如何破解破碎性煤层气储层钻井液安全密度窗口扩大的难题

1.目的

为了破解破碎性煤层气储层钻井液安全密度窗口扩大的难题，笔者研发了粘接提高煤岩强度的相关技术。其主要原理为：钻完井流体的液柱压力会使得具有粘接能力的钻完井流体进入破碎性地层的单元缝隙或者层理、割理，在封堵材料的作用下，钻完井流体静止或者流动速度降低，有可能将原来破碎的单元变成一个整体，增大了煤颗粒之间的摩擦力和黏聚力，进而提高了煤岩强度和漏失压力、降低了坍塌压力，从而达到破碎性煤层钻井不塌不漏的目的。

2.方法

1）利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪定性、半定量、定量分析煤结构、组分和化学性质，确定组分的分布比或者粘接效率比。

2）建立煤表面结构模型，分析处理剂分子与煤表面分子的扩散吸附效应、处理剂分子间的粘接效应以及原始非破碎地层粘接效应，确定合适的安全密度窗口强度需要的粘接处理剂的构型和基团数量，分析不同类型、不同分子量、不同的基团及空间构型以及流—固—化作用机制，确定粘接处理剂的分子量。

3）建立处理剂分子量与煤缝内表面组分间粘接力关系方程，以及粘接力与煤岩强度定量关系，结合粘接效率比确定处理剂分子量与煤岩强度之间的数学关系，即只要知道煤岩组分和原始破碎煤岩强度，就可以调节粘接分子所需要的分子量。

4）优化粘接处理剂分子空间构型和活性基团，靶向设计并开发粘接处理剂分子，加工粘接材料，配合钻井流体需要的功能处理剂，完成钻井流体配方构建及优化，其流程如图1所示。

图1 破碎性煤层气储层钻井流体研制流程图

5）根据现场机泵条件，用原生信息再现技术，设计钻井流体性能，现场施工，完成破碎性煤层气储层建井任务。

3.效果

破碎性煤层气储层采用粘接提高煤岩强度技术，有效解决了破碎性煤层易塌易漏成井困难的问题。现场应用上百口井，成功率达100%，刷新了多项行业、地区纪录，打破了漏失坍塌不能调和的技术壁垒。研究和应用过程中，所提出的粘接提高地层自身强度的理论、开发粘接处理剂的方法以及剥茧算法优化的现场施工工艺，可以推广至其他如碳酸盐岩、疏松砂岩等破碎性储层钻井施工中，也可以通过提强增韧辅助压裂液、酸压液及酸化液实现缝间或者缝内转向。需要说明的是，地层强度可以改变的技术思路，虽已初见成效，但许多细节仍有较大的改进空间。