煤层气井的完井方式-煤层气开采工艺

气井的完井方式是指钻开目的层部位的工艺方法及该部位的井身结构。目前，已应用于煤层气井的完井方法分为裸眼完井、裸眼洞穴完井和射孔完井三大类。

（1）裸眼完井

裸眼完井是指完井时井底的储集层是裸露的，只在储集层以上用套管封固的完井方法。裸眼完井是一种最基本、最简单、最经济的煤层气井完井方式，在20世纪50—70年代比较普遍采用，但是由于储层裸露，井眼稳定性一直是裸眼完井最突出的问题。裸眼完井方法有以下几种。

①先期裸眼完井。先期裸眼完井是指钻头钻至气层顶界附近后，下技术套管注水泥固井，水泥浆上返至预定的设计高度后，再从技术套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开气层至设计井深完井，见图3－5。

图3－5　先期裸眼完井

②复合型完井。有的长段厚气层适合于裸眼完成，但上部顶界邻近又有水层时，也可将技术套管下过气层界面，使其封隔气层的上部分然后裸眼完井，必要时再射开其中的含气段，称为复合型完井，见图3－6。

图3－6　复合型完井

③后期裸眼完井。后期裸眼完井是不更换钻头，直接钻穿气层至设计井深，然后下技术套管至气层顶界附近，注水泥固井。固井时，为防止水泥浆伤害套管鞋以下的气层，通常在气层段垫砂或者替入低失水、高黏度的固井液，以防水泥浆下沉，或者在套管下部安装套管外封隔器和水泥接头，以承托环形空间的水泥浆，防止其下沉，见图3－7。后期裸眼完井较少采用。

图3－7　后期裸眼完井

裸眼完井优点是煤层完全暴露，煤层气流动阻力小，同样地层条件下气井的无阻流量大；裸眼完井缺点是储层中的夹层水不能被封闭，气水互相干扰大，且裸眼段容易坍塌。裸眼井适用于井中只有单一的储集层，不需分层开采，且坚硬不易垮塌、无夹层水的裂缝性高渗透煤层，对低渗或特低渗的煤层，采用这种完井方式很难得到工业性的产气量。

（2）裸眼洞穴完井(www.xing528.com)

裸眼洞穴完井是在裸眼完井的基础上发展起来的一种煤层气井特有的完井方式，是在井口反复增压并迅速卸压，在较高生产压差的作用下，利用井眼不稳定性，使井壁煤层发生破坏垮塌，煤块塌落到井筒中，再清除井底的煤粉，进而在井底形成大而稳定的物理洞穴。

根据压差产生的动力可分为自然裸眼洞穴完井（自然憋压）或人工／动力裸眼洞穴完井（从地面注气人工施加压力）。根据现场试验，裸眼洞穴完井的产量都较高，且大大高于压裂完井的产量，其原因主要是形成了半径可达1.5m的物理洞穴，增大了渗流面积；同时洞穴外的剪切破坏带（也叫坍塌带或塑性带）和张性破坏带（也叫应力破坏带）及远场干扰带的煤块发生松动或破碎，形成纵横交错的微裂缝以及裂缝网，从而大大提高渗透率。同时，应力的释放、煤的比表面积增加，也有利于煤层甲烷气的解吸。此外，许多微裂缝还具备自支撑的特点，在短期内不会闭合，也有利于煤层甲烷气的解吸和渗流。

裸眼洞穴完井适用于压力高、渗透率高的煤层，一般要求埋深适中，含气量15m3／t以上，渗透率大于5×10－3μm2，煤层厚度5m以上，而且顶板岩石致密，机械强度高，煤层形成洞穴时能承受上覆岩层压力不至于垮塌，顶底板不出水。根据美国的经验，如果煤层渗透率大于5×10－3～10×10－3μm2，煤易碎，则可采用裸眼洞穴完井。

（3）射孔完井

射孔完井是指下套管封固产层后用射孔弹将套管、水泥环、部分产层射穿，形成煤层气气流通道的完井方法。射孔气井的生产力能受产层压力、产层性质、射孔参数及质量的影响。

套管射孔完井是钻穿气层直至设计井深，然后下气层套管至气层底部注水泥固井，最后，射孔弹射穿套管、水泥环并穿透气层某一深度，建立起气流的通道，见图3－8。

图3－8　套管射孔完井

套管射孔完井既可选择性射开不同压力、不同物性的气层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、底水、气顶和夹层的坍塌，具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。

尾管射孔完井是在钻头钻至气层顶界后，下技术套管注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿气层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上。尾管和技术套管的重合段一般不小于50m，再对尾管注水泥固井，然后射孔，见图3－9。

图3－9　尾管射孔完井

尾管射孔完井由于在钻开气层以前上部地层已被技术套管固封，可以采用与气层相配伍的钻井液以平衡压力、近平衡压力的方法钻开产层，有利于保护产层。此外，这种完井方式可以减少套管重量和固井水泥的用量，从而降低完井成本，目前产层较深的气井大多采用此类方法完井。

射孔完井是使用最多的完井方式，几乎所有的储集层都可用此法打开，但只有非均质储集层，才最适合用射孔完井。非均质储集层的特点是稳定性岩层和非稳定岩层相互交错，不同压力体系的岩层相互交错，有含水的夹层或底水。均质的储集层更适合于其他的完井方式。