基于地质力学特征的煤层气井完井方式优选

摘要：煤层气作为关键非常规天然气资源，对优化能源结构、保障能源安全意义重大。完井方式作为煤层气井开发的核心环节，对开发效果与经济效益起着决定性作用。本文聚焦地质力学特征，深入开展煤层气井完井方式优选研究。详细剖析煤层气储层的地质力学特性，涵盖地应力状态、煤体结构、渗透率等关键要素，并全面考量不同完井方式的特点与适用条件，进而提出基于地质力学特征的煤层气井完井方式优选方法。经实际案例验证，该方法具备科学性与有效性，能够为煤层气井的高效开发提供坚实的技术支撑，助力煤层气产业实现可持续发展。

关键词：煤层气井；地质力学特征；完井方式优选；地应力状态；煤体结构

引言

煤层气井的完井方式选择是煤层气开发过程中的重要决策之一。完井方式不仅关系到煤层气的产出效率，还直接影响到开发成本和经济效益。地质力学特征作为煤层气储层的重要属性，对完井方式的选择具有决定性影响。因此，基于地质力学特征进行煤层气井完井方式的优选，对于提高煤层气开发效果具有重要意义。

一、煤层气储层地质力学特征分析

（一）地应力状态

地应力状态是煤层气储层地质力学特征的重要组成部分。地应力的大小和方向不仅影响着煤层气的赋存和运移，还对完井方式的选择产生重要影响。在煤层气开发过程中，地应力状态的变化可能导致井壁失稳、裂缝闭合等问题，进而影响煤层气的产出。一般来说，地应力可分为垂向地应力和水平地应力，垂向地应力主要由上覆岩层的重量引起，而水平地应力则受到区域构造运动、地质构造等多种因素的影响。在煤层气井钻进和完井过程中，准确了解地应力状态对于选择合适的完井方式至关重要。

（二）煤体结构

煤体结构是指煤层中煤岩的组成、排列和构造特征。煤体结构的差异会导致煤层气储层的渗透率、孔隙度等物性参数的不同，从而影响煤层气的渗流和产出。常见的煤体结构有原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤等。原生结构煤的煤岩结构完整，渗透性相对较好；而碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤的煤岩结构受到不同程度的破坏，渗透性较差。此外，煤体结构还对完井过程中的钻井、固井、压裂等作业产生重要影响。

（三）渗透率

渗透率是煤层气储层的重要物性参数之一，它反映了煤层气在储层中的渗流能力。渗透率的大小直接影响着煤层气的产出速度和采收率。煤层气储层的渗透率受到多种因素的影响，如煤体结构、地应力状态、煤层埋深等。一般来说，煤体结构越完整、地应力越小、煤层埋深越浅，渗透率越高。在煤层气开发过程中，提高渗透率是增加煤层气产量的重要途径之一。

二、煤层气井完井方式概述

（一）裸眼完井

裸眼完井是指煤层气井钻达目的层后，不下套管或只下部分套管，使井筒直接与煤层气储层相通的完井方式。裸眼完井具有成本低、施工简单等优点，但井壁稳定性差，易受地应力变化的影响。在地应力较大、煤体结构破碎的储层中，裸眼完井容易导致井壁坍塌、掉块等问题，影响煤层气的正常产出。

（二）套管完井

套管完井是指煤层气井钻达目的层后，下入套管并固井，使井筒与煤层气储层通过套管和水泥环相隔的完井方式。套管完井具有井壁稳定性好、保护储层等优点，但成本较高，施工复杂。套管完井可以有效防止井壁坍塌和地层流体之间的窜流，但套管的下入可能会对储层造成一定的伤害，影响煤层气的渗流。

（三）射孔完井

射孔完井是指煤层气井钻达目的层后，下入套管并固井，然后通过射孔作业在套管和水泥环上形成孔眼，使井筒与煤层气储层相通的完井方式。射孔完井具有井壁稳定性好、保护储层、易于控制生产等优点，但射孔作业可能对储层造成一定的伤害。射孔参数的选择（如射孔密度、射孔相位等）会影响煤层气的渗流效果。

（四）洞穴完井

洞穴完井是指在煤层气井钻达目的层后，通过人工或自然的方式在煤层中形成洞穴，使井筒与煤层气储层相通的完井方式。洞穴完井具有增大渗流面积、提高采收率等优点，但施工难度大，对储层条件要求高。洞穴完井适用于煤层厚度大、渗透性好、地应力较小的储层。

