煤層氣開采過程中的儲層傷害及保護措施

摘 要：煤氣層就是俗稱的瓦斯，屬于清潔能源，是我國經濟民生發展的重要能源。但是在實際開采過程中，易出現損傷儲層的情況，嚴重影響了開采效果。本文對開采現狀進行了簡要概述，進一步分析儲層損害原因，并提出了針對性保護方法。

關鍵詞：煤層氣;儲層傷害;保護措施

煤層氣一般情況下，以CH4的形式存在，多吸附于煤基質的表面，極少量的以CH4游離態存在于煤層水中。煤層氣開發開采的環節多、難度較大，在開采過程中極易造成對儲層的傷害，嚴重影響煤層氣的開采效果。因此，提高煤層氣開采質量、減少儲層傷害、對儲層加以保護是當前煤層氣開采中需重點關注的問題。

1 煤層氣開采現狀

煤層氣資源是我國的重要資源之一，其開采問題一直受到多方的關注。但我國煤層氣開采技術仍有很大的提升空間，多數開采效果也不容樂觀。煤儲層較多情況下處于其他巖層的下面，質地較脆，且硬度相較其他巖層而言明顯偏低，開采過程中極易受到外力作用發生形變和坍塌情況，產生的煤粉易造成儲層堵塞。煤層氣開發開采關鍵環節主要包括井位部署、鉆完井、水力壓裂和排水采氣等，環節較多，引起的壓力波動及外來物質極易造成儲層傷害，給煤層氣的采出帶來嚴重的影響。目前在煤層氣開采過程中，各單位也在重點分析造成儲層傷害的原因，并針對性地采取保護措施以減小對儲層的傷害。

2 儲層傷害原因

2.1 鉆井原因

鉆井傷害煤儲層的原因主要分為以下兩點：一是鉆井液中的堿、聚合物等添加劑及鉆井液本身對煤儲層的傷害;二是鉆井過程中因鉆井液柱壓力較大及鉆井液浸泡時間長等原因對煤儲層造成傷害。

2.1.1 鉆井液對儲層的傷害

鉆井液過對儲層的傷害的主要原因為鉆井液進入儲層，本身或反應產生的物資堵塞孔喉及裂縫，致使滲透率下降。煤儲層空隙較小，非均質性嚴重，當水基鉆井液滲入儲層，會引起其中的黏土膨脹，堵塞空隙，滲透率下降，造成嚴重的儲層傷害。在鉆井過程中經常添加堿性物資用于堵漏，而部分煤層偏酸性，極易發生中和反應產生Ca（OH）2和Mg（OH）2沉淀，而這些沉淀將不可避免堵塞氣水運移通道，造成滲透率降低，對煤儲層產生不可修復的損害。另外，在鉆井液中經常添加纖維素等聚合物，也易造成對煤儲層的損害。胡友林等人對兩種常見聚合物進行相關研究，實驗證明大分子聚合物對煤儲層傷害嚴重，能夠導致滲透率嚴重下降，且無法恢復[1]。

2.1.2 鉆井過程對儲層的傷害

煤儲層與常規的儲集巖不同，其彈性模量更小，煤基質中泊松較高，但由于天然狀態下煤存在大量的縫隙，所以煤儲層質地脆弱、硬度小、裂縫和孔隙較多，進而導致其與常規巖層相比，更易受外力影響，煤儲層破碎的可能性也進一步加劇。所以在鉆井過程中，壓力的變化往往會引起滲透率的較大變化。當鉆井液柱壓力大于原始煤儲層壓力時，井底壓差即為正壓差，鉆井液就會滲入煤儲層。當原始煤儲層壓力一定時，鉆井液柱壓力則決定著正壓差的大小。當鉆井過程中存在較大正壓差，鉆井液濾液和其中的各種添加劑就會不斷地滲入煤儲層，加劇對煤儲層的傷害程度。而當鉆井液柱壓力。原始煤儲層壓力相同時，隨著鉆井液浸泡煤儲層時間增加，對煤儲層的傷害也會進一步加大。

2.2 排采原因

排采過程對儲層造成傷害主要為煤粉堵塞傷害和煤儲層氣鎖傷害。

2.2.1 煤粉堵塞傷害

煤儲層中原來就有大量煤粉存在，加上開采過程中對煤儲層施加的外力作用下又生成大量的粉狀顆?；蛩樾济?。正常情況下，煤粉沿著通道隨水運移，經泵筒排出地面，保障通道暢通。但當抽采設備頻繁停機，造成煤粉在近井地帶堆積，將較小的產氣產水通道堵死，導致儲層滲透率降低，造成儲層傷害，嚴重時氣水量明顯下降，甚至不產氣、不產水。所以在排采過程中，要著重注意產水中煤粉的變化，盡可能避免長時間或頻繁停機，保障排采的連續穩定。

