Mineral Technology
384《华东科技》
陈悦亨
（广东煤炭地质二0二勘探队，广东 广州 510800）
摘要：对煤层气钻井工艺进行研究，总结影响煤层气钻井正常施工的因素，目的是通过对各项影响因素的分析，构建针对性的钻井工艺，确定完井技术方案，并通过合理工艺技术的选择，保证煤层气钻井的顺利进行，推动产业稳步及高效的发展。
关键词：煤层气；钻井工艺；完井技术
随着我国煤矿产业的展，煤层气在能源结构中占据十分重要的位置。2015年，国家能源局发布了《煤层气勘探开发行动计划》，这一计划中要求加快煤层气的勘探开发，并通过高效技术的运用，提高煤层气的采收率，以推动我国煤层气产业的可续发展。但是，由于煤层气储存的特殊性，在实际的产业运行中，出现了煤层保护与钻井安全矛盾突出的问题，这些现象若不能及时处理，会影响煤层气钻井工艺的
整体效果。因此，在煤层气产业发展中，为了提高钻井效率，需要细化煤层气钻井工艺，并构建成熟的井技术，提高我国煤层气开发的率，为行业的发展提供技术支持。 1 煤层气钻井技术特点 结合煤层气钻井工艺形式，其技术特点如下：第一，煤层气的目标层为煤层，煤既是生气层又是储气层。第二，煤层的孔隙和割理都很发育，煤储层普遍压力低，地层破碎，易发生井漏。第三，煤层气钻井的井壁稳定性差，容易发生井下复杂事故。第四，改进钻井工艺，减少钻井液的微粒和胶体颗粒对煤层气运移通道的充填和堵塞，可以在一定程度上会增加资源开采量[1]。 2 工程概况 2.1 项目概况 山西地区煤层气钻井工程项目是煤层气地面抽采井钻井工程，煤层气井设计为L 型水平井。在煤层气的开发过程中，L 型水平井与直井、定向井等开发方式相比，其优越性主要体现在：通过增加煤层段井眼长度，扩大了煤层泄露面积，可有效沟通煤层裂隙和割理，从而增加单井产气量，经济效益显著。因此，蓝焰煤层气公司决定在郑庄区块推广水平井， ZH-L40-1井布置在郑庄矿3#煤层中，目的是为了解决3#煤层瓦斯突出问题。
2.2 煤气层钻井中面临的问题 由于煤层储层割理发育的特殊性，存在着胶结强度低的问题，这种情况下会出现井壁失稳的问题，而且，在钻井工艺发展中，钻
井液作为钻井现场较为常见的方式，虽然可以降低对储层的损害，但是，存在着黏度低、滤失量大等问题，这些现象若不能及时处理，会增加井下事故发生概率，为企业带来严重经济损失。 煤层中的敏感矿物较多，在实际的煤层气钻井工艺中，会出现储层损坏的问题。这种现象与煤层的低渗透、低压
力等存在有关，在一定程度上增加了开采难度。而且，在绿泥石、高岭石等矿物质影响下，由于这些材料存在着敏感性较强的特点，会引发煤层速敏、水敏，从而出现堵塞渗流通道的问题[2]
。 完井效果相对较差。结合煤气层钻井工艺的特点，存在着完井效果较差的问题，这种情况与煤层气产量低存在关联。如，在清水钻液井中，不仅会使井壁强度降低，也会出现不规则井径的问题，在长期开采中会降低煤层气井的使用寿命，同时也会影响煤气层的资源开采效率。 3 煤层气钻井工艺及完井技术 3.1 煤层气钻井工艺 在煤层气钻井工艺中，由于钻井过程的特殊性，在实际的资源开采中会诱发煤层气损害的问题，一般情况下，对煤层造成的影响因素包括：第一，钻井液中固相颗粒会对煤层造成一定损害；第二，在煤与钻井液基础的过程中，高分子聚合物在相互作用的情况下会发生阻塞。