煤層氣井修井儲層保護帶壓作業工藝和關鍵設備應用分析

王平 張維平 齊照東

1. 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司 陜西 西安 710016

2. 中國石油集團長慶油田分公司工程監督處 陜西 西安 710018

煤層氣井的修井儲層保護帶壓作業是一種關鍵的工藝，它在油氣田開發中起到重要作用。我國煤層氣資源相對豐富，是我國氣產量重要組成部分，現階段，經濟社會建設中對能源需求不斷增多，煤層氣鉆井工作量也在隨之增加，分析煤層氣儲層，雖然埋層相對較淺，但分析煤層自身特點，具有含水量高、易受污染及系統容易產生變化等特點。

1 煤層氣小修作業現狀

煤層氣修井方式主要分為常規修井和帶壓修井兩種，相對于煤層氣井常規的小修作業，煤層氣帶壓修井作業多移植常規油氣田的帶壓修井設備，利用密封設備密封井口，試圖在修井過程中保持井底壓力，以減少修井過程對儲層的傷害。

如果使用現有的常規帶壓修井作業設備，在修井過程中利用防噴器等設備對井口進行密封，不進行放空和壓井，可保證在起下桿、管、泵和修井過程中井筒內壓力的穩定。但作業時間過長，一般在7～10天，作業效率較低，由于儲層水的不斷產出，將形成事實壓井，使得使用現行不壓井作業設備進行煤層氣井修井時，儲層保護的效果下降，每次作業均造成減產20%以上，不能滿足煤層氣井修井的需要。

2 煤層氣井修井儲層保護帶壓作業概述

煤層氣井修井儲層保護帶壓作業是在煤層氣井施工和生產過程中，通過特定工藝和技術手段，保護煤層氣儲層的穩定性，防止地層損害和氣體泄漏，確保油氣開采的安全和高效。在進行煤層氣井修井儲層保護帶壓作業前，首先進行詳細的地質勘探和分析，了解儲層的結構、性質和地質特征，為施工提供基礎數據。在修井作業中，要確保井內壓力控制在合理范圍內，避免井漏和地層坍塌。采用鉆井液的循環和控制技術，以及安全防噴設備，保持井內壓力穩定。修井過程中，使用水泥漿或其他封堵劑進行井眼固化。這有助于加強井壁的穩定性，防止井眼坍塌和地層損害。通過壓裂技術，在煤層中注入水或其他液體，改善煤層的滲透性和增加產能，提高煤層氣的采收率。在施工過程中，收集和處理采出的煤層氣，確保生產過程安全環保。修井儲層保護帶壓作業要注意環境保護，避免地層污染和氣體外泄對周圍環境造成影響。施工過程中需要配備相應的安全監測儀器，實時監測井內壓力、溫度等參數，及時發現異常情況并采取措施。總體而言，煤層氣井修井儲層保護帶壓作業工藝是一項綜合性的工程，需要科學合理地運用地質、工程、機械和環保等多種技術手段，確保煤層氣井的安全運營和生產效率，見圖1。

圖1 儲層產出體對井底的增壓和液面高度隨修井時間變化

關鍵壓裂設備可用于進行壓裂作業，將液體或氣體注入井內，以改善儲層的滲透性和增加產能。在修井過程中，注水泵用于注入水泥漿或封堵劑，加強井壁的穩定性，確保井眼固化。密封裝置用于防止氣體或液體外泄到地層，確保施工過程不對地層造成污染。配備壓力監測儀器，用于實時監測井內壓力變化，保持壓力控制在安全范圍內。溫度監測裝置可用于監測井內溫度變化，及時發現異常情況。綜合使用上述工藝和關鍵設備，能夠有效進行煤層氣井的修井儲層保護帶壓作業，保障油氣田開發的安全和高效。在實際應用中，需根據具體的地質條件和工程需求做出合理選擇和調整，見圖2。

圖2 帶壓作業系統安裝

3 修井儲層保護帶壓作業的關鍵設備適應性分析

通過壓裂技術和井眼固化，能夠改善煤層的滲透性，增加煤層氣的采收率，從而提高煤層氣井的產能。采用水泥漿或封堵劑進行井眼固化，能夠加強井壁的穩定性，防止井眼坍塌和地層損害。通過密封措施和壓力控制技術，能夠有效地保護地層，防止煤層氣井的施工和生產過程對地層造成損害。配備安全監測儀器，及時監測井內參數，確保施工過程的安全可控；同時，進行環境保護措施，避免地層污染和氣體外泄，保護周圍環境。煤層氣井修井儲層保護帶壓作業涉及多種技術和設備，成本較高，特別是在一些復雜地質條件下，成本可能更高。煤層氣井修井儲層保護帶壓作業需要具備專業的技術和經驗，對操作人員的技能要求較高，如果不當操作可能會導致事故和安全隱患。在高壓環境下進行施工，存在一定的風險，如井噴、井塌等，需要嚴格的安全措施和應急預案。煤層氣井修井儲層保護帶壓作業通常需要較長的時間周期，可能會導致生產效率降低。煤層氣井修井儲層保護帶壓作業涉及一定的環境影響，特別是在壓裂作業中可能產生噪音、振動和廢水等，需要采取適當措施減少環境影響。煤層氣井修井儲層保護帶壓作業工藝是一項復雜的工程，雖然有許多優點，但也存在一些挑戰和限制。在實際應用中，需要綜合考慮工程條件、經濟效益和安全環保等因素，科學合理地選擇施工方案。

