郭帥鋒

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣鉆井過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害與保護(hù)

郭帥鋒

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣是一種由煤層生成并主要以吸附狀態(tài)儲(chǔ)集于煤層中的非常規(guī)天然氣，主要成分為甲烷在煤礦中又俗稱瓦斯。我國(guó)煤層儲(chǔ)層具有低滲透率、低壓力和低含水飽和度的三低特點(diǎn)。煤層氣的吸附保存方式和煤層裂隙的特殊性決定了煤層氣在鉆完井、開(kāi)采過(guò)程中首先要解決保護(hù)煤儲(chǔ)層，以免傷害儲(chǔ)層，其次要最大限度地?cái)U(kuò)大解吸范圍，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)采煤層氣資源?；诖吮疚闹饕獙?duì)儲(chǔ)層傷害機(jī)理進(jìn)行了討論，進(jìn)而對(duì)其鉆完井過(guò)程中的儲(chǔ)層提出了保護(hù)技術(shù)。

煤層氣；鉆井；儲(chǔ)層；傷害；保護(hù)

1、煤層氣鉆井儲(chǔ)層傷害的原因

對(duì)于煤系地層來(lái)說(shuō)，含氣飽和度高低、滲透性和地層壓力大小是影響煤層氣可采性的最重要地質(zhì)參數(shù)。含氣飽和度低、滲透率低和地層壓力低是造成我國(guó)煤層氣單井和先導(dǎo)性開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井組穩(wěn)定日產(chǎn)氣量低的最主要原因。影響煤層氣儲(chǔ)層滲透性的主要因素來(lái)自于地層裂隙系統(tǒng)，煤系地層孔裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征和煤系地層滲透性是進(jìn)行煤層氣儲(chǔ)量科學(xué)評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一。同時(shí)這也是造成煤層氣儲(chǔ)層傷害的主要原因。鉆井過(guò)程中引發(fā)煤層氣損害的根源是使用的鉆井液，其對(duì)煤層傷害的主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一，鉆井液中固相顆粒對(duì)煤系地層裂隙的充填造成的損害。第二，煤系地層中的礦物與鉆井液中的物質(zhì)相互反應(yīng)產(chǎn)生不溶的物質(zhì)堵塞了煤系地層裂隙。鉆井液中的有些物質(zhì)被吸附在煤層表面或堵塞在煤系地層裂縫中。第三，煤系地層吸水膨脹引起地層裂隙減小或堵塞造成的損害。第四，壓力對(duì)煤系地層的損害。

2、儲(chǔ)層傷害機(jī)理

2.1 微粒運(yùn)移、粘土膨脹造成的儲(chǔ)層損害

粘土膨脹對(duì)儲(chǔ)層傷害，煤巖儲(chǔ)層的裂縫孔隙度很小，在作業(yè)時(shí)，鉆井液濾液進(jìn)入煤巖儲(chǔ)層后，煤基質(zhì)腫脹會(huì)引起煤巖孔隙度減小和滲透率降低。鉆井液中的固相顆粒沿裂隙流動(dòng)，由于煤巖層具有吸附性，一些顆粒就會(huì)滯留在空隙中無(wú)法被清除，進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)層造成了傷害。

2.2 不配伍性造成的傷害

當(dāng)鉆井完井液與儲(chǔ)層中粘土礦物的不相容時(shí)，將導(dǎo)致粘土水化，分散和絮凝沉淀，造成儲(chǔ)層滲透率降低；有可能與儲(chǔ)層中的無(wú)機(jī)離子相互作用生成無(wú)機(jī)垢，阻塞了儲(chǔ)層。

2.3 水鎖損害

煤層裂隙是地層中流體流動(dòng)的基本空間，但由于天然裂縫內(nèi)徑很小，當(dāng)外來(lái)流體侵入裂隙通道后，會(huì)將通道中原有的氣推向儲(chǔ)層深部，并在氣水界面形成一個(gè)凹向水相的彎液面。由于表面張力(毛細(xì)管壓力)。若儲(chǔ)層能量不足以克服這附加的毛細(xì)管壓力，氣就不能將水段塞驅(qū)開(kāi)而流向井筒，從而形成水鎖損害，導(dǎo)致氣層滲透率下降。

3、保護(hù)儲(chǔ)層技術(shù)

3.1 加強(qiáng)固相清除控制技術(shù)

加強(qiáng)鉆井液固相控制技術(shù)，及時(shí)清除鉆井液中的無(wú)用固相，也是減輕鉆井液對(duì)煤層氣儲(chǔ)層傷害的有效技術(shù)途徑之一。我們充分利用地表的鉆井液循環(huán)槽沉淀巖粉，循環(huán)槽端面尺寸高300mm左右，寬500mm，長(zhǎng)度≥20m，坡度在1/100～1/300之間；同時(shí)配齊振動(dòng)篩和旋流除砂、泥器等固控設(shè)備，采用機(jī)械凈化方法去除鉆井液中的無(wú)用固相；另外結(jié)合化學(xué)凈化方法，使用化學(xué)絮凝劑PAM、PHP等清除無(wú)用固相顆粒。

