第七章 煤层气井增产技术(压裂、洞穴完井等)
煤层气增产措施及存在的问题
收稿日期:2008-09-03作者简介:王东浩(1983-),女,吉林长春人,西南石油大学在读硕士,主要从事煤层气增产技术研究。
煤层气增产措施及存在的问题王东浩1,郭大立1,计 勇1,张鹏飞1,韦书铭2(1.西南石油大学,四川成都 610500;2.新疆油田分公司勘探公司,新疆克拉玛依 834000)摘 要:煤层裂隙系统是煤层气运移的主要通道,但其连通性差、渗透率低,因此需进行增产改造。
文章介绍了煤层气增产的水力压裂、注气驱替、多分支水平井、复合射孔压裂、采煤采气一体化、洞穴完井等几项措施,并对这些煤层气增产措施存在的问题进行了分析,指出了其技术研究的方向。
关键词:煤层气;增产;水力压裂;注气驱替;多分支水平井中图分类号:TD 712 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2008)12-0033-03我国煤层气资源丰富,发展煤层气工业不仅可以减轻石油供给压力、补充常规天然气长远资源量的不足,而且将有效改善煤矿生产安全条件,保护大气环境。
目前,制约我国煤层气开发利用的瓶颈除投资不足、政策扶持力度不够外,主要是针对性的基础研究和技术创新不够,缺乏适应于我国煤层气及其储层特点的重大技术,如资源预测与评价技术、钻井技术、增产改造技术、排采技术、地面建设与监测技术等。
而煤层气增产改造技术是其中的核心和关键,也是国际煤层气产业化所面临的、亟待解决的重大科学问题。
1 几种煤层气增产措施当前,煤层气增产措施主要包括水力压裂、注气驱替、多分支水平井、复合射孔压裂、采煤采气一体化、洞穴完井等。
1.1 水力压裂水力压裂是煤层气增产的首选方法、也是主要措施,美国90%以上的煤层气井是由水力压裂改造的,我国产气量在1000m 3/d 以上的煤层气井几乎都是通过水力压裂改造而获得的。
水力压裂主要是利用液体的传压作用,经地面设备将压裂液在大排量条件下注入井内,压开煤层裂缝,加入支撑剂,形成多条具有高导流能力的渗流带,沟通煤层裂隙。
煤层气井压裂工艺流程
煤层气井压裂工艺流程煤层气井压裂是一种非常有效的增产技术，采用该技术可以大幅度提高煤层气井的产能。
本文将介绍煤层气井压裂的工艺流程，帮助读者更好地了解该技术。
1. 前期准备工作在进行煤层气井压裂前，需要进行一些前期准备工作。
首先要进行地质勘探，确定煤层气井的地质特征和裂缝分布情况。
然后需要进行井筒清洗、井壁固井等工作，确保井下环境干净、整洁。
此外，还需要准备好压裂液、压裂管、压裂泵等设备。
2. 压裂液配方压裂液是煤层气井压裂的关键，其配方需要根据煤层气井的地质特征和裂缝分布情况进行调整。
通常压裂液包含水、泡沫剂、胶体、砂浆等成分。
其配方需要在实验室进行试验，确定最合适的比例。
3. 压裂管布置在进行压裂前，需要将压裂管布置到煤层气井内，以便将压裂液注入到煤层中。
通常，压裂管是由多段组成，其长度和数量需要根据煤层气井的井深和井径确定。
4. 压裂泵注入压裂液当压裂管布置完毕后，需要将压裂泵连接到管道上，并将压裂液注入到煤层中。
通常，压裂液会通过压裂管的缝隙渗透到煤层中，分解煤层内部的裂缝并将气体释放出来。
5. 压裂过程监测在压裂过程中，需要对压力、流量、温度等参数进行实时监测。
这些参数的变化可以提供有关煤层气井内部裂缝的信息，帮助工程师进行控制和调整。
6. 结束压裂并回流压裂液当压裂过程结束后，需要将压裂管中的压裂液回流到地面，以便对其进行处理和回收。
回流压裂液需要进行分析，以确定是否存在污染物和有害物质，以及是否可以重复使用。
通过以上流程，煤层气井压裂工艺可以很好地实现，并为煤层气的开采提供了一种有效的手段。
煤层气压裂技术及应用书
煤层气压裂技术及应用书煤层气是指埋藏在煤层中的天然气，是一种重要的清洁能源资源。
为了提高煤层气的采收率，保证煤层气井的稳产和有效开发，煤层气压裂技术应运而生。
本文将介绍煤层气压裂技术的原理、方法以及在实际应用中的关键问题。
煤层气压裂技术是指通过注入压裂液体，使其在含煤岩石中断裂，从而创造裂隙，增加天然气的流通面积和渗透率，提高煤层气的开采效果。
煤层气压裂技术主要包括水力压裂和气体压裂两种方法。
水力压裂是指通过注水泵将高压水注入煤层，增加煤层内的压力，使煤层裂开，从而促进煤层气与井筒的连接，提高煤层气的产量。