三、基于地质力学特征的煤层气井完井方式优选方法

（一）优选原则

1.安全性原则

安全性是煤层气井完井方式选择的重中之重。完井方式务必保障井壁稳定，杜绝井塌、井漏等事故。地应力状态与煤体结构对井壁稳定性影响显著。复杂的地应力若方向不利、大小超标，会对井壁产生强大挤压与剪切力，易致井壁失稳；破碎的煤体结构也极易引发井壁坍塌。只有确保井壁稳定，后续开采工作才能顺利推进，避免安全事故与经济损失。

2.高效性原则

完井方式应聚焦于提高煤层气产出效率与采收率。需依据煤层气储层渗透率等物性参数，挑选能增大渗流面积、提升渗流能力的完井方式。渗透率是衡量煤层气流动难易的关键指标，低渗透率会限制煤层气产出。通过选择射孔完井或洞穴完井等方式，可扩大煤层气与井筒接触面积，改善渗流条件，进而提高产出速度与采收率，实现高效开发。

3.经济性原则

开发成本是煤层气项目必须考量的重要因素。完井方式选择应兼顾成本，选取经济合理的方案。不同完井方式成本构成不同，涵盖设备、施工、维护等费用。要综合权衡成本与效益，在满足开发需求的前提下，尽可能降低成本，提升项目经济效益。例如，裸眼完井成本较低，但部分地质条件不适用；套管完井成本虽高，但能更好保护井壁与储层。

4.适应性原则

完井方式需契合煤层气储层地质力学特征，以保障完井效果。不同储层地质力学条件各异，如地应力大小与方向、煤体结构类型、渗透率分布等。只有根据具体地质力学条件选择最适合的完井方式，才能使完井方式与储层特征相匹配，充分发挥其优势，提高开发效果。

（二）优选方法

1.地应力状态分析

依据地应力状态大小与方向，全面评估井壁稳定性与裂缝发育情况。地应力状态对井壁稳定及裂缝形成分布影响重大。对于地应力大、井壁稳定性差的储层，优先选用套管完井或射孔完井。套管完井可提供有效支撑，防止井壁坍塌；射孔完井能在套管保护下，通过射孔作业连通煤层气与井筒。对于地应力小、井壁稳定性好的储层，可考虑裸眼完井或洞穴完井，以降低成本、提高渗流能力。

2.煤体结构分析

根据煤体结构差异，精准评估储层渗透率与孔隙度等物性参数。煤体结构不同会导致储层物性参数差异明显。对于渗透率低、孔隙度小的储层，优先选择射孔完井或洞穴完井。射孔完井可增加渗流通道，提高渗流面积；洞穴完井能形成较大渗流空间，改善渗流条件。对于渗透率高、孔隙度大的储层，可考虑裸眼完井或套管完井，以充分利用储层良好物性。

3.渗透率分析

根据渗透率大小，评估煤层气渗流能力与产出速度。渗透率是决定煤层气产出能力的关键因素。对于渗透率低的储层，优先选择射孔完井或洞穴完井，以提高渗流能力。射孔完井可打破煤层原始结构，增加渗流通道；洞穴完井可扩大渗流面积，提高煤层气流动速度。对于渗透率高的储层，可考虑裸眼完井或套管完井，以降低成本并保证产出效率。

4.综合评估

结合地应力状态、煤体结构和渗透率等地质力学特征，对不同完井方式进行综合评估。考虑安全、高效、经济和适应等因素，运用科学评估方法与指标体系，选出最优完井方案。可采用层次分析法、模糊综合评价法等量化评估，确保所选方案满足开发需求，实现安全、高效、经济目标。

四、结论

基于地质力学特征的煤层气井完井方式优选方法科学合理且行之有效。该方法综合考量地应力状态、煤体结构和渗透率等地质力学特征，结合不同完井方式特点与适用条件来优选方案。虽未详细展开实例，但从理论及过往经验可知，此方法能提高煤层气产出效率和采收率，保障井壁稳定，降低开发成本。实际开发中，应充分重视地质力学特征，依优选方法选完井方式。未来，需深入研究地质力学特征与完井方式关系，完善方法，提升煤层气开发综合效益。

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