煤層氣開采過程中的儲層傷害及保護(hù)措施

摘 要：煤氣層就是俗稱的瓦斯，屬于清潔能源，是我國經(jīng)濟(jì)民生發(fā)展的重要能源。但是在實(shí)際開采過程中，易出現(xiàn)損傷儲層的情況，嚴(yán)重影響了開采效果。本文對開采現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要概述，進(jìn)一步分析儲層損害原因，并提出了針對性保護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：煤層氣;儲層傷害;保護(hù)措施

煤層氣一般情況下，以CH4的形式存在，多吸附于煤基質(zhì)的表面，極少量的以CH4游離態(tài)存在于煤層水中。煤層氣開發(fā)開采的環(huán)節(jié)多、難度較大，在開采過程中極易造成對儲層的傷害，嚴(yán)重影響煤層氣的開采效果。因此，提高煤層氣開采質(zhì)量、減少儲層傷害、對儲層加以保護(hù)是當(dāng)前煤層氣開采中需重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 煤層氣開采現(xiàn)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(guān)注。但我國煤層氣開采技術(shù)仍有很大的提升空間，多數(shù)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(zhì)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(fā)生形變和坍塌情況，產(chǎn)生的煤粉易造成儲層堵塞。煤層氣開發(fā)開采關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要包括井位部署、鉆完井、水力壓裂和排水采氣等，環(huán)節(jié)較多，引起的壓力波動及外來物質(zhì)極易造成儲層傷害，給煤層氣的采出帶來嚴(yán)重的影響。目前在煤層氣開采過程中，各單位也在重點(diǎn)分析造成儲層傷害的原因，并針對性地采取保護(hù)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(diǎn)：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?qū)γ簝釉斐蓚Α?/p>

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?yàn)殂@井液進(jìn)入儲層，本身或反應(yīng)產(chǎn)生的物資堵塞孔喉及裂縫，致使?jié)B透率下降。煤儲層空隙較小，非均質(zhì)性嚴(yán)重，當(dāng)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(yán)重的儲層傷害。在鉆井過程中經(jīng)常添加堿性物資用于堵漏，而部分煤層偏酸性，極易發(fā)生中和反應(yīng)產(chǎn)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(yùn)移通道，造成滲透率降低，對煤儲層產(chǎn)生不可修復(fù)的損害。另外，在鉆井液中經(jīng)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(jìn)行相關(guān)研究，實(shí)驗(yàn)證明大分子聚合物對煤儲層傷害嚴(yán)重，能夠?qū)е聺B透率嚴(yán)重下降，且無法恢復(fù)[1]。

2.1.2 鉆井過程對儲層的傷害

煤儲層與常規(guī)的儲集巖不同，其彈性模量更小，煤基質(zhì)中泊松較高，但由于天然狀態(tài)下煤存在大量的縫隙，所以煤儲層質(zhì)地脆弱、硬度小、裂縫和孔隙較多，進(jìn)而導(dǎo)致其與常規(guī)巖層相比，更易受外力影響，煤儲層破碎的可能性也進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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?；蛩樾济骸ＵＧ闆r下，煤粉沿著通道隨水運(yùn)移，經(jīng)泵筒排出地面，保障通道暢通。但當(dāng)抽采設(shè)備頻繁停機(jī)，造成煤粉在近井地帶堆積，將較小的產(chǎn)氣產(chǎn)水通道堵死，導(dǎo)致儲層滲透率降低，造成儲層傷害，嚴(yán)重時氣水量明顯下降，甚至不產(chǎn)氣、不產(chǎn)水。所以在排采過程中，要著重注意產(chǎn)水中煤粉的變化，盡可能避免長時間或頻繁停機(jī)，保障排采的連續(xù)穩(wěn)定。