水力压裂的关键是选择合适的压裂液体，通常采用高浓度的水溶液和添加剂混合物，增加液体的黏度和稠度，提高水力压裂的效果。
水力压裂技术是煤层气开发中最常用的方法之一，广泛应用于大规模煤层气田的开发。
气体压裂是指通过注入压裂气体，利用气体的高压力将煤层断裂，创造裂隙，提高煤层气的渗透能力。
气体压裂主要包括液体氮压裂和临界点压裂两种方法。
液体氮压裂是指将低温液氮注入煤层中，通过氮气蒸发和煤层内部断裂，产生大量的裂隙和缝隙。
临界点压裂是指将临界点气体注入煤层，使煤层内的气体超过临界压力，从而引发煤层断裂，增加煤层气的产量。
气体压裂技术常用于较小规模的煤层气田开发中。
在煤层气压裂技术的应用中，存在一些关键问题需要解决。
首先是选井技术问题，包括选择合适的井位和井筒结构，以及合理布置井网，以提高压裂效果和采收率。
其次是压裂液体选择问题，包括选择适合的水质和添加剂，以及控制压裂液体的黏度和浓度，以提高煤层裂缝的渗透性和扩展性。
再次是压裂设计和施工问题，包括合理选择压裂参数，制定压裂方案，以及确保压裂工序的顺利进行。
最后是压裂后的油气开采问题，包括监测开采效果，调整开采方案，以及保证煤层气井稳定产量和长期运行。
总结起来，煤层气压裂技术是一种重要的煤层气开发方法，可以有效提高煤层气的产量和采收率。
通过水力压裂和气体压裂等方法，在煤层中创造裂隙和缝隙，增加煤层气的流通面积和渗透率。
煤层气固井技术及增产措施
06
煤层气固井技术及增产措 施的未来展望与建议
未来发展趋势预测
1 2 3
煤层气固井技术将不断升级
随着科技的不断进步，煤层气固井技术将不断升 级，采用更高效、更环保、更低成本的技术手段 ，提高煤层气开采效率。
智能化技术应用
未来煤层气固井技术将更加注重智能化技术的应 用，实现实时监测、自动化控制和远程管理，提 高生产效率和安全性。
高吸附性
煤层气储层具有高吸附性 ，对气体分子的吸附作用 较强。
裂隙发育
煤层中存在大量的裂隙， 这些裂隙对煤层气的流动 和开采具有重要影响。
煤层气固井技术的原理
保护煤层
固井技术的主要目的是在煤层上 形成一层水泥环，以保护煤层不 受外界环境的影响，同时防止气
体渗透。
防止裂隙沟通
通过在煤层之间形成水泥环，固井 技术可以防止上下煤层之间的裂隙 沟通，保持煤层的独立性。
提高气藏稳定性
固井技术可以增强煤层气的稳定性 ，防止气体在开采过程中过早解吸 。
煤层气固井技术的分类
全水泥固井
在煤层之间注入水泥，以完全隔 离上下煤层，防止气体渗透。
套管固井
在煤层之间插入套管，并在套管 与煤层之间注入水泥，以保持煤
层的独立性。
尾管固井
在煤层上方插入尾管，并在尾管 与煤层之间注入水泥，以防止气
02
技术适用性
除上述三种增产技术外，还有水力喷射增产技术、脉冲增产技术、地 热增产技术等多种煤层气增产技术。
不同的增产技术适用于不同的煤层条件和生产阶段，需要根据实际情 况选择合适的增产技术。
05
煤层气固井技术及增产措 施的应用实例
应用实例一：某地区煤层气开发项目
总结词
成功应用，增加煤层气产量，提高采收率。
煤层气井水力压裂技术
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
第七章 煤层气勘探开发测试技术
第七章 煤层气勘探开发基本参数测试技术
1. 基本参数测试方法 2. 试井技术 3. 原地应力测试 4. 实验室参数测试
3
一、基本参数测试方法
1 煤岩基质特性测定
特性 储集能力 吸附体积 气成份 储层几何形态 扩散率 测定方法 实验室等温吸附曲线测定 煤芯解吸试验 煤芯解吸试验/气相色谱 测井、录井及煤芯数据 煤芯解吸试验 或生产井采样测定 或地质分析 备注
二、试井技术
测试井生产系统
典型的钻柱测试管柱
二、试井技术
二次开井阶段： 时间30min-2h，为一关时间的4-8倍，可按 具体情况而定。 最终关井阶段（压力恢复阶段）： 所需时间至少与二次流动时间相当，一般 在后者的1.5倍以上，低渗储层更长。 经过第一次开井后，储层可能恢复到原始 状态，因此，第二次开井和关井常能获得准确 的地层参数
二、试井技术
2）平均储层压力
储层压力是煤层气开采过程中的关键参数，压力的原始状 态，标志着煤层气的原始吸附条件。压力的不断变化，预示着 吸附条件的改变，进而对煤层含气性变化产生影响。而试井是 得到煤储层压力的唯一有效方法。
3）煤层的伤害和改善