因此，在煤层气钻井工艺发展中，为了及时解决以往问题，需要结合行业的发展现状，构建科学化的钻井工艺，以保证各项工艺的稳步进行。 3.2 欠平衡钻井工艺 该工艺技术一般包括：第一，气体及雾化钻井工艺。在煤层气钻井工艺分析中，气体和雾化钻井通常被运用在干旱缺水区域，在空气、雾化条件下钻进，整个过程中，由于空气循环使用中可以使煤层气储量减少，而且也可以降低与化学添加剂的接触，并在煤层静水压力较小的情况下保护煤层气。第二，清水钻井工艺。对于清水钻井工艺，需要利用钻井液对地面的压力层进行控制，该技术运用中，需要先使用产出的地层水添加少量膨润土，在该工艺使用过程中，可以降低钻井的压差及成本，同时也可以避免矿物质化学反应的出现，有效减少对煤层的伤害。第三，泡沫钻井工艺。在泡沫钻井工艺使用中，会结合煤层气的地质情况，确定工艺方案，如:
在气体、稳定剂以及发泡剂配成较为稳定的情况下，需要选择硬胶泡沫，这种泡沫技术的寿命较差；针对空气、发泡剂等相对分散的情况，应该使用稳定泡沫。第四，边喷变钻工艺。针对地层压力较高的煤层气，为了合理选择欠平衡钻井工艺，可以利用非气体型钻井液控制钻井密度，并在达到一定要求的情况下提高煤气层资源开
采的整体效率[3]
。 3.3 微过平衡钻井 对于这一工艺而言，在液相钻井时，在钻井过程中，需要结合
实际情况以及以往经验，井壁、井身等进行控制，通过各项数据参数的确定，对流变性、特定现场等相关条件进行分析，以提高平衡钻井工艺的施工效果，如：在对井身质量控制中，其质量标准如表1。在具体的开钻之前，施工人员一定要严格进行井口正、校正工作，并通过钻具组合的施工管理，确定小钻压、高转速的施工方案，以
保证钻井工程的稳定性[4]
。
表1 水平井井身质量要求 井径扩大率（%）
井深 （m） 全井最大井斜角 （°） 井底最大水平位移 （m） 全角变化率 （°/100） 全井段 煤层段 全井段 / / ≤30 ＜15 ＜25
3.4 完井技术 通过对煤层气钻井工程项目的分析，煤气层工业开发初期，为
了更好的减少下套管以及固井作业所引发的损害问题，应该采用裸眼法完井，也就是利用套管柱下伸到目的层上，有效降低整个过程对固井造成的损害。但是应该注意的是，在该种完井技术使用的过程中，受到的影响因素较多，如：受到井层数、井眼等因素的影响，
我感到了阳光严重的会引发坍塌问题，无法保证煤层气资源开采工艺的稳步进行。
为了更好的提高完井技术的使用效果，在下套管选择中，通过射孔完井技术的运用，可以提高完井工艺的适应性，同时也可以被广泛
的运用在不同的工艺环境下，提高煤气层资源开采的整体效果[5]
。 3.5 优化煤层气保护方案 在煤气层资源开发中，煤气层的保护是十分重要的，在钻井工艺以及完井技术使用的过程中，如果缺少有效、针对性的保护措施，会影响煤气层的安全性，严重引发资源污染的问题，因此，在煤气
层保护方案调整中需要做到：首先，环保措施。第一，钻井施工前必须按照甲方施工设计，备好污水排污罐，然后拉到污水处理场所处理。不准利用农用水渠或池塘存放泥浆、污水、不准靠近农田水井、鱼塘挖排污池。第二，压井施工中必须做到不渗、不漏，施工后清洗设备管线的污水全部排入存储器，全部回收，集中处理。第三，营区取暖锅炉要安装有效的消烟除尘设备。集体食堂、茶炉要用高效节能炉灶，严禁冒黑烟，防止烟尘污染。其次，储层保护措 （下转第 407 页） 学术论坛
