煤層氣鉆井過程中的儲層傷害與保護

郭帥鋒

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣鉆井過程中的儲層傷害與保護

郭帥鋒

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣是一種由煤層生成并主要以吸附狀態儲集于煤層中的非常規天然氣，主要成分為甲烷在煤礦中又俗稱瓦斯。我國煤層儲層具有低滲透率、低壓力和低含水飽和度的三低特點。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、開采過程中首先要解決保護煤儲層，以免傷害儲層，其次要最大限度地擴大解吸范圍，才能實現經濟開采煤層氣資源。基于此本文主要對儲層傷害機理進行了討論，進而對其鉆完井過程中的儲層提出了保護技術。

煤層氣；鉆井；儲層；傷害；保護

1、煤層氣鉆井儲層傷害的原因

對于煤系地層來說，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參數。含氣飽和度低、滲透率低和地層壓力低是造成我國煤層氣單井和先導性開發試驗井組穩定日產氣量低的最主要原因。影響煤層氣儲層滲透性的主要因素來自于地層裂隙系統，煤系地層孔裂隙系統發育特征和煤系地層滲透性是進行煤層氣儲量科學評價的重要內容之一。同時這也是造成煤層氣儲層傷害的主要原因。鉆井過程中引發煤層氣損害的根源是使用的鉆井液，其對煤層傷害的主要表現在以下四個方面：第一，鉆井液中固相顆粒對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相互反應產生不溶的物質堵塞了煤系地層裂隙。鉆井液中的有些物質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，壓力對煤系地層的損害。

2、儲層傷害機理

2.1 微粒運移、粘土膨脹造成的儲層損害

粘土膨脹對儲層傷害，煤巖儲層的裂縫孔隙度很小，在作業時，鉆井液濾液進入煤巖儲層后，煤基質腫脹會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，由于煤巖層具有吸附性，一些顆粒就會滯留在空隙中無法被清除，進而對儲層造成了傷害。

2.2 不配伍性造成的傷害

當鉆井完井液與儲層中粘土礦物的不相容時，將導致粘土水化，分散和絮凝沉淀，造成儲層滲透率降低；有可能與儲層中的無機離子相互作用生成無機垢，阻塞了儲層。

2.3 水鎖損害

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

3、保護儲層技術

3.1 加強固相清除控制技術

加強鉆井液固相控制技術，及時清除鉆井液中的無用固相，也是減輕鉆井液對煤層氣儲層傷害的有效技術途徑之一。我們充分利用地表的鉆井液循環槽沉淀巖粉，循環槽端面尺寸高300mm左右，寬500mm，長度≥20m，坡度在1/100～1/300之間；同時配齊振動篩和旋流除砂、泥器等固控設備，采用機械凈化方法去除鉆井液中的無用固相；另外結合化學凈化方法，使用化學絮凝劑PAM、PHP等清除無用固相顆粒。

3.2 低固相或無固相鉆井液

鉆井液中的各種固體顆粒會對煤層氣儲層產生傷害。因此在煤系地層鉆進時，根據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無固相鉆井液以減少造漿土的含量，通過加入一定量的聚合物使鉆井液達到低比重、低粘度、低切力和低失水性。鉆井液的比重低井內液柱壓力降低能減輕對煤層氣儲層的傷害；低粘度低切力能減輕鉆井液流動時對煤儲層井壁的沖刷作用；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煤層氣儲層的傷害。

3.3 儲層壓裂增產工藝的保護

正在壓裂過程中為了減少對儲層的損害，應該有針對性的選擇壓裂液，由于煤巖層具有隔理發育、表面積大、吸附性較強，應力敏感等特點，根據以上特性，壓裂液應滿足煤巖層防噴、降阻，返排、降濾、攜砂等。隨著人們認識的不斷提高，現有的壓裂工藝在對壓裂增產過程中的儲層傷害方面已經取得進步，但其受陳本和適用性的限制，還沒有完全達到目的，還需要有大量的工作。

3.4 儲層鉆井工藝的保護

正壓力在鉆井過程中起到了至關重要的作用，液柱壓力和地層壓力就是很好的體現，它們之間的壓差越大，鉆井液的侵入量就會越多，而且范圍也就越廣，對儲層的傷害也就越嚴重，并且受壓的裂縫會產生嚴重的水鎖效應。另外在鉆進作業中，為了防止激動壓力的產生，應該盡可能的減少煤巖儲層被鉆井液侵泡和沖刷的時間，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。從煤巖儲層保護的角度來說，氣體可以看做是一種非常規流體，對鉆井液，化學添加劑、鉆屑堵塞煤裂縫起到防止作用，避免由于煤吸收液體后導致基質膨脹，防止了煤巖儲層孔隙度和滲透率降低，對儲層起到了很好的保護作用，尤其適于低滲透、高水敏煤巖儲層。

3.4.2 屏蔽暫堵技術。屏蔽暫堵技術的基本思想是利用煤巖層被鉆開時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型和尺寸的固相顆粒，使其進入煤層氣孔道，在井壁附近的滲透率基本接近為零，從而形成暫堵帶。該技術已經得到應用，并取得一定的效果，該技術所用的暫堵劑主要為分顆粒狀和纖維狀，我們在使用的過程中，應根據儲層裂縫的不同，合理的選擇。

總之，正在煤層氣鉆井過程中，鉆井液，鉆井壓力的選擇或控制不當會對煤層儲層造成嚴重的傷害，而在壓裂完井過程中，壓裂液或壓裂方法的不合理也會對儲層造成傷害，為了提高煤層氣的采收率，我們應該盡可能降低對儲層的傷害，在不同的階段進行對儲層的保護，選擇合理的鉆井液，盡量的控制鉆井壓力，做好壓裂過程中對儲層的保護作用，提高煤層氣的采收率。

[1]張克瓊，安崇清，嚴冬.煤層氣鉆井過程中的儲層傷害及保護技術[J].遼寧化工，2013，11：1371-1373.

[2]歐陽云麗.鉆井過程中井筒壓力及壓力波動對煤儲層的傷害[D].長江大學，2013.