煤层在钻井完井过程中，会受到某种程度的伤害，进而影 响煤层气的产出。试井资料获得的表皮因子S，可以定量评价地 层被伤害的程度。若通过储层强化措施，还可以通过S值的降低 评价改造效果
关键技术：在注入过程中不得将地层压裂。同时，为使 应力对渗透率的影响最低，注入压力应尽可能的低。
二、试井技术
（1）概念
2）段塞测试
常用于评价饱和水且原始地层压力低于静水柱压力的煤层。
所谓“段塞”是指通过井筒瞬时向储层段注入水体或从井筒 抽出一定体积的水体，引起水位随时间的变化（即压力瞬变）， 然后测量恢复过程中压力随时间的变化，直至地层初始压力，由 此求取渗透率、井筒储集系数和表皮系数，达到储层评价的目的。 段塞法首先用于评价水井，经过工艺修改后用于油气井，实 质是钻杆测试的一个特例。 段塞测试（Slug Testing）就是通过钻孔向储层段注入或抽 取一定量的流体，根据实测压力曲线进行储层参数计算。
煤层气固井技术及增产措施
施，如压裂、酸化等，有效提高了储层渗透性和产能。
参数优化与调整
02
通过数值模拟和现场试验，对增产措施的施工参数进行了优化
和调整，实现了最佳增产效果。
经济效益评估
03
对增产措施的经济效益进行了综合评估，包括投资回报率、产
能提升幅度等，证明了增产措施的有效性和可行性。
实践经验分享与启示
重视地质研究
深入开展煤层气藏地质研究，准确刻画储层特征和产能潜力，为 固井技术和增产措施的选择提供依据。
这些结合应用不仅能够提高煤层气的产能，还有助于降低开发成本，为煤层气产业的可持续 发展提供有力支持。
05
案例分析与实践经验分享
案例一：某煤层气田固井技术成功应用
1 2 3
固井技术选择
针对该煤层气田的地质特点和开发需求，选择了 适宜的固井技术，有效封隔了煤层气层，防止了 气层间的窜流。
固井材料优化
性能和耐久性提出更高要求。
高压气窜
煤层气井生产过程中，高压气体 可能导致水泥环破坏，引发气窜
事故，严重影响生产安全。
环保要求
传统固井技术使用大量水泥浆等 材料，对环境造成一定压力。开 发环保型固井技术是未来趋势。
固井技术发展趋势
高性能固化材料
研发具有优异耐温、耐压、耐 腐蚀性能的新型固化材料，提
高固井质量和耐久性。
确保生产安全
固井技术是确保煤层气井完整性和稳定性的关键，能够防止井壁坍 塌、地层流体窜流等安全事故，保障生产过程的顺利进行。
保护煤层气藏
合适的固井技术和增产措施能够减少对煤层气藏的破坏，最大限度地 保护储层，延长气田寿命。
展望
智能化技术应用
环保与可持续发展
多学科联合攻关
煤层气生产工艺流程
煤层气生产工艺流程
煤层气生产工艺流程包括以下步骤：
1. 排水降压：通过排水降压，促使煤层气从吸附状态转变为游离状态。
2. 气体扩散和渗流：CH分子从高浓度区向低浓度区运动，从基质向割理扩散，通过煤层裂缝系统向生产井筒渗流。
3. 煤层气开采：利用有效的改造技术（如压裂、洞穴完井等），使人工裂缝尽可能的连通煤层中的天然裂隙，加速煤层裂隙内的水和气流的渗流速度，以加快“排水—降压”过程，提高煤层气产量。
4. 煤层气处理：经过处理后，煤层气可用于加工利用或排放至总回风流中。
请注意，具体的生产工艺流程可能因实际情况而有所不同。
如需更多信息，建议咨询专业人士。
第七章 煤层气增产技术
水力压裂 压裂技术方案
射孔： 102枪102弹、90°螺旋布孔、射孔密度为16孔/m
支撑剂 类型： 石英砂（兰州石英砂或承德石英砂均可）
粒径： 20/40目中砂 +16/20目粗砂（尾追）
水力压裂
压裂技术方案
压裂施工排量 活性水：6.5 —7.5 m3/min； 胶 液：4.5 —5.5 m3/min。 加砂规模： 不低于6～10m3/m煤
7.0
3# 505.80—512.00m/6.2 505.8-512.0
6.2
15# 636.10—640.30m/4.2 634.5-640.5
6.0
3# 518.10—525.30m/7.2 517.5-525.5
8.0
注二氧化碳提高煤层气 采收率技术
18911226088
zhang_ho_2002@
地表
一开井眼 F311.15mm
表套F244.4mm
二开井眼 F215.9mm
放射性同位素释放器
生产套管F139.7mm
3 号煤层 15 号煤层
放射性同位素示踪剂/伽玛测井技术
a. 第一条同位素咖玛曲线
b. 第二条同位素咖玛曲线
c. 第三条同位素咖玛曲线（5hr后）
