特性（ 煤阶、 煤层层数、 有效厚度和分布、 渗透率、 含气量、 压力、 强 度和稳定性） 等地层学条件试验了多种完井方法， 主要有裸眼完 井、 套管完井、 筛管一裸眼完井、 裸眼洞穴完井和水平排泄孔衬管 完井五种完井方法， 其中以射孔压裂完井和裸眼洞穴完井为主。
２ ． １ 裸眼洞穴完井
裸眼洞穴完井方法是在裸眼完井的基础上发展起来的一种 独特的煤层气完井方式。在较高的生产压差作用下， 利用井眼的
浆固 井可以 降低环空的液柱压力， 防止固井过程中水泥浆漏失，
也可以减轻对煤层的伤害。
美国已钻煤层气井约 １ 万多口， １ ９ ９ ８ 年底年产量已达 ３ ０ ０ Ｘ １ ０ １ ｍ ， 。 其煤层气钻井完井技术起步早、 发展快、 水平高。除综 合运用了当代油气井钻井、 完井技术外， 还根据煤储层特性、 产出 机理、 经济评价等方面与常规天然气储层的差异， 在试验和应用
（ ”存在状态不同。 煤层气主要呈吸附状态存在于基岩孔隙 的内表面上（ ７ ０ ０ ０ ＾９ ５ ％） ， 只有少量以游离状态（ １ ０ ％－２ ０ 写） 或
溶解状态存在于煤层的孔隙与裂缝中， 其储集方式和以游离态 为主的石油、 天然气有根本的不同。
道， 恰当的完井方法可使气产量增加到原来的３ ＾ － ５ 倍。
砂岩的渗透率） ， 储层孔隙压力一般低于静水压力。详见表 ｌ ，
表 １ 砂岩储层、 碳酸盐岩储层和煤储层特征对比表
类别 岩石
组成
生气
能力
气源 外源的
储气 方式
各向
异性
孔隙度
孔隙
大小
裂隙 粒间 孔隙型 孔隙一裂 不发育
渗透率 高低不等
１ ０ ０ ％ 砂岩储层 无机物
无
圈闭
均一性好 ， 规律性好
大小不等 大小 不等
的‘ ＇ Ｆ Ａ Ｉ Ｒ Ｗ Ａ Ｙ ＇ ’ 层， 采用洞穴完井就取得了较好的结果， 其产量 比 水力压裂增加了３ ＾ － ２ ０ 倍。
２ ． ２ 射孔压裂完井 洞穴完井工艺成功需要高渗透率、 超压和高挥发份烟煤 Ａ 煤阶几种条件的结合， 所以适用有局限性。下套管固井是目 前煤 层气通用的完井方法， 因为它的适用性很强（ 可应用于任何类型 的煤层） ， 这种方法完成的煤层一般都需要水力压裂。固井时主 要考虑将各层有效隔开， 在保证固井的质量的前提下， 尽量降低 对煤层的伤害。 为了减少水泥浆柱超静水压力对煤层造成的损害， 人们已 使用了大量方法， 如将水泥伞座放在 目 的层上部、 双级固井、 低密 度或超低密度水泥浆固井等。 ３ 国外煤层气完井的特点及完井方法的选择
中图分类号： Ｔ Ｅ ２ ５ ７ ． ９ 文献标识码： １ ３
煤层气井完井技术探讨
齐奉忠， 申 瑞臣
（ 中国石油勘探开发研究院廊坊分院完井所， 河北 廊坊 。 ６ ５ ０ ０ ７ ） 摘 要： 我国的煤层气资源十分丰富， 但开发利用刚刚起步。煤储层与一般的油气层相比， 埋藏浅， 微孔隙和裂缝发育。 煤层的机械强度和孔隙度低 ， 易坍塌 、 易污染。介绍 了煤储层及谋层 气井的特点、 煤层 气的完井方式、 国内目前煤层气 完井技术的现状及存在的问题， 并探讨了以后国内煤层气井完井所要研究解决的问题。 关键词： 煤层； 煤层气； 完井； 固井； 低密度水泥装
加剂， 避免固井期间固井液向煤层裂缝的漏失， 使固井成功率从 ４ ０ 写 提高到７ ５。 这种固井方法不仅改善了井眼规则性， 而且 可以节省两步固井方法的附加费用。Ｌ ｉ ｔ ｅ Ｃ Ｒ Ｅ Ｔ Ｅ Ｃ Ｂ Ｍ对煤层 施加的压力低， 避免了煤层破裂。因固井水泥含有特殊的纤维，
