提高煤层气井钻井效率的工艺技术探讨

摘要：近年来，随着我国煤炭开采行业的持续发展，煤层气体资源受到高度重视，故煤层气井钻井工作彰显其重要性。因此，需提高对煤层气井钻井工作的重视，采取有效的工艺技术，提升煤层气井钻井效率。此次以煤层气钻井工艺技术特点为切入点，结合煤层气井钻井效率的影响因素，提出具体解决措施，希望以此全面提高煤层气井钻井效率及质量，并保证煤层气井钻井工作过程的安全性。

关键词：煤层气井钻井效率工艺技术安全性

中图分类号：TM33

DiscussiononTechnologytoImproveDrillingEfficiencyofCBMWells

ZHANGHongxingSHENLi

HenanProvincialNO.IInstituteofResourcesandEnvironmentSurveyCo.，Ltd.，Zhengzhou，HenanProvince，450000China

Abstract：Inrecentyears，withthecontinuousdevelopmentofChina'scoalminingindustry，coalbedmethane（CBM）resourcesarehighlyvalued，soCBMwelldrillingshowsitsimportance.Therefore，itisnecessarytopaymoreattentiontoCBMwelldrillingandadopteffectivetechnologytoimproveCBMwelldrillingefficiency.TakingthecharacteristicsofCBMdrillingtechnologyasthestartingpoint，combinedwiththeinfluencefactorsofCBMdrillingefficiency，thispaperputsforwardspecificmeasurestoimproveCBMdrillingefficiencyandquality，Andtoensurethesafetyofthecoalseamgaswelldrillingworkprocess.

KeyWords：CBMwell;Drillingefficiency;Processengineering;Safety

煤层气井钻井工艺技术对煤层气勘探开发效率及质量的影响较大，应充分掌握相关工艺技术，按照技术要求开展煤层气井钻井施工作业，确保煤层气井钻井施工的效率及质量。目前影响煤层气井钻井效率的因素较多，如井身结构复杂、钻井液体系问题、钻井工艺技术问题、钻井设备配套问题等[1]。本文围绕“提高煤层气井钻井效率的工艺技术”展开分析。

1煤层气钻井工艺技术特点分析

1.1井身结构特点

基于井身结构特点层面分析，需明确煤层气井开采的具体步骤，综合分析各方面因素，将具体的井身结构确立下来。并且，有必要确保技术套管可以抵达煤层顶部地层，使渗透质量问题的发生得到有效预防控制。在合理选用钻井液的基础上，配合适宜的工艺技术，以此提高钻井作业效率，并使煤储层得到有效保护。当然，还需检测煤层气含水量，保证井降压需求可以获得满足，使地层压力降低，并解析甲烷气。在生产套管施工中，固井过程需利用到双凝水泥，并保证水泥环强度与施工标准要求相符，进一步提升封固效果。此外，可以选择低密度的水泥完成上部阶段施工作业，提升固井效果，并使固井中的下部地层得到有效保护，避免发生压漏风险问题。图1为煤层气井钻井工作原理图。

1.2取心工艺特点

基于取心工艺特点层面分析，必须保证煤心完整，确保甲烷吸附气散失量维持在合理范围当中，仔细分析产气能力，准确计算煤含气量，在对钻井合理设置的基础上，选择合理科学的煤气层开采方案。基于甲烷含气量检测过程中，需将误差控制在合理范围内，选择绳索取心工具，以便对起钻时间和取心时间进行控制，充分满足施工要求，确保煤心解析测试值的准确性。此外，采取煤层气钻井工艺过程中，需合理使用井控技术，加强技术管理，优化配置防喷器装置，保证装置配套的合理性及科学性。并且还应做好施工现场安全管理工作，禁止明火入场，使爆炸风险事故得到有效预防控制。