能为后台，将光缆告警、故障分析、定位、故障管理有机结合在一起，为光缆安全运行提供保障，从而实现光纤的监控、维护和管理。系统内嵌有级高速光保护功能，不仅能够通信光芯进行实时故障监测和周期测试。当监测到主用路由的光功率低于设置的告警/切换门限，设备在级短时间内作出判断，将工作路由切换至正常的备用路由，保证业务无阻断传输。同时系统将发出声光告警信息，并同时启动OTDR 进行该段光纤的检测，出故障点。并通知维护人员排除故障。
（2）室内前站设备。室内前站设备由电源模块、通信模块、控制模块、I/O 接口、存储单元及小型触摸显示屏构成，主机向所辖范围内每一室外采集设备发出控制指令，采集每一室外采集设备或特定室外设备所测量的数据，对其进行存储和分析。测量所得的数据可根据监测中心的要求，通过铁路通信
传输以太网传至监测中心再进行处理。主机可控制室外前端设备及查看测试结果，可根据线路状态分为单路测试和双路测试两种模式。每套室内采集设备配有线路测试控制单元，室内测试设备安装在机房内部，线路测试控制单元安装在室外（可埋设在地下），通过光电转换模块实现室内外电器绝缘，若护套绝缘阻值低于用户设定标准门限时立即发出报警信号。
2.3.3 室外采集设备功能
室外采集设备安装在光缆接头盒处，可直接埋设于地下。设备安装间距为2-6km。采集设备由电阻测量、数据转换、传输、电源远供接受及防雷保护等单元组成，并灌装于一个密闭外壳内。每套设备分别与接头盒两端的光缆金属护层连接，并且设备要接地。
室外采集设备根据监测主机的指令，测量其所连接的光缆金属护层对地绝缘电阻、接头盒进水情况，并将测量到的数据传回监测主机。前站设备所需电源由室内前站通过金属护层与大地构成的回
路远供取得，数据也由此传回监测中心。
目前市场上已经开始在室外采集设备处配备电化泄放功能装置。电化泄放装置主要是滤波功能，滤波器由高Q 值的无源窄带滤波器及防雷保护等单元组成，并灌装于一个密闭绝缘体内。滤波器通常安装在光缆接头盒处（也可根据实际需要安装在前站内），每个ACT 滤波器有两条引出线，一条与接头盒
位于监测主机侧的光缆金属护层连接，另外一条是接地的。由于滤波器采用外接高Q 值的50Hz （或60Hz）窄带滤波器，对光缆金属护层产生的纵向感应电动势基波、二次谐波、三次谐波进行有效泄放，从而消除对线路维护人员及设备的危害，保证设备的正常使用。 3 结语
陈露教你学滑冰光缆监测技术在地方网络光缆中早已应用，但在铁路通信系统中应用较少，且开始较晚。在铁路通信系统中光缆监测系统主要存在现场安装设备单元多，区间设备故障率高、中心网管告警频繁、使用费用性价比低等问题，且与通信传输设备、智能配线架等设备存在部分测试功能的重叠，这是影响光缆监测在铁路通信系统中大面积推广的主要原因。但是它的出现却极大提高了铁路光缆监测难度、减少了光缆维护工作量、缩短了故障处理时间。相信随着技术的更新研究和设备的不断完善，光缆监测系统在今后会更加适应铁路通信运行维护工作。 参考文献：
[1]王韶波.光纤后向散射数据分析方法的研究[D].山东大学,2003. [2]孙绵湘.浅谈光缆护套对地绝缘自动监测[J].北京电信科技,2000. [3]孙绵湘.光缆线路自动监测系统的应用[J].电信工程技术与标准化, 2006.
