深层煤层气保压取心技术及应用研究

引言

全球能源低碳转型进程加快，天然气在能源消费结构中的占比持续提升。我国深层煤层气资源禀赋优厚，埋深超 1000 米的储量占总量六成以上，开发潜力巨大。然而，深层储层受高温、高压及复杂地质构造影响，常规取心过程中岩心压力骤降、气体逸散等问题突出，导致储层含气量、渗透率等关键参数失真。保压取心技术通过精准维持岩心原始环境，为破解深层储层评价难题提供技术路径。深入研究该技术的原理与应用，对推动深层煤层气商业化开发具有重要实践意义。

一、深层煤层气资源开发的重要性

我国深层的煤层气资源储量十分丰富，煤层气资源里，埋深在1000 米以上的占总量 60%以上。开发深层储层不仅可增加清洁能源的供给，还可以降低煤矿瓦斯事故的潜在隐患，既带来经济效益又有安全效益。就当前而言，浅层资源开发逐渐饱和，深层煤层气成为后续勘探开发的聚焦领域，其开发进展直接左右着我国能源安全战略的实施。

二、深层煤层气保压取心关键技术

（一）保压取心工具设计

深层煤层所处环境的地层压力随埋入深度的增加而升高，常规取心工具往往是因为密封性能不好或结构强度不足，导致取心作业宣告失败。保压取心工具设计以耐受高压、杜绝泄漏为核心目标，归并多种系统功能。主体结构采用模块化设计体系，保压筒采用高强度合金锻造打造，可于高压环境当中让压力维持稳定状态。密封系统采用创新的复合结构，可在较大的温度范围之内实现动态密封。工具里装设了微型压力传感器及数据存储模块，可实时记录取心期间的压力起伏，为后续开展储层分析提供原始数据支持[1-2]。

（二）保压取心工艺流程

处于深层钻井作业时段，井眼稳定性跟取心效率间存在较显著的矛盾，传统流程因工序衔接问题易造成储层污染。保压取心的工艺过程需创建全链条质量控制体系，前期需凭借测井数据优化钻井液的性能，借助调整黏度平衡井壁的压力，取心作业启动的前夕，采用地面模拟试验验证工具的密封性能，压力测试需契合目标地层压力的需求。取心期间采用特定的切割方式进行，岩心进入筒内后迅速达成机械锁闭，同步开展压力补偿工作，起钻的时候实施分级减速，按周期暂停以监控压力改变，使工具内外压力梯度稳定维持在安全阈值里面。

（三）压力控制技术

岩心作为反映储层的实物样本，其携带的压力信息是进行含气量等关键参数分析的支撑。压力控制技术的核心要义是模拟原始储层压力环境，杜绝岩心脱离地层后因压力失衡引发的参数不真实。此技术采用闭环的调节系统，采用算法动态矫正压力补偿量。主动控制系统由高压液压泵跟比例阀一起组成，被动补偿单元把蓄能器作为采用对象，容积设计需达到长时间压力维持的要求[3]。系统安排多级压力预警体系，若压力偏差达到一定程度，便自动开启报警，若偏差过大，便触发紧急补压程序，保障岩心在转运期间维持住较高的压力保持率。

（四）样品保存与运输技术

深层煤层气岩心样本留存着储层原始的物理化学信息，这些信息完整与否直接对实验室分析结果的可靠性起决定作用，影响对煤层气资源开发潜力的评断。样品保存需维持温度跟压力的协同稳定，专用运输容器搭载着恒温控制系统，将温度波动控制到 ±2^∘C 的范围以内[4-5]。运输时采用防震的固定装置，防止岩心因振动引起结构的破坏。实验室接收该岩心后，凭借专用接口把岩心转移到高压解析仪，整个过程维持压力的连续性，保证岩心从取心完毕到实验分析的全流程当中。

三、深层煤层气保压取心技术的应用情况

（一）应用区域分布

我国深层煤层气资源表现出区域聚集特性，保压取心技术应用跟资源分布密度匹配度高，在华北区域，多个含煤盆地已普遍应用此技术，这些区域的煤层体现出厚度大、含气量高的特质，保压取心为揭示不同地质单元的储层区别提供了直接资料。技术应用的重点区域里也有西北地区的大型沉积盆地，针对此区域煤层埋深大、构造呈现复杂的特点，保压取心技术借助优化工具的适配性，顺利拿到了多套完整的深层岩心样本。我国西南的高应力煤层发育地区，应用技术有效处理了常规取心引发的气体逸散问题，为该区域资源潜力评估事宜提供了可靠的数据支撑。

（二）应用场景分类

保压取心技术于深层煤层气开发各阶段，均起到了不可替代的作用。技术的主要用途是进行资源潜力评价，凭借对保压岩心开展系统分析，能精准测定煤层的含气情况、孔隙结构及吸附本领，为选出有利勘探靶区提供科学的数据支撑。技术应用聚焦在储层改造可行性研讨，借助保压岩心力学参数的测试手段，可精准判断煤层是否具有可压裂性，为制定有差别的改造方案提供参考借鉴。采用技术动态监测储层的变化，经由对比不同开发时候的保压岩心数据，能分析煤层气产出阶段储层物性的演化规律，为优化生产制度、提高煤层气采收率提供指引。

四、结语

综上所述，深层煤层气保压取心技术为突破深层储层开发瓶颈提供了支撑。该技术通过工具创新、流程优化与精准控压，有效解决了常规取心的参数失真问题，在多个富集区的应用中展现出显著实践价值。但当前技术在超深井适应性、成本控制等方面仍存短板，制约了规模化推广。未来需聚焦材料升级与智能控制研发，提升工具耐用性与作业效率，推动技术经济性突破，为深层煤层气资源的高效开发与能源结构转型提供更坚实的技术保障。

参考文献：

[1]孙少亮.松散地层保压取心工具在煤岩气中的应用研究[J].钻采工艺，2025，48（03）：211-218.

[2]韩泽龙，李小洋，赵明，等.保压取心钻具球阀工作动力学分析[J].钻探工程，2024，51（06）：32-38.

[3]桑树勋，李瑞明，刘世奇，等.新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向[J].煤炭学报，2024，49（01）：563-585.

[4]赵义，刘海龙，蔡家品，等.TKP194-80 型密闭保压取心工具的研制与应用[J].钻探工程，2023，50（04）：77-83.

[5]邓都都，阮海龙，赵义，等.保压取样钻具内岩心温压采集器的研制与应用[J].钻探工程，2022，49（06）：116-121.