4 修井儲層保護帶壓作業安全管理措施

煤層氣井修井儲層保護帶壓作業涉及高風險的作業環境，因此必須采取嚴格的安全管理措施，以確保作業過程安全可控。以下是一些常見的安全管理措施：

4.1 安全培訓與資質要求

確保所有參與作業的工作人員都接受過必要的安全培訓，了解作業風險和安全措施。同時，要求工作人員持有相關的資質和證書，以保證其具備合格的技能和經驗。

4.2 施工方案和應急預案

制定詳細的施工方案和應急預案，明確各個作業環節的安全措施和應對緊急情況的步驟。確保所有工作人員都熟悉這些方案和預案，并能夠有效執行。

4.3 安全裝備和防護措施

提供必要的個人防護裝備，如安全帽、防護服、護目鏡等，并確保其正確佩戴。同時，配備必要的安全設備，如安全繩、安全閥、緊急停機裝置等，確保作業的安全性。定期進行安全檢查，確保設備和環境符合安全標準。配備必要的監測儀器，實時監測井內參數，及時發現異常情況。

4.4 現場管理

保持與相關部門和人員的及時溝通，協調作業計劃和安排。在作業過程中，保持有效的溝通，確保所有人員了解作業進度和安全情況。確保現場的秩序和管理，禁止無關人員進入施工區域。設置明顯的安全警示標志和指示牌，提醒所有人員注意安全。保證現場配備合格的急救人員和急救設備，并制定完善的應急救援計劃，以備不時之需。對施工過程進行系統記錄，及時記錄作業情況、事故事件及處理措施。定期分析安全問題和風險，總結經驗教訓，不斷改進安全管理措施。這些安全管理措施是保障煤層氣井修井儲層保護帶壓作業安全的關鍵，確保工作人員和環境免受潛在的風險和威脅。在實際作業中，必須嚴格執行這些措施，同時逐步完善和優化安全管理體系。

5 煤層氣井修井儲層保護帶壓作業關鍵設備發展方向

5.1 智能化和自動化技術

隨著人工智能和自動化技術的發展，未來煤層氣井修井儲層保護帶壓作業將趨向智能化和自動化。智能傳感器和監測系統可以實時收集井內參數數據，智能控制系統可以自動調節壓力和流量，提高作業效率和安全性。未來關鍵設備將更加智能化和自動化。引入先進的傳感器、控制系統和人工智能技術，實現設備的智能監測、自動調節和自主運行，降低人為操作的風險，提高作業效率。

5.2 高效環保型設備

未來關鍵設備將更注重高效能耗和環保性能。研發更節能、高效的壓裂裝置、注水泵和其他關鍵設備，減少資源消耗和環境污染。未來的工藝將更加注重高效環保。發展更環保的水泥漿和封堵劑，減少對地層和環境的影響。同時，采用更高效的壓裂技術，優化煤層氣的采收率，提高資源利用效率。未來的工藝將更注重環境友好型。煤層氣井修井儲層保護帶壓作業將致力于減少二氧化碳和甲烷等溫室氣體排放，推動清潔能源的開發和利用。

5.3 多功能集成化

關鍵設備將趨向于多功能集成化。將多種功能融合在一個設備中，提高設備的綜合作用和使用效率。比如集成壓裂裝置和注水泵的設備，能夠同時進行壓裂和固井作業。未來工藝將更加注重全面評估和模擬。通過先進的地質勘探技術和數值模擬方法，對井眼固化效果、壓力分布等進行全面分析和預測，為作業方案的制定提供科學依據，見圖3。

圖3 氣控式筒形過油管防噴器結構示意圖

5.4 互聯互通與大數據應用

設備之間將更加互聯互通，形成智能化的工作體系。利用大數據技術，對設備運行數據進行分析和優化，實現設備的遠程監控和故障預警。未來的關鍵設備將更加注重安全性和可靠性。采用更堅固耐用的材料和設計，確保設備在高壓高溫環境下的穩定運行，減少設備故障和事故風險。隨著煤層氣井井型的多樣化，未來的關鍵設備將更加靈活適應不同類型井的施工需求，包括水平井、多級壓裂井等。未來的煤層氣井修井儲層保護帶壓作業可能更加傾向于聯合開發和集成化。不同公司和技術團隊之間進行合作，共同開發高效優質的修井儲層保護工藝，實現資源共享和技術優勢互補。綜上所述，未來煤層氣井修井儲層保護帶壓作業將朝著智能化、高效環保、全面評估、聯合開發和環境友好型等方向發展。這將有助于提高油氣田開發的效率和安全性，同時減少環境影響，實現可持續發展。

6 結束語

通過對現存修井作業對儲層傷害的分析，得到對煤層氣井進行壓井或放空作業均破壞儲層，同時現存煤層氣帶壓作業，由于作業時間過長，儲層產出水對井底的增壓不斷增大，造成儲層滲透率、控制面積和裂縫導流能力等參數的大幅衰退，并且井底壓力波動產生大量煤粉，對儲層造成二次傷害，導致煤層氣儲層的產氣潛能和產氣量受到影響，為保證煤層氣井作業中的儲層，應保證井底壓力的穩定。