2煤层气井钻井效率的相关影响因素分析

2.1井身结构复杂程度高

基于煤层气井钻井作业期间，由于井身结构复杂程度高，通常采取三级井身结构设计方式，为了确保煤层参数的正确性，第一次开钻（简称“一开”）需选用膨润土钻井液，第二次开钻（简称“二开”）选用低固相聚合物钻井液，以此使煤储层得到有效保护。同时，考虑到上部井段稳定性得到有效保证，基于钻井过程中有必要把技术套管封固至煤层顶部上方的井段位置。因钻具的型号比较多，需结合工程项目的具体情况，合理选用钻具组合方式，结合相关施工要求，尤其是处于探井取心期间，需做好取心速度控制，对改变传统油气井取心工艺合理改进，使钻井施工质量得到有效提升[4]。传统煤层取心期间，通常使用全井绳索取心技术，但该技术难以与施工要求相符，而煤层气绳索取心工具能够保证施工顺利进行，使煤层气井取心工作顺利、高效完成。在井眼为Ø215.9mm时，可以充分发挥煤层气井绳索取心工具的优势。一般在钻井时，二开选择Ø311.15mm进行施工，但单位面积钻压力不足，难以保证钻井效率，且成本较高。所以，需了解井身结构复杂问题，采取有效解决措施，进而确保煤层气井钻井效率的提高。

2.2钻井液体系问题因素

钻井液体系是煤层气钻井施工中的重要部分，从现状来看该体系存在一些不合理的地方，难以对煤储层起到有效保护作用，容易导致储层参数不够准确。其间，一般都是选择聚合物钻井液用于施工过程，但因井身结构复杂程度高，使煤层稳定性难以得到有效保证，施工质控不当易引发坍塌等风险事故的发生。所以，基于煤层气井钻井作业工作开展期间，有必要落实有效对策，使钻井液体系问题得到有效解决。

2.3钻井工艺技术问题因素

通过对煤层气的产出和常规油气的产出进行对比分析可知，前者的产气量较少，对此须合理控制煤层气井钻井施工成本，以便促进煤层气井钻井施工效益的提升。通过相关影响因素分析发现，导致煤层气产气量少主要受到钻井工艺技术不够优化的影响，所以需及时革新钻井工艺技术。

2.4钻井设备配套问题因素

在煤层气井钻井工作开展期间，需使用各种各样的钻井设备，其使用效果对煤层气井钻井效率的影响较大。从现状来看，许多单位采用水文钻机或车载液压钻机进行钻井施工，这些设备的功率较小，使用成本低，有些设备利用单机来带动泥浆泵和钻机，若是泥浆泵的功率不够，则很难处理井底的岩屑，进而会使钻井效率受到影响，难以保证水力破岩效果，还容易发生卡砖、井底钻具组合磨损等问题。除此之外，基于钻井施工期间，若固控设备未能得到规范应用，加上难以及时处理钻井液，会导致钻井液性能弱化，进而对钻井施工的效率产生较为明显的影响，且难以对煤储层起到有效保护作用。由此可见，为提高煤层气井钻井效率，优化钻井设备配套至关重要。

3相关解决措施分析

3.1解决井身结构复杂性的措施

因煤层气井钻井结构复杂情况，所以需采取有针对性的解决措施，具体如下。

1. 在开发井眼过程中，有必要对专业绳索取心工具合理应用，利用相关工具，使井身结构获得有效降级处理。基于一开作业时，需选用配套的表层管套及井眼；基于二开作业期间，需选取配套的技术套管及井眼；基于三开作业期间，需选用配套的生产套管及井眼。
2. 通过有效措施的实施，使上部井壁得到有效保护，并合理设置保护储层，以煤层要求为依据，合理选取井液体系，取消技术套管，确保井身结构变为二开井身结构，使井身结构得到有效简化。期间可选择两种形式。其一，一开选取Ø177.8mm表层套管、Ø215.9mm井眼；二开选择Ø114mm生产套管、Ø152.4mm井眼。其二，一开选择Ø244.5mm表层套管、Ø311.15mm井眼，二开选择Ø139.7 mm生产套管、Ø215mm井眼。通过对一开选择的井眼机械钻使用情况分析可知，Ø311.15mm井眼机械钻速度＞Ø215.9mm机械钻速度，以此大幅度提升煤层气井钻井效率[5]。

