煤層氣鉆井過程對儲層傷害及保護措施研究

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數(shù)超過了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，人們加大了對煤層氣的開采。從煤層氣的開采利用實際情況來看，煤層氣開采的成功與否和鉆井施工技術(shù)應用存在較多的關聯(lián)，為了能夠提升煤層氣的開采利用率，需要根據(jù)煤層氣儲層的特點來選擇一種能夠保護煤層不受外界傷害的鉆井完井加工工藝。通過應用先進的煤層氣開采技術(shù)強化了對儲層的保護，有效地提高了煤層氣儲層出氣量。

1 煤層氣形成機理

從地理學角度來看，煤炭資源屬于沉積巖的一種類型，其中所含有的有機物含量超過其質(zhì)量的平均水平，和頁巖相比，煤炭資源的有機物含量較高，在較長時間的地理和化學作用下兩種巖礦所產(chǎn)生的煤層氣也會不斷積累，最終在煤層氣的儲層中形成正交斷層。煤層氣在正交斷層上流動，最終被成功開采。

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

2 煤層氣儲層特點

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，人們普遍認為水資源無法達到微孔隙系統(tǒng)，在煤儲層孔隙大小確定的情況下，伴隨煤化作用孔隙系統(tǒng)會對煤層儲層特點產(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構(gòu)造應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)的過度類型。

3 煤層氣鉆井過程對儲層的傷害

3.1 鉆井液對儲層產(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展提供重要支持，但是從實際情況來看鉆井液及其固相等都會對油氣儲層造成不同程度的損害[1]。對于煤層孔隙結(jié)構(gòu)的研究當前大多采取的是霍多特的分類方式，按照孔徑大小對煤孔隙進行分裂，大孔的孔徑超過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流體，在鉆頭鉆開儲層的時候，受正壓差的影響，鉆井液濾液會滲入到儲層中，儲層濾液在和儲層巖石不匹配的時候就會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層滲透率下降，具體如圖2 和圖3 所示，對儲層產(chǎn)生了不同程度的損害。

3.2 工程施工對儲層產(chǎn)生的傷害

1）壓差。鉆井液的濾失量會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入儲層的深度和損害儲層嚴重程度也會不斷增加。另外，在鉆井液有效液柱壓力超過地層破裂壓力或者鉆井液在裂縫中波動較大的情況下，鉆井液也會出現(xiàn)漏失的現(xiàn)象，由此對儲層產(chǎn)生較大傷害。

2）鉆井液浸泡時間。伴隨鉆井液浸泡時間的增加鉆井液濾液或固相進入儲層的數(shù)量也會跟著增加，進而對儲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井壁內(nèi)泥餅的沖刷也會變得更加嚴重，在強烈沖刷的影響下，對儲層的損害也會加大。

圖2 煤層氣裂縫堵塞示意圖

圖3 儲層滲透率下降示意圖

3.3 儲層敏感性對儲層的傷害

在煤層氣藏、裂縫性油氣藏、致密性巖石油氣層中儲層的敏感性較強，雖然這幾種不同敏感性的基本屬性也不同，但是都會在不同程度上對儲層帶來損害。

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

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

4 煤層氣鉆井過程中保護儲層的基本分析

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，煤層氣儲層很少能夠和固體顆粒、化學添加劑接觸，同時對煤層施加的壓力也較小，由此實現(xiàn)了對儲層的保護。

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，減少了對儲層的傷害。

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)泡劑來打造穩(wěn)定的鉆井液體系，從而在節(jié)省成本的同時實現(xiàn)對儲層的保護。

4）微平衡鉆井技術(shù)。在鉆井液無法在孔壁上形成泥餅的時候可以對平衡壓力和鉆井液的流動關系問題進行思考，在綜合思考之后利用室內(nèi)所測量的鉆井液流變性和特定場景的失水試驗數(shù)據(jù)來優(yōu)化鉆井工藝，即通過微平衡鉆井工藝來提升數(shù)據(jù)信息獲取和應用的準確性[2，3]。

4.2 儲層鉆井液保護

1）空氣鉆井液?？諝馐敲簩託忏@井過程中的重要介質(zhì)，空氣鉆井液是一種能夠保護儲層、鉆速較快的鉆井液類型。但是空氣鉆井液在應用的時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程中的壓差和成本。另外，如果想要借助清水鉆井液來控制地層壓力，可以在產(chǎn)出的地層水中加入少量的膨潤土，從而減少儲層礦物質(zhì)發(fā)生化學反應的可能，減少對儲層的危害。

3）泡沫鉆井液。對于井壁不夠穩(wěn)定的煤層氣井，在進行鉆井操作的時候需要確保鉆井液具有一定的密度。泡沫鉆井液通過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

考慮到煤巖壓力有著較強的敏感性，在起下鉆速度較大的情況下就會對儲層造成危害。為了能更好的保護儲層，需要施工人員在施工操作的時候精準的計算最大允許范圍內(nèi)起下的鉆井速度。而鉆進速度計算的關鍵是了解井身結(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算出最大允許起下鉆井速度[4，5]。

5 結(jié)語

煤層氣儲層具有敏感性強、裂隙分布廣泛、機械強度低的特點，在鉆井和儲層過程如果鉆井液和鉆井操作不當很容易對儲層造成傷害。為了能夠避免這個現(xiàn)象的發(fā)生需要相關人員根據(jù)煤層氣儲層損害的基本特點來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，通過多種鉆井技術(shù)的綜合使用來降低對儲層的損害，確保煤炭資源的有效開采和利用。