能桥堵裂缝并防止水泥浆漏失 ， 因此还避免 了水泥流人裂缝后 和裂隙。 ４ 国内目 前的煤层气完井技术现状 虽然我国煤层气勘探开发起步较晚， 但勘探开发工作发展
１ 煤储层及煤层气井的特点
与常规天然气储层不同， 煤埋藏浅， 一般在 ３ ０ ０ ＾ － １ ５ ０ ０ ｍ
之间， 井底温度及压力低 ， 远远小于油气井的井底温度与压力。 与常规油气储层相比， 煤储层与煤层气井具有以下特点：
（ ２ ） 保存方式不同。煤层气具有独特的保存方式 压力封 闭， 这种特殊的保存方式决定了其开采方式的特殊性。 （ ３ ） 采气方式不同。 煤层气产出 规律与天然气不同， 必须经过较 长时间的排水降压后才慢慢解吸。当井内压力降至解吸压力以下 时， 气体便从煤体内 表面解吸出 来， 并随着层内 流体由 压力高的区域 向 压力低的区 域渗流和聚集， 最后达到可供工业性开采的气量。 （ ４ ） 储层的特性不同。煤层割理发育， 易受压缩， 非均质性 强， 机械强度低， 力学稳定性差， 在外力作用下极易破碎。该特点 在钻井上极易引起煤层的坍塌、 破碎， 导致井径扩大。 （ ５ ） 存储的空间不同。 煤储层是具有基质孔隙与裂缝孔隙特 征的双孔隙系统， 渗透率小于 １ Ｘ １ ０ － － ＇ Ｋ ｍ ， （ 远远小于油气储集层
的基础上， 研究开发出了一整套适合煤层气开发的低成本快速 钻井和特殊完井技术， 为经济有效地开发煤层气起到了积极的
推动作用。 美国的煤层气开发者十分重视钻井完井过程中对煤层的保
（ ２ ） 双级固 井技术。 井深约 １ ０ ０ ０ ｍ左右的煤层气井固井， 有
的井采用了双级固井技术， 分级箍位于煤层的顶部。一级水泥凝 固以后， 再注二级水泥。
岩芯测定渗透率 对应力不敏感
高低不等 岩芯测定渗透率
０ ０ 环 碳酸盐 １ 岩储层 无机物 ． ９ ０ ％ 煤储层 有机物
无
外源的
均一性差， 规律 圈闭 性取决于碳酸盐 小一大 岩类型
吸咐 极不均一 ， 但有规律
对应力很敏感
有独特 的割理 系统
多 为 中 孔 （
迅速， 目 前对全国３ ０ 个含煤区钻探煤层气井 ２ ０ ０ 多口， 进行开采 试验， 初步形成了一套煤层气勘探开发技术， 而且还在鄂尔多斯 盆地东缘、 晋城矿区、 淮北矿区、 铁法矿区等获得了工业气流， 在 晋城地区探明了７ ０ Ｏ Ｘ １ ０ ＂ ｍ ＇ 的地质储量。 与美国相比， 中国的煤层渗透率通常在（ ０ ． ０ ０ １ ＾ － １ ． ０ ） Ｘ １ ０ － ３ ｋ ｆ ｍ ２ 的范 围， 属 于特低 渗 透； 煤层 孔 隙 压 力 。 ． ８ ７ －
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ ０ ５
西 部 探
矿 工 程
Ｎｏ ． １ ２
不稳定性， 在井壁煤岩发生破坏后允许煤块塌落到井筒中， 进而
形成物理洞穴（ 自 然裸眼洞穴完井） 。或者人工施加压力（ 从地面 注气） ， 使井壁煤层发生破坏， 再清除井底的煤粉， 进而形成物理 洞穴（ 动力或人工裸眼洞穴完井） 。从现场试验结果来看， 裸眼洞 穴完井的产量都较高， 且大大高于压裂完井的产量。根据美国的 经验， 如果煤层的渗透率大于（ （ ５ ＾ － １ ０ ） Ｘ１ ０ － ３ ｉ Ｉ ｍ １ ， 煤层易碎， 则 可采用裸眼洞穴完井。 裸眼洞穴完井方法增产效果十分明显， 如美国圣胡安盆地