F001井3号煤层压裂裂缝示踪剂法监测咖玛曲线对比图
3.068E+6
2.000E+6
3
f = 0.001 Pi = 7650 kPa
3
6512.2～518.7 / 6.5
511.1～511.9 (0.8) 516.0～517.5 (1.5)
15
618.0～622.1 / 4.1
618.2～619.4 (1.2) 620.4～621.8 (1.4)
煤层气压裂和排采技术
20世纪80年代，我国开始引进和消化吸收国外先进的煤层气压裂技术，经过多年的 研究和实践，逐步形成了具有自主知识产权的煤层气压裂技术体系。
02
煤层气压裂技术原理
高压气体在煤层中的作用
01
02
03
扩展煤层裂隙
高压气体在煤层中产生压 力，使煤层产生裂隙，增 加煤层的渗透性。
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某矿区煤层排采技术的应用
总结词
实现了煤层气的持续稳定生产
详细描述
在某矿区，通过应用煤层排采技术，实现了煤层气的持续 稳定生产。该技术通过建立排水系统，将煤层中的水排出 ，从而释放出被水封存的煤层气。通过持续稳定的排采， 确保了煤层气的持续供应。
总结词
降低了生产成本
详细描述
该技术的应用显著降低了煤层气的生产成本。由于排采技 术能够有效地将煤层中的水排出，减少了人工排水和相关 设备的投入，从而降低了生产成本。
某矿区煤层气压裂和排采技术的联合应用
总结词
提高了资源利用率
VS
详细描述
联合应用这两种技术提高了该矿区的资源 利用率。通过气压裂和排采的联合作用， 充分释放了煤层中的气体资源，提高了资 源的利用率，延长了矿区的开采寿命。
某矿区煤层气压裂和排采技术的联合应用
总结词
促进了矿区可持续发展
详细描述
该技术的应用促进了该矿区的可持续发展。通过优化煤层气开发效果和提高资源利用率， 矿区的经济效益得到提高。同时，降低生产风险和保护环境也有利于矿区的可持续发展。
总结词
有效缓解了矿区环境压力
详细描述
煤层气井增产技术
*摘 自 《 岩 石 力 学 》， 华 东 水 力 学 院 等 合 编
低一个 数量级
§7.4 水力压裂
煤层渗透能力 对增产效果的影响
煤层气开发 理论与技术
• 高渗煤层压裂往往受施工排量的限制而形成短而宽裂缝 • 低渗煤层则不然，会形成窄而长的裂缝。
• 高渗煤层需要较宽裂缝，以提高压裂裂缝的导流能力，提高产量； • 而低渗产层则需要形成更长裂缝，以增加线流面积提高产量。
No. 4 Coal Seam
No. 3 Coal Seam
5-1/2" Production Casing with Formation Packer Shoe
Rathole
Longwall Mining Equipment
中国石油大学（北京）煤层气研究中心
3
JAF01741.CDR
§7.2 裸眼完井
表 3-5 本次实验煤样与常规砂岩、页岩的力学参数对比
岩性
本次实 验煤样
抗 张 强 度 （ MPa） 1.0
杨 氏 模 量 （ MPa） 2947
泊松比 0.29
砂岩 页岩
3.9～ 11.77 1.96～3.9
16642～ 47622 12503～ 41179
0.1～ 0.52 0.09～ 0.35
§7.4 水力压裂
孔隙结构、煤层气、赋存与产出 对增产效果的影响
压力减小 吸附态 溶解态 游离态
压力增大
煤层气开发 理论与技术
§7.4 水力压裂
煤层气开发 理论与技术
煤层的岩石力学性质 对增产效果的影响
（1） 煤层的岩石力学性质制约着压裂裂缝的 形成、扩展及形态
（2） 煤层及顶底板岩石力学性质差异控制着——压裂裂缝的高度及 “T”形裂缝的形成
第七章 煤层气地质录井、气测录井技术
C1 C 2 Td12 Td 22 t0 H1 H2 Q 4Q 4Q
式中： C1和C2——分别代表钻杆和钻铤的内容积， m3 ； Q——钻井液泵排量， m3 /s； d1和d2——分别为钻杆和钻铤的内径， m； H1和H2——分别为钻杆和钻铤的长度，m；
（7-2）
7.1 地质录井技术
煤的构造是指煤成分之间的空间排列和分布特点以及它们之间的 相互关系。煤是一种沉积岩，煤最重要的构造标志是层理。按层理特 征又分为层状构造和块状构造。
（k）含油气性 前已述及，不在重复。
7.1 地质录井技术
2、岩屑录井 地下的岩石被钻头钻碎后，随钻井液被带到地面上，这样的岩石碎块称 为岩屑。如果是煤碎块，称为煤屑。