3.2 低固相或無(wú)固相鉆井液

鉆井液中的各種固體顆粒會(huì)對(duì)煤層氣儲(chǔ)層產(chǎn)生傷害。因此在煤系地層鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)不同地層壓力大小和地層破碎完整情況分別使用天然植物膠SD—1低固相泥漿或PAM-GSP無(wú)固相鉆井液以減少造漿土的含量，通過(guò)加入一定量的聚合物使鉆井液達(dá)到低比重、低粘度、低切力和低失水性。鉆井液的比重低井內(nèi)液柱壓力降低能減輕對(duì)煤層氣儲(chǔ)層的傷害；低粘度低切力能減輕鉆井液流動(dòng)時(shí)對(duì)煤儲(chǔ)層井壁的沖刷作用；失水量低能夠使在井壁上形成的泥餅薄而致密，迅速封堵煤系地層的微裂縫，減輕鉆井液中的固體顆粒對(duì)煤層氣儲(chǔ)層的傷害。

3.3 儲(chǔ)層壓裂增產(chǎn)工藝的保護(hù)

正在壓裂過(guò)程中為了減少對(duì)儲(chǔ)層的損害，應(yīng)該有針對(duì)性的選擇壓裂液，由于煤巖層具有隔理發(fā)育、表面積大、吸附性較強(qiáng)，應(yīng)力敏感等特點(diǎn)，根據(jù)以上特性，壓裂液應(yīng)滿足煤巖層防噴、降阻，返排、降濾、攜砂等。隨著人們認(rèn)識(shí)的不斷提高，現(xiàn)有的壓裂工藝在對(duì)壓裂增產(chǎn)過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害方面已經(jīng)取得進(jìn)步，但其受陳本和適用性的限制，還沒(méi)有完全達(dá)到目的，還需要有大量的工作。

3.4 儲(chǔ)層鉆井工藝的保護(hù)

正壓力在鉆井過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用，液柱壓力和地層壓力就是很好的體現(xiàn)，它們之間的壓差越大，鉆井液的侵入量就會(huì)越多，而且范圍也就越廣，對(duì)儲(chǔ)層的傷害也就越嚴(yán)重，并且受壓的裂縫會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水鎖效應(yīng)。另外在鉆進(jìn)作業(yè)中，為了防止激動(dòng)壓力的產(chǎn)生，應(yīng)該盡可能的減少煤巖儲(chǔ)層被鉆井液侵泡和沖刷的時(shí)間，合理的控制起下鉆的速度。煤巖氣藏常用的鉆井工藝有：氣體鉆井、欠平衡鉆井、屏蔽暫堵鉆井工藝等。

3.4.1 氣體鉆井。從煤巖儲(chǔ)層保護(hù)的角度來(lái)說(shuō)，氣體可以看做是一種非常規(guī)流體，對(duì)鉆井液，化學(xué)添加劑、鉆屑堵塞煤裂縫起到防止作用，避免由于煤吸收液體后導(dǎo)致基質(zhì)膨脹，防止了煤巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率降低，對(duì)儲(chǔ)層起到了很好的保護(hù)作用，尤其適于低滲透、高水敏煤巖儲(chǔ)層。

3.4.2 屏蔽暫堵技術(shù)。屏蔽暫堵技術(shù)的基本思想是利用煤巖層被鉆開(kāi)時(shí)的鉆井液液柱壓力和煤巖層壓力之間形成的高壓差，人為的在鉆井液中加入不同類(lèi)型和尺寸的固相顆粒，使其進(jìn)入煤層氣孔道，在井壁附近的滲透率基本接近為零，從而形成暫堵帶。該技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，并取得一定的效果，該技術(shù)所用的暫堵劑主要為分顆粒狀和纖維狀，我們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層裂縫的不同，合理的選擇。

總之，正在煤層氣鉆井過(guò)程中，鉆井液，鉆井壓力的選擇或控制不當(dāng)會(huì)對(duì)煤層儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的傷害，而在壓裂完井過(guò)程中，壓裂液或壓裂方法的不合理也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，為了提高煤層氣的采收率，我們應(yīng)該盡可能降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害，在不同的階段進(jìn)行對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)，選擇合理的鉆井液，盡量的控制鉆井壓力，做好壓裂過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)作用，提高煤層氣的采收率。

[1]張克瓊，安崇清，嚴(yán)冬.煤層氣鉆井過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害及保護(hù)技術(shù)[J].遼寧化工，2013，11：1371-1373.

[2]歐陽(yáng)云麗.鉆井過(guò)程中井筒壓力及壓力波動(dòng)對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害[D].長(zhǎng)江大學(xué)，2013.