煤層氣水平井可降解鉆井液體系研究

段偉偉

摘 要：煤層氣水平井的主要目的是開采煤層氣，在這個過程中，降低煤礦瓦斯含量，保證鉆井具有較為秀良的常規性能，例如流變性和過濾性之外，還應該盡可能的降低因煤礦瓦斯含量對煤層氣儲層的損害。在煤層氣水平井的建設之中，清除液濾餅的通常做法是在每個井段泵入0.5立方米且濃度為15%的鹽酸。但是相關試驗表明，單獨使用酸或氧化劑在水平井段中清除濾餅的效果并不明顯，其主要的不足在于會與所遇到的所有可被氧化的物質發生化學反應，從而使酸或氧化劑失去原有的效力。因此，為了盡可能地降低鉆井液對煤層氣儲層的損害，就應該通過鉆井液配方實驗、粒度分析測試、濾餅清除實驗、高溫高壓膨脹量測試和煤巖氣體滲透率測試等試驗手段研發可降解鉆井液，并對可降解鉆井液體系進行綜合評價。

關鍵詞：煤層氣水平井；鉆井液；生物酶；氣體滲透率

中圖分類號：TE254 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0159-01

1 實驗方法

（1）可降解鉆井液配方實驗：首先，在實驗材料的選擇上采用羧甲基纖維素作為增黏劑、改性淀粉作為降濾失劑、超細碳酸鈣作為架橋劑、氯化銨作為PH調節劑、膨潤土作為配漿土、JBR作為生物酶破膠劑以及特種生物酶SE-4。其次，在實驗方法上，設置對照組，先將其中一組按照不加酶的配方配制漿液并將PH調至7，測試漿液的密度、表觀黏度等參數，然后再在另一組變量按照加特種生物酶的方式配置漿液并將PH調至7，兩組同時放入恒溫（10攝氏度）靜置，測試漿液流變參數隨時間的變化情況。

（2）可降解鉆井液粒度分析：本實驗主要用來評價可降解鉆井液中固相顆粒大小及分布規律，由此確定固體顆粒與煤層空隙之間的配伍情況。做法是按照不加生物破膠酶的情況配置漿液，然后使用激光粒度分析儀進行漿液粒度分析，并觀察顆粒粒度分布情況。

（3）可降解鉆井液濾餅清除實驗：在可降解鉆井液降解的不同階段，即降解前、生物酶降解2小時、酸解2小時這三個階段中，利用壓失水儀對濾餅進行無壓濾失量實驗，記錄一定時間內的濾失量。同時設置對照組，即對清水在空白濾紙上進行無壓失水實驗，并記錄相同時間內的濾失量，最后通過比較兩者的濾失量來說明不同解堵工藝對濾餅的解堵效果。

（4）煤巖物性測試：采集煤層煤樣，利用X射線衍射對其進行礦物鑒定，最后再測試氣體滲透率及孔隙度。

（5）煤巖膨脹量測試：首先用7g煤粉與2mL水玻璃混勻，在巖芯壓制機上用16MPa壓力壓制20min，取出即可得到實驗所需煤樣，將煤樣分為三份并置于蒸餾水、1%的KCI溶液和可降解鉆井液這三種不同的液體中，進行高溫高壓膨脹量測試。

2 結果與討論

（1）可降解鉆井液配方實驗：通過對對照組的實驗結果進行比對可知，加入特種生物酶的漿液破膠率高達90%切表觀黏度為2.5mPa·s。這就表明表明生物降解過程已基本結束。實驗結果表明，加入生物酶的漿液可以滿足煤層氣水平井鉆進要求，尤其適合膠結性較差的松軟煤層。

（2）可降解鉆井液粒度分析實驗：可降解鉆井液中固相顆粒粒徑的分布范圍大致是36～1000μm，粒徑峰值在240μm左右，在該配方中，超細碳酸鈣為400目，顆粒大小在37.4μm以下，泥漿中固相顆粒的峰值對應的應為膨潤土顆粒。由以上實驗數據可知，如要起到較好的暫時封堵，保護煤層氣儲層的作用，就應依據煤儲層裂隙和孔隙大小，合理選擇泥漿固相顆粒大小。

（3）可降解鉆井液濾餅清除實驗：該實驗數據說明了三點問題，第一點，可降解鉆井液所形成濾餅的無壓失水量為零，說明濾餅質量較好。第二點，可降解鉆井液濾餅的解堵是靠生物酶和酸的雙重措施來實現的，兩種缺一都將導致最終的解堵效果變差（單獨酸化的無壓失水量僅為0.5mL，說明解堵效果一般），采用雙重解堵措施之后，4h后可以實現完全解堵。第三點，附著有濾餅的濾紙的最終濾失量略大于空白濾紙的濾失量，可能的原因之一是浸泡會使濾紙的結構變得更加疏松、微觀孔隙變大，另一個原因是濾紙與酸會發生反應，導致濾紙的致密程度下降，濾失量增大。

（4）煤巖物性測試：該實驗中，所用煤樣的成分為：石英為1%，高嶺石為5%，方解石為20%，白云石為15%，非晶質為59%；孔隙率為10.0%～10.5%；氣體滲透率為0.3×10-15～0.5×10-15平方米。因此實驗結果為：煤樣以非晶質組分、方解石和白云石為主，并含少量的高嶺石和石英。

（5）煤巖膨脹量測試：該測試仍以煤巖物性測試的煤樣為測試樣本，由實驗數據發現，在蒸餾水中，煤樣仍表現出較低的膨脹率，在可降解鉆井液中，煤樣吸水膨脹具有一定的抑制能力，其效果介于蒸餾水和1%的KCI溶液之間。

3 實驗結論

（1）在可降解鉆井液中，液態的特種生物酶具有較快的破膠速度和較徹底的破膠效果，2h后破膠量超過85%，破膠后漿液黏度也明顯降低。

（2）利用生物酶降解和酸解相結合的的復合解堵方式可以有效地消除鉆井液對煤層氣儲層的傷害，恢復甚至提高煤巖氣體滲透率達15.47%～38.92%。

（3）可降解鉆井液具有兩個優點，一個是保持井壁穩定，另一個是保護氣儲層，并提高煤巖氣體滲透率。該鉆井呀非常適合煤層，特別是松軟煤層儲層鉆進，具有廣闊的應用前景。

總結來說：在可降解鉆井液中，液態的特種生物酶具有較快的破膠速度和較徹底的破膠效果，生物酶降解加鹽酸酸化的結合使用可有效地清除可降解鉆井液對煤層氣儲層的傷害并能恢復甚至提高煤巖氣體滲透率。而可降解鉆井液具有的雙重優點（保持井壁穩定和儲層保護），非常適合煤層，特別是松軟煤層的水平井的鉆進工作。

4 結語

根據以上的相關實驗表明，將可降解鉆井液引入煤層氣水平井的鉆進過程中，可在一定程度上保護氣儲層，通過采用生物酶加酸化的雙重解堵措施來清除鉆井液所形成的濾餅，對井壁的保護效果非常顯著。同時，可間接的鉆井液也體現了環保意識，在保護氣儲層的的過程中利用生物技術和化學技術的結合，減少了污染物的殘留。

參考文獻

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