第七章 煤层气地质录井、气测录井技术
• 地质录井技术 • 气测录井技术 • 资料的录取与总结
7.1 地质录井技术
在煤层气勘探过程中，通过地面地质调查和地球物理勘探 可以认识有利含煤区和有利构造，但必须通过钻井和试气才能 证实煤层气藏有无工业性开采价值。地质、气测录井工作的任 务是在钻井过程中取全取准各项直接反映地下地质情况的原始 资料和数据，为煤层气评价提供可靠的第一性资料，同时决定 该井有无试气价值。 1、岩心录井 岩心是最直接最可靠反映地下地质特征的第一性资料。通 过岩心分析，可研究钻遇煤层及其顶底板的岩性、物性、电性、 含油气性，掌握煤层的生气特征及其地球化学指标，分析沉积 环境，认识构造和断裂发育情况，是煤层气勘探综合评价的依 据。
在钻井过程中地质人员按照一定的取样间距和迟到时间，连续收集与观 察岩屑，并恢复地下地质剖面的过程的称为岩屑录井。具有低成本、简单易 行、了解地下情况及时和资料系统性强等优点。 （一）选取有代表性的岩屑
两种不同完井方式的比较：裸眼洞穴完井与套管压裂完井
比较裸眼洞穴和套管水力压裂完井技术在新墨西哥州圣胡安盆地的应用摘要自从19世纪50年代圣胡安盆地第一口煤层气井钻井以来，完井技术有了大幅度的提升。
最初的井都使用裸眼完井，然而除了分隔不同煤层外，井壁稳定性是另一个重要问题。
套管完井后又进行了射孔和水力压裂措施。
圣胡安地区大多采用煤层裸眼洞穴完井，但是最近裸眼完井重新在该地区应用起来。
之后将裸眼段和未固井的预射孔套管连通。
在圣胡安盆地由Blackwood&Nichol公司管理的布兰科东北部地区，套管压裂完井技术和裸眼洞穴完井技术都在使用。
这为比较并最终决定采用哪项技提供了难得的机会。
简介圣胡安盆地Fruitland层煤层气储量预计为50万亿立方英尺。
开发这样的大气藏的前提条件是定位富集区的可靠技术和开采煤层的创新技术。
煤储层是非均质的，即使同一区域的气藏地质条件也可能不同。
储层参数如渗透率、压力、含水饱和度、含气量，地质参数如煤阶、厚度和天然裂缝决定了气藏的生产潜力。
完井和采气技术影响气藏的产能和有效采收率。
并列比较不同完井技术效果时，储层和地质参数的影响较完井技术本身要更大。
圣胡安盆地产出油气的历史已有65年之久，主要层位是Fruitland层以深的多个砂岩层。
由于Fruitland浅层超压煤层可能引发井喷，造成在这些地区深部层位钻井有风险。
讽刺的是，现在开发的大多煤层气藏正是以往打井时要避开的超压层。
圣胡安盆地Fruitland层最早的煤层气井于37年前投入开发，即1952年。
自那之后采用了多种多样的完井技术，然而还从未确定过某种技术为“最好的”。
1988年Blackwood&Nichol公司开展了一项关于煤层气井钻井的合作研究，具体层位位于新墨西哥州圣胡安盆地布兰科东北部地区的Fruitland层，本文报告正是基于上述研究作出的。
该研究由能源公司承担，由天然气研究所通过西部白垩纪煤层气藏项目赞助。
目前在布兰科东北部地区，由Blackwood&Nichol公司负责实施套管压裂和裸眼洞穴完井，因此提供了一个难得的机会比较这两项技术。
煤层气地面开发技术
第七章 煤层气地面开发技术煤层气地面开发包括煤层气生产井的施工和后期的排采管理两部分内容，涵盖了煤层气生产井的钻井、测井、固井、增产改造、设备安装、排采等一系列程序。
第一节主要内容：一、煤层气井完井方式1、裸眼完井裸眼完井又分为常规裸眼完井和裸眼洞穴完井。
（1）常规裸眼完井通常，煤层气井裸眼完井是在煤层顶部下表层套管后，一直钻进煤层至设计深度终孔，将煤层用砂或砾石填满，然后将套管下到煤层上方并注水泥返至地表，再用空气或水冲洗井眼，使煤层裸露。
（2）裸眼洞穴完井裸眼洞穴完井适用于高压、高渗透性厚煤层。
该方法是在井底造一个大的洞穴，下入割缝衬管后进行排采作业。
2、套管射孔完井套管射孔完井时钻穿煤层直至设计井深，然后下生产套管至煤层底部“口袋”，注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿生产套管、水泥环并穿透煤层某一深度，建立起气流的通道。
3、混合完井混合完井也叫多煤层完井，根据各煤层的特点和上下围岩的性质，使裸眼完井和套管完井在同一口井同时使用。
混合完井的形式包括套管射孔完井、套管射孔+裸眼完井、裸眼洞穴完井等几种类型。
