洞 穴 完 井

一、概述
洞穴完井（动力洞穴完井）是通过将空气、水的混合物注入裸眼储层，当注入达到一定压力时，
放喷释放井底压力，这样周期性重复注入/放喷，诱发井筒周围煤层中裂隙和节理系统的连通
和向外延伸，提高煤储层渗透性的一种完井方法。

在洞穴完井过程中，

当井筒的注入压力增加至超过煤层的最小水平应力时，在平行于它

的方向上（面割理），产生张性破裂，这种破裂可延伸 30—60m 

。注入时张力产生的裂隙被支

撑着，所以，在井筒周围煤层的渗透性得到了提高；在放喷时，由于压力的突然释放及叠加的
水动力效应（类似于活塞的抽吸作用），使煤层垮塌，井筒扩大，煤层载荷的这种变化

引起煤

层剪切破裂带的增大，剪切破裂横切面割理和节理，与张裂隙方向成直角相交，沟通了面割理，
提高了煤层的渗透性

（图 1）。

洞穴完井技术正是应用了

剪切破裂带的横切作用原理，连通了井筒周围的节理和自然裂

隙系统，随着井筒的扩大，裂隙向外延伸，提高了煤

层的渗透性，这是洞穴完井成功的主要因

素。

洞穴完井的增产机理可概括为以下三个方面（图 2）：
1）实际洞穴：实际洞穴的半径可达 3--4m ，增大了煤层的裸露面积，消除了煤层在钻井

完井作业中受到的污染。

2）剪切/破碎带：洞穴效应的延伸，使洞穴以外的

煤层发生张性破裂和剪切破裂，形成

一个半径约 6--8m 的剪切破碎带，

增强了导流能力。

3）扰动带：由于应力的释放作用，

在剪切/破碎带以外产生对煤层的扰动，形成一个渗

透性增高区，扰动带很大，半径可达 90m 

。

洞穴完井方法在美国圣湖安盆地煤层气井中广泛应用，并获得成功，洞穴完井与压裂完

井的气产量之比约为 7：1，单井气产量28300m

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/d，是一种有效的增产措施。

国内近几年对洞穴完井方法进行了探索，地矿、石油系统分别在安阳、丰城等地进行了水

力切割洞穴完井实验，未达到预期效果。联合国资助项目在开栾进行了动力洞穴完井实验，效
果不理想。目前，

国内尚无洞穴完井成功实例。

从技术储备看，国内具备水力切割洞穴完井技术，并进行了几口井的实验。国内尚不具

备动力洞穴完井技术。

国内具有各种洞穴完井方法所需设备。开栾矿务局具有动力洞穴全套设备。
二、洞穴完井适用条件
洞穴完井方法从动力学机理分析，应适用于任何煤储层。但洞穴强化的使用及其效果对

地质条件的依赖性很大。综合各方资料，采用洞穴完井方法应具备以下条件：

（1）煤层渗透率高，>2md，一般要求 5--7md 以上。
（2）煤质特征以中等变质煤阶、割理发育的煤层有利。
（3）煤层厚度>5m。
（4）储层具有较高压力，压力系数>1。
（5）顶板稳定。
（6）井身结构要求煤层顶板以上下生产套管、固井。

三、洞穴完井设备的配置和连接（以开滦试 1 孔为例）
试 1 孔洞穴完井是采用空气和水混合注入/放喷的方式进行造穴的，其设备配置如下：

    

1、双壁钻井设备一套。

    2、压风机（1200cfm×500psi）两台。
    3、增压机（2800cfm×1500psi）一台。

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图 2           洞穴效应示意图

井口

阀门