影響煤層氣鉆井工程的工程地質因素分析

張瑩（中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 晉城 048000）

影響煤層氣鉆井工程的工程地質因素分析

張瑩（中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 晉城 048000）

我國有著十分豐富的煤層氣資源，在當今常規油氣開發面臨巨大壓力的背景下，加強對煤層氣資源的開發與利用，具有十分重要的意義。煤層氣鉆井工藝技術的好壞，對煤層氣井的產量及后期生產工藝產生著直接的影響，而煤層氣鉆井工藝又在很大程度上受到工程地質因素的影響。本篇論文中，筆者主要對影響煤層氣鉆井工程的工程地質因素進行了分析，以供參考。

煤層氣；鉆井工程；工程地質；影響因素

就現階段的情況來看，我國煤層氣井報廢的原因超過二分之一的屬于工程報廢，一些是由于固井質量不合格而導致的報廢，還有一些是由于鉆井方面的原因而對煤層造成了污染，進而導致煤層滲透率降低、壓力資料求取不精準等問題的產生。面對這樣的現象，煤層氣資源的勘探、開發與應用過程中，應加強對影響煤層氣鉆井工程的工程地質因素的重視與研究。

1 影響煤層氣鉆井工程井壁穩定性的工程地質因素

1.1 地應力

對于巖石來說，其所處地應力場通常情況下由最小水平地應力、最大水平地應力以及垂向應力組成。在此基礎上，按照兩個水平主應力、垂直主應力之間的關系，就能將地應力分為不同的類型，也就是正常地應力、走滑地應力以及反轉低應力三種類型。煤層氣鉆井工程施工過程中，井壁穩定性在很大程度上受到了原地應力的影響，地應力通常情況下會給井壁穩定帶來兩種作用，也就是壓縮作用、抗張作用。具體來說，井孔周圍存在的應力，不管是超過巖石的抗拉強度，還是超過巖石的抗張強度，均會導致井眼破壞問題的發生。若是井壁破壞主要表現為剪切破壞，那么就會造成井孔擴大、井眼崩落，甚至會出現塌孔的現象；若是井壁破壞主要表現為張性破裂，那么就會造成地層原始裂隙輕微張開，從而導致井中鉆井液的大量漏失。

1.2 煤體結構

煤體結構指的是，在受到地質構造的作用之后煤層所表現出來的構造特征或者是結構特征。煤層的物性特征，包括滲透性、裂隙、孔隙、硬度以及粒度等，主要取決于煤體結構，因此，煤體結構資料在煤層氣資源的勘探與開發過程中發揮著十分重要的作用。煤體結構通常情況下主要分為構造煤、原生結構煤兩種類型，其中，構造煤又被分為碎裂煤、碎粒煤以及糜棱煤三種種類。可以說，煤體結構是煤巖綜合受力的一種宏觀表現，是對煤層氣井井壁穩定性起到決定性作用的一個重要工程地質因素，煤體結構與井壁穩定性之間是正相比關系。

1.3 煤的堅固性系數

堅固性系數主要被應用于煤礦安全領域的兩個方面，一是對井下瓦斯抽放鉆孔的孔壁穩定性進行評估，二是煤與瓦斯突出的孔壁穩定性進行評估。堅固性系數，主要是對在幾種變形方式的組合作用下煤巖抵抗破壞的能力進行評價，堅固性系數越大，煤巖越堅固，煤巖的抗擊破壞能力也就越強。也就是說，堅固性系數越高，代表著井壁的穩定性越好。

1.4 天然裂隙

煤層氣井井壁的周圍應力分布指的是，鉆井進行的時候，地層被鉆開，打破了原有的應力狀態，導致地應力被重新分布，在氣井的近井壁地帶產生了應力集中。地應力進行重新分布的時候，煤層氣井近井壁存在的裂紋，在很大程度上受到壓剪作用的影響，從而在尖端出現應力集中，最終導致近井壁裂紋遭受雙重應力的作用，極易受到破壞。天然裂隙對煤層氣鉆井工程井壁穩定性造成的影響，主要包括：第一，有可能降低井壁的失穩載荷；第二，裂縫傾角大小在很大程度上影響著井壁的穩定性，裂縫傾角越大，影響越小，水平裂縫的影響最大，直立裂縫的影響最小，具體來說，就是水平裂縫的影響大于傾斜裂縫的影響，傾斜裂縫的影響大于直立裂縫的影響；第三，與單一裂縫相比，多組裂縫組合體的影響更大；第四，裂縫的密度也在很大程度上影響著井壁的穩定性，裂縫密度越大，井壁的穩定性越差。

2 影響煤層氣鉆井工程破巖效率的工程地質因素

2.1 可鉆性

可鉆性指的是，巖石破碎的難易程度，也就是在一定技術條件下巖石的鉆進難易程度。對巖石可鉆性進行準確評價，是鉆頭類型選擇、鉆井參數確定、鉆井效果預測以及鉆井工作定額制定的前提依據。通常情況下，隨著鉆進深度的增加，上覆地層的壓實作用也在不斷增強，從而導致煤巖的可鉆極值也在不斷增加，鉆進難度也越來越大。基于這樣的原因，鉆井過程中，應根據可鉆極值的改變，對破巖工具的類型以及鉆井工藝進行及時調整，以有效提高鉆井效率。

2.2 研磨性

研磨性指的是，使用機械方法對巖石進行破壞的過程中，巖石、鉆井工具之間發生間接或連續的摩擦、接觸的時候，巖石對鉆頭產生的磨損能力。隨著鉆進深度的增加，通常情況下，煤巖的各力學參數也在不斷增大，其中，抗拉強度、抗壓強度的加大，往往會導致擠壓破巖難度上升，煤巖研磨性相應的也會有所加大，導致破巖效率逐漸降低。基于這樣的原因，鉆井過程中，應隨著深度的增加，選擇與巖石研磨性相符合的鉆井工具，不僅能夠延長鉆頭的壽命，還有利于提高破巖效率與鉆井質量。

3 結語

綜上，煤層氣鉆井工程在很大程度上受到了工程地質因素的影響，因此，煤層氣開發與利用過程中，加強對工程地質因素的研究，對于提高煤層氣鉆井工程的質量與效果，具有十分重要的意義。

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張瑩（1987-），女黑龍江蘭西縣人助理工程師本科主要從事煤層氣勘探開發工作