煤层气（ 煤层甲烷 Ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ） 是在煤层中自 生自 储的 一种非常规天然气， 以吸附或储集方式存在于煤层孔隙与裂缝 中。我国的煤层气资源十分丰富， 预测全国有 ３ ９ 个含煤盆地、 ６ ７ 个聚煤单元， ２ ０ ０ ０ ｍ以浅的煤层气资源量约为 ２ ２ ． ５ Ｘ １ ０ １ ２ 耐。 加快煤层气的勘探与开发， 对于改善能耗结构， 缓和能源紧张状 况， 减少环境污染， 保障煤矿井下安全都具有重大意义。 与天然气储层不同， 煤储层具有双重功能， 煤层既是甲烷气 的生气层又是储集层， 因此决定了煤储层 比常规油气层更容易 受到损害。煤层的渗透性低， 孔隙压力低， 钻井和完井过程中煤 层极易受到伤害， 受到伤害后而且很难消除。煤层气开发时， 如 果对完井技术不重视， 采取的措施不当， 煤层气产能很低。据报
（ ３ ） 塞流顶替技术。 煤层气井套管下人浅， 替浆量少， 顶替时 很难达到紊流顶替的排量， 采用紊流顶替对设备和水泥浆性能
要求也比较高。塞流顶替对工艺和设备的要求不高， 对水泥浆性 能的要求也不十分严格。塞流顶替技术在安徽淮南、 河南安阳、 山西柳林等地区的固井施工中证明是成功的。 存在的问题有： （ １ ） 对煤层的伤害大。通过几年来的攻关， 基本解决了煤层 气固井的封固质量， 但仍未解决固井对煤层造成的伤害问题。 煤 层属强压力敏感低压低渗储层， 现有技术固井水泥浆液柱压力 与煤层静压差达到 ３ －７ ＭＰ ａ ， 导致煤层产生不可逆的塑性变形 而降低渗透率， 使钻井过程中保护煤层的努力失去意义。 （ ２ ） 没有针对煤储层低压、 低渗、 易伤害、 胶结性差等特点， 设 计适合于煤层固井的工艺技术和水泥浆体系。依然沿用油气井 的固井技术， 前置液、 水泥浆和施工工艺和油气井固井大体相同。 （ ３ ） 未严格控制水泥浆的性能。有的井固井时， 对水泥浆的 性能要求不严格， 水泥浆体系的稳定性差， 失水量高， 强度发展 慢， 有的井甚至用原浆固井， 这些都影响了对煤层的封固质量。 （ ４ ） 综合固井措施应用不好。和油气井固井相同， 煤层气固 井也必须从各方面人手， 采取有效的措施， 应用综合固井技术。 固井时应针对每口井的具体情况， 对影响固井质量的每个环节 都进行认真考虑、 细致准备， 争取将影响固井质量的每项因素都 减小到最低限度， 否则只注意一个方面或几个方面， 都不能很好 地固好井， 也不能很好地保护煤储层不受伤害。 （ ５ ） 保护煤层的措施不够。煤层气井固井时有的井没有针对
有 本层的
极小一
０ ． ０ ２ ＾ ０ ． ０ ３ １ ｕ ｎ
中等
） 和微孔（ ］、 ， 于
０ ． ０ ２ １ ｍ）
一般低于 １ 毫达西； 求岩 芯渗透率， 不能单靠岩芯 测定， 对应力很敏感
２ 煤层气常用完井方式 钻开煤层后， 甲烷气从煤的内表面解吸、 扩散， 通过裂缝流到 井内。如果煤层的孔隙和裂缝一旦受到损害， 其损害程度比常规 油气层严重得多， 不仅使气体的渗流通道受损， 而且还会影响甲 烷气的解吸过程。 为满足各种不同储层物性煤层气经济有效开发的需要， 根 据煤层顶底板岩层性质（ 岩性、 渗透率 、 应力和稳定性等） 和煤层