2.2.2 煤儲層氣鎖傷害

在煤層氣井排采過程中，極易因?yàn)闅怄i現(xiàn)象造成氣水運(yùn)移通道堵塞，對煤儲層滲透率造成嚴(yán)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(shè)備或者動力設(shè)備原因?qū)е麻L時間停機(jī)或者泵效嚴(yán)重降低、泵徑偏小，導(dǎo)致產(chǎn)水量降低，動液面回升引起井底流壓升高。最終導(dǎo)致井筒附近煤儲層因流壓回升停止解析，但遠(yuǎn)端因距離較遠(yuǎn)受壓力變化影響小而繼續(xù)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(wěn)下降，避免流壓回升情況的出現(xiàn)，避免形成氣鎖。

3 開采過程中儲層保護(hù)措施

3.1 優(yōu)選鉆井方式

通過選擇合適的鉆井方式可以有效保護(hù)儲層。眾所周知，煤儲層普遍具有應(yīng)力敏感性較高，并還存在微裂縫分布面積較廣等特點(diǎn)。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(jìn)入煤儲層，進(jìn)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(yán)重污染近井地帶，對儲層造成不易恢復(fù)的傷害。因此，建議采用欠平衡的鉆井方式進(jìn)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(shí)際鉆井過程當(dāng)中，我們應(yīng)該聯(lián)系實(shí)際情況，優(yōu)選空氣鉆等欠平衡鉆井方式進(jìn)行鉆井，減少對儲層的傷害。

3.2 優(yōu)選鉆井液

經(jīng)前文分析可知，鉆井液中堿性物質(zhì)、聚合物等均對煤儲層有一定的傷害。因此，通過優(yōu)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(qū)塊進(jìn)行大面積鉆井作業(yè)時，首先應(yīng)對煤儲層傷害進(jìn)行相關(guān)研究，優(yōu)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(shí)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(qiáng)的兩性離子和陽離子鉆井液體系[2]。

3.3 固相控制技術(shù)

為了進(jìn)一步提高儲層的保護(hù)能力，現(xiàn)階段固相控制技術(shù)是較好的選擇，固相控制技術(shù)可以將鉆井液中存在的大量無用固相進(jìn)行清理，通過地表循環(huán)以及機(jī)械凈化的方法，并且配備完善的振動篩--除砂器--離心機(jī)等多元化固相控制設(shè)備。除固相控制技術(shù)以外，常見的清理固相顆粒方法還有化學(xué)凈化法。一般情況下，會使用PAM等相關(guān)指標(biāo)優(yōu)秀的化學(xué)絮凝劑，可以有效地對數(shù)量較多的微小固相顆粒進(jìn)行清理，降低鉆井液中存在固體物質(zhì)的含量，以求達(dá)到防止傷害煤儲層的目的。

3.4 加強(qiáng)排采技術(shù)管理

排采過程應(yīng)加強(qiáng)排采管控，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)排出煤粉、連續(xù)穩(wěn)定排采的思路，不同的排采階段制定適宜的排采制度，并嚴(yán)格落實(shí)排采制度。在排采過程中要保障設(shè)備能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，避免抽采設(shè)備長時間或頻繁停機(jī)，以免引起煤粉排出不暢，造成在近井地帶堆積、堵塞氣水產(chǎn)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(wěn)下降，避免出現(xiàn)井底流壓回升形成氣鎖的情況。在修井作業(yè)過程中，要加快作業(yè)速度，避免作業(yè)中壓力波動，減少作業(yè)中引入過多外來物質(zhì)，盡可能較小修井作業(yè)對煤儲層的傷害。還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)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(yīng)當(dāng)適當(dāng)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(jié)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(fā)展具有重要作用。但開采過程中，因鉆井、排采等作業(yè)環(huán)節(jié)極易對煤儲層造成傷害，嚴(yán)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(hù)措施的研究具有重要意義。本文建議通過優(yōu)選鉆井方式、優(yōu)選鉆井液、采用固相控制技術(shù)、加強(qiáng)排采技術(shù)管理等多種方式綜合保護(hù)煤儲層，減少對煤儲層傷害，盡可能釋放煤層氣井產(chǎn)能。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡友林，代杰.鉆井過程中煤層氣儲層損害機(jī)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?fù)p害機(jī)理及保護(hù)技術(shù)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(xué)歷：大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：煤層氣開發(fā)與開采。