè)備操作技術(shù)、規(guī)范要求也很高，操作不當(dāng)容易發(fā)生意外，所以，其使用環(huán)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(chǎn)生的縫隙進行堵塞，防止發(fā)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(wěn)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(wěn)定劑以及發(fā)泡劑。不同點是成分中最關(guān)鍵的部分不同，也就是穩(wěn)定型的泡沫保護工藝中最關(guān)鍵的成分是粘土，它的主要作用是保證工藝的穩(wěn)定，而硬泡沫工藝中最關(guān)鍵的成分是流體，它們之間存在不同的特點與優(yōu)勢，所以，它們的使用要根據(jù)自身優(yōu)勢在不同的環(huán)境中發(fā)揮作用。穩(wěn)定型工藝應(yīng)用在相對復(fù)雜、污染物較多的環(huán)境中，而硬膠的工藝應(yīng)用在地質(zhì)較硬、鉆井需要時間長的環(huán)境里。泡沫保護鉆井的工藝優(yōu)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(fù)雜環(huán)境中應(yīng)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(yōu)點是設(shè)備比較可靠、技術(shù)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(zhì)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(xué)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(xué)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(zhì)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(huán)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(jié)合，形成保護層的工藝，充分發(fā)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(fā)生[5]。

（5）一邊鉆一邊完井。煤氣層的地質(zhì)特點為脆弱、容易坍塌，在煤氣層范圍之內(nèi)的煤層非常容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，如果煤層受到?jīng)_擊，煤層就會發(fā)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(yōu)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(fā)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(dǎo)其變形或者坍塌，利用非常規(guī)方法提高煤層環(huán)境滲透性能，也就是在出現(xiàn)漏失、坍塌情況下進一步誘導(dǎo)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(yè)。一邊鉆一邊完井的工藝，是一種應(yīng)用的環(huán)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(yīng)用過程里，必須嚴格按照規(guī)范進行操作[7]。

3 結(jié)束語

由于煤層的煤氣資源已經(jīng)逐漸受到社會的認可，已經(jīng)逐步應(yīng)用于生活、社會、企業(yè)等各個方面，在很大程度上已經(jīng)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(yè)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(yè)研究的方向。本文根據(jù)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(zhì)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。