煤層氣鉆井儲層保護新技術研究

佟?峰

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣鉆井儲層保護新技術研究

佟?峰

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

本文分析了我國煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀和前景，研究了我國煤層氣儲層孔隙和裂隙系統(tǒng)特征，分析了煤層氣鉆井的儲層傷害機理。針對煤層氣鉆井儲層保護難點，提出了采用低固相或無固相鉆井液、欠平衡鉆井技術、屏蔽暫堵技術和加強固相控制等煤層氣鉆井儲層保護技術。

儲層保護；新技術；研究

1、我國煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀和前景

我國煤層氣的基礎研究起步較晚，但20世紀90年代以來進行了大量的研究工作，尤其是國家973煤層氣項目研究工作的開展，使煤層氣在成因類型劃分及其判識、煤層儲氣機理和儲層評價、煤層氣吸附和解吸機理、煤層氣藏形成的動力場及成藏過程、煤層氣資源評價等方面取得了較大的進展。同時，近年來通過研發(fā)和引進，煤層氣地球物理勘探、煤層氣鉆井、煤層氣完井和煤層氣增產(chǎn)技術也得到了很大的提高。深化煤層氣成藏、吸附-解吸機理等方面的研究、加強選區(qū)評價工作和發(fā)展羽狀水平井等先進的開采工藝及煤層氣采出水的處理工藝是今后煤層氣勘探開發(fā)的重點。

2、煤層氣鉆井儲層傷害機理研究

2.1 煤層氣儲層孔隙和裂隙系統(tǒng)特征

研究對于煤儲層來說，含氣飽和度、滲透性和儲層壓力是控制其可采性的最重要地質(zhì)參數(shù)。低含氣飽和度、低滲透率和低壓力是影響我國煤層氣單井和先導性開發(fā)試驗井組穩(wěn)定日產(chǎn)氣量低的最重要因素。煤層氣儲層滲透性的主要貢獻來自于裂隙系統(tǒng)，煤儲層孔裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征和煤儲層滲透性是科學評價煤儲層的重要內(nèi)?容之一。

對于煤層孔隙結(jié)構(gòu)研究，目前多采用霍多特的分類方法，即將煤孔隙分成大孔(孔徑大于1μm)、中孔(孔徑0.1～1μm)、過渡孔或小孔(孔徑0.01～0.1μm)、微孔(孔徑小于0.01μm)。據(jù)我國138個樣品的壓汞測試數(shù)據(jù)顯示，煤的孔徑結(jié)構(gòu)雖然變化極大，但是在總體上則以微孔為主、過渡孔次之，中孔和大孔的比例相對較小。以沁水盆地北端煤層氣儲層為例，該區(qū)域儲層孔喉半徑多分布在0～0.1μm之間。

2.2 鉆井過程中造成煤層損害的機理研究

鉆井過程中誘發(fā)煤層氣損害的根源是鉆井液，其對煤層的傷害主要為以下幾個方面：鉆井液中固相顆粒對煤層的損害固相顆粒主要來自鉆屑、煤粉及配漿材料。取山西柳林地區(qū)某煤樣，在正壓差為3.5MPa、溫度為50℃和時間為2h的條件下，經(jīng)過3%的膨潤土漿污染后，該煤樣氣測滲透率下降68.03%。煤與鉆井液中的高分子聚合物相互作用產(chǎn)生的堵塞鉆井液濾液中的高分子聚合物被吸附在煤表面或堵塞在裂縫中。取山西柳林地區(qū)的某煤樣，在正壓差為3.5MPa和時間為2h的條件下，污染介質(zhì)的配方是：水+2%PAC-141+3%FT-346+0.5%K-HPAN+3%KCl，污染后煤樣氣測滲透率下降65.42%。煤基質(zhì)吸附膨脹造成的損害將晉試1井某煤樣經(jīng)過4%KCl溶液浸泡后，氣測滲透率下降61.65%。壓力敏感性對煤層的損害取沁水煤田煤樣，當圍壓為10MPa時，滲透率降低到初始值的20%～30%，而砂巖為原始值的90%～95%；當煤樣有效圍壓由10MPa降低到原始值時，滲透率只能恢復到原始值的50%～80%，即造成20%～50%的永久性傷害。