（上接第 380 页）
tronatic motion表6 矿用卡车直排南加排土场单位成本测算
废土区域 排土点
简谱是由谁发明的
运距（km） 运输方量（万m³）
每方运输成本（元/m³） 总运输成本
（万元） 中部 7.1 2127 23.63 50261 下部 南加排土场
现代主义绘画6.59 933 21.98 20507 合计
3060
23.13
70768
3.3 2#破碎站胶带运输系统成本测算
东部胶带运输系统预计投资2.5亿元，折合单位废石制造成本为2.42元/t，折合单位经营成本为1.08元/t。2#破碎站胶带运输系统投资预计为5亿元，推算2#破碎站胶带运输系统经营成本与东部胶带运输系统持平，其余成本为东部胶带运输系统2倍，矿用卡车运至2#破碎站运输成本参展东部胶带运输系统，成本测算如表7所示。
表7 2#破碎站胶带运输系统转运成本
汽车单位运输成本 （元/m³） 胶带运输成本 （元/m³） 2#破碎站胶带运输系统转载站
转运成本（元/m³）
单位总运输成本 （元/m³） 8.125
10.716
6.76
25.6
4 可行性分析
通过上述成本测算，矿用卡车长距离运输至南加排土场运输成本比东部胶带运输系统高8元/m³左右，但低于2#破碎站胶带运输系统2.5元/m³，在东部排土场可排库容不足的情况下，投资约3000万元修建露天采场至南加排土场运输道路，并购置部分车辆，承担2#破碎站胶带运输系统的废土运输工作，以及后期生产中无法通过胶带运输系统转运的剥离表土、排土场复垦土运输工作，可解决不减产情况下
的排土问题，为公司稳产提供保障，故修建采场至南加排土场汽车运输道路是可行且十分有必要的。 参考文献：
[1]李延飞，王耀凯.某铁矿开拓运输系统优化研究[J].现代矿业,2020 (01):137-138.
[2]王锡法.长运距带式输送机运行阻力的计算与分析[J].煤矿机械, 2000(05)
[3]程志平.德兴铜矿富家坞采区排土方案优化研究[J].铜业工程,2017 (04):36-38+56.
（上接第 384 页）
施。第一，钻井过程中不间断使用三级固控设备，尽可能降低钻井液密度来降低井底压力，尽量减少钻井液滤液侵入地层的深度。第二，使用好固控设备及时清除钻进中混入钻井液中的固相，消除固相对储层喉道的堵塞。第三，钻井液中加入抑制剂，钻井液具有较强的抑制性，抑制气层中粘土的膨胀，可减少水敏损害。第四，水平段钻进期间，减小固相颗粒及滤液在储层侵入深度，达到保护煤
气层的目的[6]
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。 4 结语
总而言之，在煤层气工艺中，为了提高钻井工艺、完井技术的使用效果，在实际的施工管理中，施工单位需要结合以往经验，通过煤储层保护方案的确定、保护工艺的处理等，将钻井保护作为重点，避免煤层气钻井工艺及完井技术中对煤层气资源带来的影响。在煤层气钻井工艺及完井技术方法优化选择中，可以提高资源开采效率，避免安全隐患的出现，整个过程中，要注意煤储层的保护，通过钻井参数的优化选择以及钻井液密度的控制等，保证资源开采
的合理性，同时也为产业的持续发展提供支持。 参考文献：
[1]赵凌云，易同生.煤层气水平井井型结构分析及钻完井技术优化[J].煤炭科学技术,2020(03):221-226.
[2]刘展，张雷，蒋轲，冯建秋，张谭，李全忠.煤层气多分支水平井产能影响因素及增产稳产对策——以鄂尔多斯盆地三交区块为例[J].天然气工业,2018(S1):65-69.
[3]胡玉明.浅层水平井钻井工艺探讨[J].云南化工,2018(01):156.
[4]张锐.浅析煤层气井储层保护钻井工艺[J].中国石油和化工,2016 (S1):73.
[5]宋百强.煤层气U型井钻完井工艺探讨[J].化工管理,2016(21):118. [6]杜兴隆.探究煤层气多分支水平井钻井工艺[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2015(10):245-246. 作者简介：
陈悦亨（1966-），男，本科，高级工程师，主要从事地质勘查工作。
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