3.2解决钻井液体系问题的措施

通过对现代化钻井技术合理运用，并结合煤储层特点，对非渗透钻井液体系优化改进，可进一步对表面化学原理合理利用，基于地面将一层非渗透性薄膜有效构成。值得注意的是，和传统桥堵地层使用方式对比，在合理使用无渗透钻井液的基础上，可对钻井液中颗粒形成的引力有效利用，使地层密封处理作业有效完成。同时，在对无渗透钻井液具备的引力作用合理应用条件下，实现对地层的密封处理，基于岩石表面将各方面的引力集中，之后选取相同的钻井液，处理各井眼的地层，能够使孔隙封闭效果增强。结合室内试验分析，无渗透钻井液与普通钻井液相比，在应用效果方面优势明显，能够确保岩石恢复率、渗透率＞90%。并且，以煤储层的特点为依据，在对无渗透钻井液应用体系优化的基础上，能够使钻井液成本得到进一步提升，其间无须使用技术套管，能够取代聚合物钻井方式，简化井身结构，提升施工效率。值得注意的是，我国在研究非渗透钻井液材料层面的经验越加丰富，可以降低使用成本，在井壁构建一层非渗透薄膜，提升井壁的稳定性。

3.3解决钻井工艺技术问题的措施

考虑到钻井工艺技术存在的问题得到有效解决，有必要严格遵循经济性基本原则，在详细分析评价钻井工艺技术经济性的基础上，对施工所需设备合理增加，并做好技术推广工作，以便对钻井工艺技术合理运用，使施工成本得到有效降低。例如：旋冲钻井工艺技术的使用效果理想，通常应用到地层稳定区域，其间可以把空气当作循环介质，采取空气潜空锤进行钻井作业。需注意，此项技术应用过程中，将压缩空气当作动力，可以使高强的冲击力产生，且具备较高的冲击频率，当钻头获得动力传递后，能够对钻机的转盘起到旋转驱动作用，保证可以钻进井底。除此之外，结合旋冲钻井工艺技术的实际应用情况来看，其优势较多，具体包括以下几个方面。

1. 在应用旋冲钻井工艺技术时，空气密度比较低，可以使循环介质对井底产生的压力得到有效降低，进而使机械钻井速度得到有效提升。
2. 井内的空气循环速度比较快，可以确保处于井底的岩屑上升至地面位置，大幅度减少切削工作量。
3. 井内的压缩空气能够对岩屑进行有效处理，加大钻井作业动力，提升机械钻进的速度。
4. 在应用旋冲钻井工艺技术时，可以用最低的成本完成空气介质的制备，对钻井中的井漏、供水困难等问题及时处理，进一步使施工成本得到有效控制。此外，还可以将液体作为循环介质，对地层不稳定区域及时处理，以此促进钻井效率的提升。

3.4解决钻井设备配套问题的措施

为解决钻井设备配套问题，一方面，须范设置单机泵组，确保水力携砂作用能够有效展现出来，保证井眼的稳定性与畅通性。基于浅煤层气井定向钻井过程中，若缺少大排量泥浆泵，须对单级泵组进行优化设置，利用原钻井液泵进行施工作业。另一方面，需结合施工实际情况，规范设置固控设备。基于地面循环中，如果没有合理处理钻井液固相，钻井液的作用很难有效发挥出来。此外，在规范设置四级固控设备的基础上，需将储层保护好，根据现场具体情况，合理选取固控设备方案，保证施工效益得到有效提高。

4结语

通过本次分析研究，可知煤层气钻井工艺技术特点优势较多，考虑到煤层气井钻井效率能够有效提高，需结合相关影响因素，如井身结构复杂程度、钻井液体系问题、钻井工艺技术问题、钻井设备配套问题等相关影响因素，然后实施合理科学、有针对性的解决措施，使煤层气井钻井效率得到有效提升，进一步全面提升煤层气开采工作的质量效益水平。

参考文献

[1] 李称心.煤矿采空区煤层气井钻井工艺[J].中国煤层气，2019，16（5）：3-7.

[2] 王瑞帆.煤层气井用清水压裂支撑剂的制备及性能研究[D].太原：太原科技大学，2023.

[3] 殷跃杰.煤层气水平井钻井工艺研究[J].内蒙古煤炭经济，2021（24）：35-37.

[4] 张峰.煤层气井钻井工艺分析及优化建议[J].西部探矿工程，2021，33（8）：60-61，64.

[5] 李浩.穿煤柱水平煤层气井工程开发与实践[J].山西化工，2020，40（6）：73-75.