王建科

（山西蘭花煤層氣有限公司，山西 晉城 048000）

煤層氣是一種以吸附狀態(tài)存在于煤層中的非常規(guī)性天然氣體，在這類氣體中甲烷的體積分?jǐn)?shù)超過(guò)了90%，是替代天然氣的理想能源，因而在資源、能源日益緊缺的今天，人們加大了對(duì)煤層氣的開(kāi)采。從煤層氣的開(kāi)采利用實(shí)際情況來(lái)看，煤層氣開(kāi)采的成功與否和鉆井施工技術(shù)應(yīng)用存在較多的關(guān)聯(lián)，為了能夠提升煤層氣的開(kāi)采利用率，需要根據(jù)煤層氣儲(chǔ)層的特點(diǎn)來(lái)選擇一種能夠保護(hù)煤層不受外界傷害的鉆井完井加工工藝。通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的煤層氣開(kāi)采技術(shù)強(qiáng)化了對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)，有效地提高了煤層氣儲(chǔ)層出氣量。

1 煤層氣形成機(jī)理

從地理學(xué)角度來(lái)看，煤炭資源屬于沉積巖的一種類型，其中所含有的有機(jī)物含量超過(guò)其質(zhì)量的平均水平，和頁(yè)巖相比，煤炭資源的有機(jī)物含量較高，在較長(zhǎng)時(shí)間的地理和化學(xué)作用下兩種巖礦所產(chǎn)生的煤層氣也會(huì)不斷積累，最終在煤層氣的儲(chǔ)層中形成正交斷層。煤層氣在正交斷層上流動(dòng)，最終被成功開(kāi)采。

在對(duì)煤層氣的開(kāi)采情況調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，影響煤層氣儲(chǔ)量的因素不斷增多，其中，煤中有機(jī)物含量越多，煤層氣的儲(chǔ)量也會(huì)相應(yīng)的增加。煤層厚度主要是對(duì)煤總量的估計(jì)和評(píng)估，煤能夠吸附的煤層氣與其厚度呈現(xiàn)出一種正比的關(guān)系。煤層氣的組成成分和不同氣體所占官密度是一種變量關(guān)系，這種關(guān)系的具體變動(dòng)和煤的有機(jī)物含量、煤層厚度等因素存在密切的關(guān)聯(lián)。

2 煤層氣儲(chǔ)層特點(diǎn)

1）基質(zhì)孔隙?；|(zhì)孔隙也被稱作是微孔隙，從煤層氣的分布情況來(lái)看，大多數(shù)的煤層氣都是吸附在微孔隙的表面，由于微孔隙直徑較小，人們普遍認(rèn)為水資源無(wú)法達(dá)到微孔隙系統(tǒng)，在煤儲(chǔ)層孔隙大小確定的情況下，伴隨煤化作用孔隙系統(tǒng)會(huì)對(duì)煤層儲(chǔ)層特點(diǎn)產(chǎn)生不利的影響。

2）裂隙。裂隙是伴隨煤炭資源出現(xiàn)而出現(xiàn)的，具體分為內(nèi)生裂隙、外生裂隙、繼承裂隙三種類型。內(nèi)生裂隙是煤化作用下因物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的裂隙。外生裂隙是煤層在較強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力作用下所形成的裂隙。繼承性裂隙是兼具割理和外生裂隙雙重性質(zhì)的過(guò)度類型。

3 煤層氣鉆井過(guò)程對(duì)儲(chǔ)層的傷害

3.1 鉆井液對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生的傷害

煤層氣鉆井液是鉆井工程的血液，鉆井液的存在能為鉆井工程順利開(kāi)展提供重要支持，但是從實(shí)際情況來(lái)看鉆井液及其固相等都會(huì)對(duì)油氣儲(chǔ)層造成不同程度的損害[1]。對(duì)于煤層孔隙結(jié)構(gòu)的研究當(dāng)前大多采取的是霍多特的分類方式，按照孔徑大小對(duì)煤孔隙進(jìn)行分裂，大孔的孔徑超過(guò)1 μm、中孔的孔徑在0.1～1.0 μm 之間、小孔的孔徑在0.01～0.10 μum之間，微孔的孔徑低于0.01 μm。

鉆井液是最早接觸油氣層的外來(lái)流體，在鉆頭鉆開(kāi)儲(chǔ)層的時(shí)候，受正壓差的影響，鉆井液濾液會(huì)滲入到儲(chǔ)層中，儲(chǔ)層濾液在和儲(chǔ)層巖石不匹配的時(shí)候就會(huì)引起黏土礦物水化和膨脹現(xiàn)象，最終出現(xiàn)煤層氣裂縫堵塞或者儲(chǔ)層滲透率下降，具體如圖2 和圖3 所示，對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生了不同程度的損害。

3.2 工程施工對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生的傷害

1）壓差。鉆井液的濾失量會(huì)隨著壓差的增大和增加，因此，在正壓差增加的情況下鉆井液進(jìn)入儲(chǔ)層的深度和損害儲(chǔ)層嚴(yán)重程度也會(huì)不斷增加。另外，在鉆井液有效液柱壓力超過(guò)地層破裂壓力或者鉆井液在裂縫中波動(dòng)較大的情況下，鉆井液也會(huì)出現(xiàn)漏失的現(xiàn)象，由此對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生較大傷害。

2）鉆井液浸泡時(shí)間。伴隨鉆井液浸泡時(shí)間的增加鉆井液濾液或固相進(jìn)入儲(chǔ)層的數(shù)量也會(huì)跟著增加，進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)層的損害程度也在不斷增加。