一般情况下，上部煤层采用套管射孔或套管割缝完井，下部煤层采用裸眼完井或裸眼洞穴完井。
4、水平井完井技术水平井完井由地面垂直向下钻至造斜点后，以中、小曲率半径侧斜钻进目的煤层，在煤层中按设计方向延伸几百米至上千米。
水平井的水平段一般采用裸眼完井或214英寸（11.43cm ）割缝衬管完井。
二、煤层气井固井工艺向煤层气井的钻井井眼中下入套管，并在套管和井壁的环空中注入水泥浆，以加固井壁、封隔煤层的施工程序叫固井。
通常煤层气井从大到小要下两至三层套管。
1、下套管下入井内的套管，根据其作用不同，可分为三种。
第一种为表层套管，其作用是封隔地表不稳定的松软易坍塌地层、水层、漏层；安装井控的井口装置。
第二种是支撑中间套管，下入深度一般是数十米到数百米，水泥返到地面。
第三种为生产套管，它将目的层与非目的层隔开，给煤层气生产形成中途不流失的通道，为实施增产措施创造条件，水泥返到地面。
煤层气开发工艺技术规程
煤层气开发工艺技术规程煤层气是指煤层中嵌入的天然气，其开发利用对于能源供应和环境保护具有重要意义。
为了保障煤层气开发过程的安全、高效、环保，需要制定煤层气开发工艺技术规程。
以下是一份700字的煤层气开发工艺技术规程：一、前期调查和评估1. 煤层气资源勘查：采用地质勘探、测井、采样等技术手段，确定煤层气储量、赋存状态、地质条件等。
2. 煤层气区块选址：综合考虑煤层气资源条件、地质条件、环境因素等，选择适宜的开发区块。
3. 煤层气勘探评价：对选定的开发区块进行煤层气勘探，评估煤层气资源储备量和可采储量。
二、钻井和完井技术1. 钻井设计：根据煤层气地质条件和开发需求，制定合理的钻井方案，包括钻井深度、井径、井壁稳定等。
2. 钻井作业：按照设计方案进行钻井作业，控制钻井质量，及时处理井下问题。
3. 完井设计和作业：根据地质条件和煤层气储层特征，设计合理的完井方案，进行固井、油管处理等作业，确保煤层气的产能和稳定性。
三、煤层气开采技术1. 煤层气透气技术：采用适宜的透气方式，提高煤层气渗透性，提高煤层气产出能力。
2. 煤层气增产技术：采用压裂、刺激等技术手段，增加煤层气产能。
3. 采气方式选择：综合考虑煤层气地质条件和开发需求，选择抽采、抽吸等采气方式。
4. 煤层气控制技术：采用适当的压力维持措施，保证煤层气开采的安全和有效性。
四、煤层气运输和利用技术1. 煤层气收集和处理：选择合适的收集方式，对采集到的煤层气进行处理，包括除尘、除水、脱硫等。
2. 煤层气管道运输：设计合理的管道网络，进行煤层气的运输和分配，确保煤层气的安全和有效利用。
3. 煤层气利用技术：采用适宜的利用方式，包括发电、供热、化工等，最大限度地实现煤层气资源的价值。
五、安全环保要求1. 安全管理措施：建立严格的安全管理制度，加强安全培训和技术交底，提高作业人员的安全意识和技术水平。
2. 环境保护措施：制定环境管理方案，采取降尘、防治水和废弃物处理等措施，保护周边环境的安全和健康。
煤层气洞穴完井技术
煤层气洞穴完井技术徐云龙;李亚男;夏文安;张晓明【摘要】煤层气洞穴完井技术既是一种裸眼完井技术,又是一种增产技术,在适宜的地层该技术能够大大提高近井地带的渗透率,从而提高煤层气的采收率.该技术在美国圣胡安盆地的高渗煤层取得了巨大的成功,但是在其它区域并没有像圣胡安盆地那样效果明显,究其原因对该技术的增产机理及煤层适应性的认识还有一定的差距.分析了洞穴完井技术的增产机理及洞穴完井的煤层适用条件,对洞穴完井技术的储层选择、井身结构、工艺流程及设备配套进行了详细论述,并介绍了国内的现场试验情况及取得的一些有益经验,为该技术以后的推广应用奠定基础.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2017(044)005【总页数】4页(P27-30)【关键词】煤层气;洞穴完井;增产机理;工艺流程【作者】徐云龙;李亚男;夏文安;张晓明【作者单位】胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017;胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017;胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017;胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017【正文语种】中文【中图分类】TD842煤层气裸眼洞穴完井技术起源于美国，1977年Amoco公司施工的Cahn1井裸眼完井后得到较高的产量，从此以后才有意识对套管下部裸眼井段进行扩眼完井。