3、煤層氣鉆井儲層保護技術

3.1 煤層氣鉆井儲層保護的難點

由于煤是具有不同于常規(guī)油氣層的特點，決定了煤層比常規(guī)油氣層更容易受到損害。與常規(guī)油氣層相比，煤既是生氣層又是儲集層，煤巖的彈性模量較低，泊松比較高，吸附能力強(內(nèi)表面積一般為10～40m2/g)，抗壓和抗拉強度均較低、脆性大、易破碎、易壓縮，同時煤層割理和裂隙發(fā)育，屬典型的雙孔隙儲層。如果煤層的孔隙和裂縫一旦受到損害，其受傷害程度將比常規(guī)油氣層嚴重得多，不僅使氣體的滲流通道受損，而且還會影響到煤層氣的解吸過程。因此，一方面煤層極易污染，特別是受鉆井液中固相顆粒的污染；另一方面煤層破碎和高剪切應力造成井眼不穩(wěn)定。為了保證安全鉆穿煤層，其主要措施就是提高鉆井液密度，也就是增加其固相含量，但這樣又容易污染煤層，因而實施煤層保護技術較常規(guī)油氣層更困難。

3.2 煤層氣鉆井儲層保護技術

綜合以上原因分析，煤層氣儲層保護技術要點是：采用低固相或無固相鉆井液；采用欠平衡鉆井技術；采用屏蔽暫堵技術；加強固相控制技術。采用低固相或無固相鉆井液鉆井液中的各種固相會對煤儲層產(chǎn)生傷害。因此在煤儲層鉆進時，應減少造漿土的含量，使用低固相或無固相鉆井液。通過加入一定量的聚合物如NH4HPAN、KPAM、XC、PHP、CMC等，使鉆井液具有“低密度、低粘度、低切力、低失水”的特性。該類型的鉆井液能減輕過大壓力對煤儲層的傷害；減輕鉆井液對煤儲層井壁的沖刷作用；能夠迅速在井壁上形成一層薄而致密的泥餅，以封堵煤層的微裂縫，減輕濾液對煤儲層的傷害。

采用空氣鉆井和泡沫鉆井等欠平衡鉆井技術，減少儲層裸露時間空氣鉆井技術已被國內(nèi)外鉆井界公認為是提高鉆井速度、縮短鉆井周期一項實用革命性技術。通常使用空氣鉆井可以將鉆速提高2～15倍；但并非所有的井段都適合空氣鉆井，在井壁穩(wěn)定比較好、不含水、不含硫化氫等地段可以采用空氣鉆井技術；空氣鉆井對設備配套要求比較高，涉及到的主要設備包括供氣注入系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、排砂取樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及附屬配套工具等。

采用屏蔽暫堵技術屏蔽暫堵理論最早針對保護空隙型油氣儲層而提出的，已發(fā)展成為我國鉆井完井儲層保護的一個重要技術，獲得廣泛應用。對于中、低滲儲層，常規(guī)屏蔽暫堵型聚合物鉆井液體系的屏蔽暫堵效果較好，封堵率較高。

結(jié)束語

論文分析了我國煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀和前景，分析研究了煤層氣鉆進過程中的儲層傷害機理，針對煤層氣鉆井的儲層保護難點，提出了相應的儲層保護技術。

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[3]盧國軍，劉彬，王力，薛志亮，王春東，鐘思萍.中國煤層氣儲層傷害分析及鉆井液儲層保護研究現(xiàn)狀[J].煤田地質(zhì)與勘探，2016，02：121-126.