2.2.2 煤儲層氣鎖傷害

在煤層氣井排采過程中，極易因為氣鎖現象造成氣水運移通道堵塞，對煤儲層滲透率造成嚴重傷害。而氣鎖原因主要為在排采初期，井口剛剛見套壓時，由于排采設備或者動力設備原因導致長時間停機或者泵效嚴重降低、泵徑偏小，導致產水量降低，動液面回升引起井底流壓升高。最終導致井筒附近煤儲層因流壓回升停止解析，但遠端因距離較遠受壓力變化影響小而繼續解析，這樣容易使孔隙中的小氣泡變成大氣泡堵塞通道。所以在煤層氣井見氣起壓初期，要保證井底流壓平穩下降，避免流壓回升情況的出現，避免形成氣鎖。

3 開采過程中儲層保護措施

3.1 優選鉆井方式

通過選擇合適的鉆井方式可以有效保護儲層。眾所周知，煤儲層普遍具有應力敏感性較高，并還存在微裂縫分布面積較廣等特點。鉆井中井下壓力和原始煤儲層壓力之間相互作用，如果鉆井時井下壓力大于原始煤儲層壓力，鉆井液往往會進入煤儲層，進而造成滲透率下降等傷害，而隨著鉆井中井下壓力越大于原始煤儲層壓力，作用時間越長，則鉆井液侵入煤儲層速度越快、深度越深，嚴重污染近井地帶，對儲層造成不易恢復的傷害。因此，建議采用欠平衡的鉆井方式進行開采，可以保證地層壓力絕對大于鉆井液柱壓力，減少鉆井液侵入煤儲層的量以及侵入深度，有效防止儲層受到傷害。在實際鉆井過程當中，我們應該聯系實際情況，優選空氣鉆等欠平衡鉆井方式進行鉆井，減少對儲層的傷害。

3.2 優選鉆井液

經前文分析可知，鉆井液中堿性物質、聚合物等均對煤儲層有一定的傷害。因此，通過優選鉆井液可以在一定程度上減小對煤儲層的傷害。建議在不同區塊進行大面積鉆井作業時，首先應對煤儲層傷害進行相關研究，優選出配伍性適合的鉆井液，盡最大可能減小對煤儲層的傷害。在實際鉆井過程中，可以考慮使用低固體顆粒物與低鉆井液密度的清水鉆井液。MMH正電膠體系鉆井液、抑制性很強的兩性離子和陽離子鉆井液體系[2]。

3.3 固相控制技術

為了進一步提高儲層的保護能力，現階段固相控制技術是較好的選擇，固相控制技術可以將鉆井液中存在的大量無用固相進行清理，通過地表循環以及機械凈化的方法，并且配備完善的振動篩--除砂器--離心機等多元化固相控制設備。除固相控制技術以外，常見的清理固相顆粒方法還有化學凈化法。一般情況下，會使用PAM等相關指標優秀的化學絮凝劑，可以有效地對數量較多的微小固相顆粒進行清理，降低鉆井液中存在固體物質的含量，以求達到防止傷害煤儲層的目的。

3.4 加強排采技術管理

排采過程應加強排采管控，應當采取適當排出煤粉、連續穩定排采的思路，不同的排采階段制定適宜的排采制度，并嚴格落實排采制度。在排采過程中要保障設備能夠連續穩定運行，避免抽采設備長時間或頻繁停機，以免引起煤粉排出不暢，造成在近井地帶堆積、堵塞氣水產出通道。特別是在煤層氣見套壓初期，要始終保持井底流壓平穩下降，避免出現井底流壓回升形成氣鎖的情況。在修井作業過程中，要加快作業速度，避免作業中壓力波動，減少作業中引入過多外來物質，盡可能較小修井作業對煤儲層的傷害。還應當考慮當井底流壓大于原始地層壓力時，壓裂液浸泡是儲層滲透率傷害的主因，所以在壓裂液反排階段應當適當加快排采降液速度，避免壓裂液長時間浸泡煤儲層造成傷害，但同時因避免降液速度過快造成速敏傷害。

4 結論

煤層氣是我國的重要清潔能源，加大對煤層氣的開采對低碳化發展具有重要作用。但開采過程中，因鉆井、排采等作業環節極易對煤儲層造成傷害，嚴重影響煤層氣開采效果，所以對煤儲層傷害原因分析及保護措施的研究具有重要意義。本文建議通過優選鉆井方式、優選鉆井液、采用固相控制技術、加強排采技術管理等多種方式綜合保護煤儲層，減少對煤儲層傷害，盡可能釋放煤層氣井產能。

參考文獻：

[1]胡友林，代杰.鉆井過程中煤層氣儲層損害機理研究[J].煤礦安全，2014，45（4）：5-8.

[2]劉加杰，楊珊，劉楊，等.煤巖氣藏損害機理及保護技術研究[J].西部探礦工程，2010（3）：111-113+116.

作者簡介：

曹士文（1988- ），男，漢族，籍貫：山西省太原市，學歷：大學本科，助理工程師，研究方向：煤層氣開發與開采。