1986年Meridian公司开始在圣胡安盆地使用该技术，通过压力“激动”使井壁坍塌扩大裸眼洞穴，才真正发展为裸眼洞穴完井技术。
随后，该技术在圣胡安盆地得到了推广应用，其产量是水力压裂产量的3～20倍，而且施工成本比水力压裂低。
目前在圣胡安盆地有三分之一是采用裸眼洞穴完井技术，这部分井的产气量占整个盆地产量的76%左右。
这说明该技术在圣胡安盆地是优于水力压裂技术的，然而在其它区域进行试验的结果并没有取得象圣胡安盆地那样的开发效果，因此，这种增产技术在特定煤层的适用性还需要进一步研究[1-3]。
煤层气井水力压裂技术
水平裂缝
单一垂直缝 单一水平缝 复杂缝
第一次停泵裂缝形态（近井）
第二次停泵裂缝形态（近井）
第三次停泵裂缝形态（远井）
一、煤层特征及压裂的特点
7、 裂缝形状与煤层埋深关系
3.5 3
y = 18.732x -0.4143
© ¨psi/ft£ È £ Ý ¶ ¹ Ì Æ Ñ
2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 500 ® É ¾ î £ ¨m£ © 1000 1500
二、煤层水力压裂工艺技术
1、施工参数------携砂液量和顶替液量 （1）携砂液量在砂量（有时地质要求）确定后根据平均 砂比计算。或者给定改造范围, 通过软件模拟计算得出。
（2）顶替液量根据进液管柱结构考虑地面管线后计算得
出。
（注：上述内容与普通油气田水力压裂基本相同，同时应
该指出，合理的加砂程序非常重要，也是施工成功的关键）
煤层气井水力压裂技术
内
容
一、煤层特征及压裂的特点
二、煤层水力压裂工艺技术
1、施工参数 2、压裂材料 3、裂缝诊断 4、压后管理 三、影响煤层压裂效果的因素
一、煤层特征及压裂的特点
一、煤层特征及压裂的特点
1、煤岩的结构煤层气储存方式
面割理 微 孔 隙 吸 附 储 气 端割理 孔隙 油 气 储 存 空 间
实验结果
体积压缩系数 （1041/MPa） 1.26 / 1.65 5.27 2.12 抗压强 度 （MPa） 191 168 81 43 125
1 2 3 4 5
0.19 0.16 0.28 0.30 0.07 0. 17
一、煤层特征及压裂的特点
煤岩力学特征参数
杨氏模量低：煤岩的杨氏模量在1135～8800MPa之间，为常规
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近井地带的空化区和塑性裂缝 渗透率增强区（挠动带）的平面示意图
洞穴完井技术
增产机理
（1）实际洞穴 就是在煤层重复性坍塌和煤屑的清除过 程中形成的。 这就增了煤层的裸露面积，同时也消除 了煤层在钻井过程中受到的伤害 （2）在井筒周围形成一定范围的破碎带 （图2-3-8），使煤层内一些处于封闭状 态的原始微裂缝相互沟通，在面割理方 向也增加了微裂缝的数量。 （3）在破碎带周围形成挠动带。由于应 力释放作用会在剪切破碎带以外产生一 定的挠动效果，这种挠动效果相当于一 种压力波的冲击作用，从而在煤层形成 一个半径约60m左右的渗透率升高区，即 挠动带。
《煤层气开发与开采》
第一章 绪论 第二章 煤层气储层特征 第三章 煤层气钻井技术与工程设计 第四章 煤层气工程管理与质量控制 第五章 煤层气测井 第六章 煤层气钻井 第七章 煤层气增产技术 第八章 煤层气排采控制理论与工艺技术 第九章 煤层气数值模拟
第七章 增产技术与增产机理
煤层气裸眼完井技术 煤层气水力压裂技术 注氮气/二氧化碳提高采收率技术 注氮气多煤层连续油管压裂技术
洞穴完井技术
钻孔结构
裸眼洞穴法完井钻孔结构
（1） 造穴后不下套管， 适用于稳定性 较好的储层， 是目前普遍采用的钻孔结 构。 （2） 造穴后下入套管， 可适用于稳定 性较差的储层。 （3） 侧孔造穴， 在已有的钻孔中造斜， 形成一个侧孔， 在侧孔中完井， 以降 低钻探费用。 （4） 造穴失败， 改用水力压裂法完井。
18911226088 zhang_ho_2002@
煤层气井增产技术
裸眼扩径
洞穴完井
水力压裂
第一节 裸眼洞穴完井技术
发展历程
