煤层气钻井过程对储层伤害及保护措施研究

王建科

（山西兰花煤层气有限公司，山西 晋城 048000）

煤层气是一种以吸附状态存在于煤层中的非常规性天然气体，在这类气体中甲烷的体积分数超过了90%，是替代天然气的理想能源，因而在资源、能源日益紧缺的今天，人们加大了对煤层气的开采。从煤层气的开采利用实际情况来看，煤层气开采的成功与否和钻井施工技术应用存在较多的关联，为了能够提升煤层气的开采利用率，需要根据煤层气储层的特点来选择一种能够保护煤层不受外界伤害的钻井完井加工工艺。通过应用先进的煤层气开采技术强化了对储层的保护，有效地提高了煤层气储层出气量。

1 煤层气形成机理

从地理学角度来看，煤炭资源属于沉积岩的一种类型，其中所含有的有机物含量超过其质量的平均水平，和页岩相比，煤炭资源的有机物含量较高，在较长时间的地理和化学作用下两种岩矿所产生的煤层气也会不断积累，最终在煤层气的储层中形成正交断层。煤层气在正交断层上流动，最终被成功开采。

在对煤层气的开采情况调查研究发现，影响煤层气储量的因素不断增多，其中，煤中有机物含量越多，煤层气的储量也会相应的增加。煤层厚度主要是对煤总量的估计和评估，煤能够吸附的煤层气与其厚度呈现出一种正比的关系。煤层气的组成成分和不同气体所占官密度是一种变量关系，这种关系的具体变动和煤的有机物含量、煤层厚度等因素存在密切的关联。

2 煤层气储层特点

1）基质孔隙。基质孔隙也被称作是微孔隙，从煤层气的分布情况来看，大多数的煤层气都是吸附在微孔隙的表面，由于微孔隙直径较小，人们普遍认为水资源无法达到微孔隙系统，在煤储层孔隙大小确定的情况下，伴随煤化作用孔隙系统会对煤层储层特点产生不利的影响。

2）裂隙。裂隙是伴随煤炭资源出现而出现的，具体分为内生裂隙、外生裂隙、继承裂隙三种类型。内生裂隙是煤化作用下因物质结构变化而产生的裂隙。外生裂隙是煤层在较强构造应力作用下所形成的裂隙。继承性裂隙是兼具割理和外生裂隙双重性质的过度类型。

3 煤层气钻井过程对储层的伤害

3.1 钻井液对储层产生的伤害

煤层气钻井液是钻井工程的血液，钻井液的存在能为钻井工程顺利开展提供重要支持，但是从实际情况来看钻井液及其固相等都会对油气储层造成不同程度的损害[1]。对于煤层孔隙结构的研究当前大多采取的是霍多特的分类方式，按照孔径大小对煤孔隙进行分裂，大孔的孔径超过1 μm、中孔的孔径在0.1～1.0 μm 之间、小孔的孔径在0.01～0.10 μum之间，微孔的孔径低于0.01 μm。

钻井液是最早接触油气层的外来流体，在钻头钻开储层的时候，受正压差的影响，钻井液滤液会渗入到储层中，储层滤液在和储层岩石不匹配的时候就会引起黏土矿物水化和膨胀现象，最终出现煤层气裂缝堵塞或者储层渗透率下降，具体如图2 和图3 所示，对储层产生了不同程度的损害。

3.2 工程施工对储层产生的伤害

1）压差。钻井液的滤失量会随着压差的增大和增加，因此，在正压差增加的情况下钻井液进入储层的深度和损害储层严重程度也会不断增加。另外，在钻井液有效液柱压力超过地层破裂压力或者钻井液在裂缝中波动较大的情况下，钻井液也会出现漏失的现象，由此对储层产生较大伤害。

2）钻井液浸泡时间。伴随钻井液浸泡时间的增加钻井液滤液或固相进入储层的数量也会跟着增加，进而对储层的损害程度也在不断增加。

3）钻井液的循环速度。在较快循环速度的影响下钻井液对井壁内泥饼的冲刷也会变得更加严重，在强烈冲刷的影响下，对储层的损害也会加大。

图2 煤层气裂缝堵塞示意图

图3 储层渗透率下降示意图

3.3 储层敏感性对储层的伤害

在煤层气藏、裂缝性油气藏、致密性岩石油气层中储层的敏感性较强，虽然这几种不同敏感性的基本属性也不同，但是都会在不同程度上对储层带来损害。

1）应力敏对储层的损害。煤层裂缝的开合程度会随着地层压力的变化发生变化，最终体现出较强的敏感性，在储层中只要出现了应力变化，不管程度如何最终都会改变裂隙的渗透率。

2）水敏对储层的损害。在外部浸入气体，诸如钻井液、固井液矿化物和储层不匹配的时候就会使得粘土矿物出现水化膨胀和絮凝，由此降低了储层的渗透率。

4 煤层气钻井过程中保护储层的基本分析

4.1 欠平衡钻井技术

1）气化、雾化钻井。气化、雾化钻井适合应用在水资源不丰富的钻井地区，在钻井操作中受空气循环的影响，煤层气储层很少能够和固体颗粒、化学添加剂接触，同时对煤层施加的压力也较小，由此实现了对储层的保护。

2）清水钻井。将清水作为钻井液能够在一定程度上降低钻井的压差和成本消耗，避免了黏土颗粒膨胀，减少了对储层的伤害。

3）泡沫钻井。这种钻井技术是在低固相钻井液中加入一定的发泡剂来打造稳定的钻井液体系，从而在节省成本的同时实现对储层的保护。

4）微平衡钻井技术。在钻井液无法在孔壁上形成泥饼的时候可以对平衡压力和钻井液的流动关系问题进行思考，在综合思考之后利用室内所测量的钻井液流变性和特定场景的失水试验数据来优化钻井工艺，即通过微平衡钻井工艺来提升数据信息获取和应用的准确性[2，3]。

4.2 储层钻井液保护

1）空气钻井液。空气是煤层气钻井过程中的重要介质，空气钻井液是一种能够保护储层、钻速较快的钻井液类型。但是空气钻井液在应用的时候需要确保地层的安全稳定，不能够出现塌陷和地下水渗漏现象。

2）清水钻井液。清水钻井液的使用能够有效降低钻井过程中的压差和成本。另外，如果想要借助清水钻井液来控制地层压力，可以在产出的地层水中加入少量的膨润土，从而减少储层矿物质发生化学反应的可能，减少对储层的危害。

3）泡沫钻井液。对于井壁不够稳定的煤层气井，在进行钻井操作的时候需要确保钻井液具有一定的密度。泡沫钻井液通过在普通低谷固相钻井液中加入适量的发泡剂能够合理把控钻井液的密度，降低钻井成本。

4.3 最大允许起下钻速度保护

考虑到煤岩压力有着较强的敏感性，在起下钻速度较大的情况下就会对储层造成危害。为了能更好的保护储层，需要施工人员在施工操作的时候精准的计算最大允许范围内起下的钻井速度。而钻进速度计算的关键是了解井身结构、钻井液的性能、钻具尺寸大小等，在明确以上条件之后计算出最大允许起下钻井速度[4，5]。

5 结语

煤层气储层具有敏感性强、裂隙分布广泛、机械强度低的特点，在钻井和储层过程如果钻井液和钻井操作不当很容易对储层造成伤害。为了能够避免这个现象的发生需要相关人员根据煤层气储层损害的基本特点来选择适合的钻井技术工艺，诸如气体钻井技术、泡沫钻井技术、平衡钻井技术等，通过多种钻井技术的综合使用来降低对储层的损害，确保煤炭资源的有效开采和利用。