3）鉆井液的循環(huán)速度。在較快循環(huán)速度的影響下鉆井液對(duì)井壁內(nèi)泥餅的沖刷也會(huì)變得更加嚴(yán)重，在強(qiáng)烈沖刷的影響下，對(duì)儲(chǔ)層的損害也會(huì)加大。

圖2 煤層氣裂縫堵塞示意圖

圖3 儲(chǔ)層滲透率下降示意圖

3.3 儲(chǔ)層敏感性對(duì)儲(chǔ)層的傷害

在煤層氣藏、裂縫性油氣藏、致密性巖石油氣層中儲(chǔ)層的敏感性較強(qiáng)，雖然這幾種不同敏感性的基本屬性也不同，但是都會(huì)在不同程度上對(duì)儲(chǔ)層帶來(lái)?yè)p害。

1）應(yīng)力敏對(duì)儲(chǔ)層的損害。煤層裂縫的開(kāi)合程度會(huì)隨著地層壓力的變化發(fā)生變化，最終體現(xiàn)出較強(qiáng)的敏感性，在儲(chǔ)層中只要出現(xiàn)了應(yīng)力變化，不管程度如何最終都會(huì)改變裂隙的滲透率。

2）水敏對(duì)儲(chǔ)層的損害。在外部浸入氣體，諸如鉆井液、固井液礦化物和儲(chǔ)層不匹配的時(shí)候就會(huì)使得粘土礦物出現(xiàn)水化膨脹和絮凝，由此降低了儲(chǔ)層的滲透率。

4 煤層氣鉆井過(guò)程中保護(hù)儲(chǔ)層的基本分析

4.1 欠平衡鉆井技術(shù)

1）氣化、霧化鉆井。氣化、霧化鉆井適合應(yīng)用在水資源不豐富的鉆井地區(qū)，在鉆井操作中受空氣循環(huán)的影響，煤層氣儲(chǔ)層很少能夠和固體顆粒、化學(xué)添加劑接觸，同時(shí)對(duì)煤層施加的壓力也較小，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)。

2）清水鉆井。將清水作為鉆井液能夠在一定程度上降低鉆井的壓差和成本消耗，避免了黏土顆粒膨脹，減少了對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

3）泡沫鉆井。這種鉆井技術(shù)是在低固相鉆井液中加入一定的發(fā)泡劑來(lái)打造穩(wěn)定的鉆井液體系，從而在節(jié)省成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)。

4）微平衡鉆井技術(shù)。在鉆井液無(wú)法在孔壁上形成泥餅的時(shí)候可以對(duì)平衡壓力和鉆井液的流動(dòng)關(guān)系問(wèn)題進(jìn)行思考，在綜合思考之后利用室內(nèi)所測(cè)量的鉆井液流變性和特定場(chǎng)景的失水試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化鉆井工藝，即通過(guò)微平衡鉆井工藝來(lái)提升數(shù)據(jù)信息獲取和應(yīng)用的準(zhǔn)確性[2，3]。

4.2 儲(chǔ)層鉆井液保護(hù)

1）空氣鉆井液?？諝馐敲簩託忏@井過(guò)程中的重要介質(zhì)，空氣鉆井液是一種能夠保護(hù)儲(chǔ)層、鉆速較快的鉆井液類型。但是空氣鉆井液在應(yīng)用的時(shí)候需要確保地層的安全穩(wěn)定，不能夠出現(xiàn)塌陷和地下水滲漏現(xiàn)象。

2）清水鉆井液。清水鉆井液的使用能夠有效降低鉆井過(guò)程中的壓差和成本。另外，如果想要借助清水鉆井液來(lái)控制地層壓力，可以在產(chǎn)出的地層水中加入少量的膨潤(rùn)土，從而減少儲(chǔ)層礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能，減少對(duì)儲(chǔ)層的危害。

3）泡沫鉆井液。對(duì)于井壁不夠穩(wěn)定的煤層氣井，在進(jìn)行鉆井操作的時(shí)候需要確保鉆井液具有一定的密度。泡沫鉆井液通過(guò)在普通低谷固相鉆井液中加入適量的發(fā)泡劑能夠合理把控鉆井液的密度，降低鉆井成本。

4.3 最大允許起下鉆速度保護(hù)

考慮到煤巖壓力有著較強(qiáng)的敏感性，在起下鉆速度較大的情況下就會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成危害。為了能更好的保護(hù)儲(chǔ)層，需要施工人員在施工操作的時(shí)候精準(zhǔn)的計(jì)算最大允許范圍內(nèi)起下的鉆井速度。而鉆進(jìn)速度計(jì)算的關(guān)鍵是了解井身結(jié)構(gòu)、鉆井液的性能、鉆具尺寸大小等，在明確以上條件之后計(jì)算出最大允許起下鉆井速度[4，5]。

5 結(jié)語(yǔ)

煤層氣儲(chǔ)層具有敏感性強(qiáng)、裂隙分布廣泛、機(jī)械強(qiáng)度低的特點(diǎn)，在鉆井和儲(chǔ)層過(guò)程如果鉆井液和鉆井操作不當(dāng)很容易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。為了能夠避免這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生需要相關(guān)人員根據(jù)煤層氣儲(chǔ)層損害的基本特點(diǎn)來(lái)選擇適合的鉆井技術(shù)工藝，諸如氣體鉆井技術(shù)、泡沫鉆井技術(shù)、平衡鉆井技術(shù)等，通過(guò)多種鉆井技術(shù)的綜合使用來(lái)降低對(duì)儲(chǔ)層的損害，確保煤炭資源的有效開(kāi)采和利用。