洞穴完井是20世纪80年代发展起来的一种完井技术，其最早的形 式是裸眼完井。 直到1977年阿莫科公司用裸眼技术完成了卡恩 (Cahn)1号井并发现较强的气产量后，才有意识地对裸眼井段进行下 套管扩眼。之后，许多公司相继在圣胡安盆地北部煤层气采用这一技 术，人们开始认识到其潜在的优势。 1986年Meridian 石油公司开始在圣胡安盆地使用类似的裸眼完井技 术， 使煤坍塌增大井下洞穴，才真正发展为裸眼洞穴法完井技术。 现在美国有许多作业者已经用裸眼洞穴完井技术代替了对煤层进行水 力压裂处理。
1988~2000年圣胡安盆地和总美国煤层气产量对比图
洞穴完井技术
设备
洞穴完井技术地 面设备
洞穴完井技术
设备
洞穴完井技术地 下设备
洞穴完井技术
设备
洞穴完井技术整 体设备
现场作业
洞穴完井技术
典型的井场布置示意图
现场作业
洞穴完井技术
洞穴完井技术
侧向水力喷射形成湍流 达到更好的冲刷、清洗
煤屑的效果
洞穴完井技术
洞穴完井技术的量化储层条件：
裸眼洞穴法完井对储层有严格的要求。 适合采用该技术的储层渗透性要 好， 最好渗透率在20md以上，煤级在高挥发分烟煤A以上、埋深在600～ 1000m 范围内， 储层压力在1.2*10-2MPa/m之上。在此条件下，采用裸眼 洞穴法完井时渗透率是最关键因素（煤层本身必须有发育完好的自然裂隙 系统）。在任何一个煤盆地中，必定存在高渗储层，在高渗储层发育区， 必定存在渗透性较好的储层段。寻找这类储层是裸眼洞穴法完井的关键。
洞穴完井技术
洞穴完井技术的适宜条件：
美国的实践表明，适宜洞穴完井的最主要的储层条件是高渗高压，其 次还要求煤层厚度适中、煤层顶板稳定、煤的硬度适宜等。之所以必须高 渗高压，主要机理是：只有高渗高压才能注入雾化气体到煤层中，才能高 效造穴和洞穴的外围的有效的放射状的人造裂缝。否则，要么无法形成增 产所必需的洞穴和放射状裂缝（如河北唐山煤矿因煤硬度较大而导致洞穴 完井失败），要么洞穴坍塌严重，无法保持洞穴的有效性（如河南荥巩煤 田因煤属于典型的构造煤而导致洞穴完井失败）。
洞穴完井技术
完井效果评价
煤层气井内不规则洞穴的声纳测井曲线
裸眼洞穴法完井效果检 验是通过试井或试生产 实现的。通过完井前后 试井或试生产获得的渗 透率和产出速率的比较 ，就可评价完井强化的 成功与否。另外，通过 声波测井可确定洞穴的 形状和大小
洞穴完井技术
实际完井效果
裸眼洞穴完井方法增产效果十分明显，如 美国圣胡安盆地的“FAIRWAY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3-20倍。从圣胡安盆地已钻 的4000多口煤层气井来看，有三分之一是 采用裸眼洞穴完井，这三分之一洞穴完井 的井产气量占整个盆地产量的76%。
洞穴完井技术
洞穴完井的增产机理：
通过动力造穴工艺，在形成 一定规模的洞穴的基础上，还 会在洞穴的外围形成一些放射 状人造裂缝及诱导裂隙，人工 放射状裂缝切截天然裂隙，使 原始闭合的天然裂缝重新开启， 形成纵横交错的裂缝网络，使 近井处渗透率大大提高，同时 应力得到释放，煤的比表面积 增加，便于煤中吸附气的解吸 和扩散。从而实现解堵和增产 效果。
第一节 裸眼洞穴完井技术
2、裸眼洞穴完井 造穴过程
第一步：形成洞穴区
第一节 裸眼洞穴完井技术
造穴过程
第二步：形成塑形及张裂区
第一节 裸眼洞穴完井技术
造穴过程
第三步：形成挠性区
第一节 裸眼洞穴完井技术
增产机理
加速注入流体与快速 卸压使储层物性改善 的过程中，在钻孔周 围形成4个变动带：洞 穴、塑形带、张性破 坏带和最外部挠动带
第一节 裸眼洞穴完井技术
பைடு நூலகம்概念
通过人工向井筒内高速注气、水或气水 混合物，然后瞬间排放；或者在井中下 入喷咀射流冲刷煤层，在井底形成一个 比井径更大的空腔，即物理洞穴。在造 洞穴过程中，洞穴周围产生了大量张剪 性裂缝，这些裂隙将原有裂隙系统连接 成网络，使洞穴周围渗透率增高，这种 有效提高产量的完井和增产技术即为裸 眼洞穴完井技术。
洞穴完井技术
洞穴完井的优点：
造穴完井工艺对煤层伤害小； 洞穴完井的增产效果更加明显； 施工作业费用较低。
洞穴完井的缺点：
事实上，煤层气洞穴完井开发技术仅仅在美国的圣胡安盆地取得了极 大的成功，且主要集中在所谓的“Fairway”区带（高渗富集区带）显示出 极好的增产效果，因此该方式具有较大的局限性。