郭帅锋

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气钻井过程中的储层伤害与保护

郭帅锋

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气，主要成分为甲烷在煤矿中又俗称瓦斯。我国煤层储层具有低渗透率、低压力和低含水饱和度的三低特点。煤层气的吸附保存方式和煤层裂隙的特殊性决定了煤层气在钻完井、开采过程中首先要解决保护煤储层，以免伤害储层，其次要最大限度地扩大解吸范围，才能实现经济开采煤层气资源。基于此本文主要对储层伤害机理进行了讨论，进而对其钻完井过程中的储层提出了保护技术。

煤层气；钻井；储层；伤害；保护

1、煤层气钻井储层伤害的原因

对于煤系地层来说，含气饱和度高低、渗透性和地层压力大小是影响煤层气可采性的最重要地质参数。含气饱和度低、渗透率低和地层压力低是造成我国煤层气单井和先导性开发试验井组稳定日产气量低的最主要原因。影响煤层气储层渗透性的主要因素来自于地层裂隙系统，煤系地层孔裂隙系统发育特征和煤系地层渗透性是进行煤层气储量科学评价的重要内容之一。同时这也是造成煤层气储层伤害的主要原因。钻井过程中引发煤层气损害的根源是使用的钻井液，其对煤层伤害的主要表现在以下四个方面：第一，钻井液中固相颗粒对煤系地层裂隙的充填造成的损害。第二，煤系地层中的矿物与钻井液中的物质相互反应产生不溶的物质堵塞了煤系地层裂隙。钻井液中的有些物质被吸附在煤层表面或堵塞在煤系地层裂缝中。第三，煤系地层吸水膨胀引起地层裂隙减小或堵塞造成的损害。第四，压力对煤系地层的损害。

2、储层伤害机理

2.1 微粒运移、粘土膨胀造成的储层损害

粘土膨胀对储层伤害，煤岩储层的裂缝孔隙度很小，在作业时，钻井液滤液进入煤岩储层后，煤基质肿胀会引起煤岩孔隙度减小和渗透率降低。钻井液中的固相颗粒沿裂隙流动，由于煤岩层具有吸附性，一些颗粒就会滞留在空隙中无法被清除，进而对储层造成了伤害。

2.2 不配伍性造成的伤害

当钻井完井液与储层中粘土矿物的不相容时，将导致粘土水化，分散和絮凝沉淀，造成储层渗透率降低；有可能与储层中的无机离子相互作用生成无机垢，阻塞了储层。

2.3 水锁损害

煤层裂隙是地层中流体流动的基本空间，但由于天然裂缝内径很小，当外来流体侵入裂隙通道后，会将通道中原有的气推向储层深部，并在气水界面形成一个凹向水相的弯液面。由于表面张力(毛细管压力)。若储层能量不足以克服这附加的毛细管压力，气就不能将水段塞驱开而流向井筒，从而形成水锁损害，导致气层渗透率下降。

3、保护储层技术

3.1 加强固相清除控制技术

加强钻井液固相控制技术，及时清除钻井液中的无用固相，也是减轻钻井液对煤层气储层伤害的有效技术途径之一。我们充分利用地表的钻井液循环槽沉淀岩粉，循环槽端面尺寸高300mm左右，宽500mm，长度≥20m，坡度在1/100～1/300之间；同时配齐振动筛和旋流除砂、泥器等固控设备，采用机械净化方法去除钻井液中的无用固相；另外结合化学净化方法，使用化学絮凝剂PAM、PHP等清除无用固相颗粒。

3.2 低固相或无固相钻井液

钻井液中的各种固体颗粒会对煤层气储层产生伤害。因此在煤系地层钻进时，根据不同地层压力大小和地层破碎完整情况分别使用天然植物胶SD—1低固相泥浆或PAM-GSP无固相钻井液以减少造浆土的含量，通过加入一定量的聚合物使钻井液达到低比重、低粘度、低切力和低失水性。钻井液的比重低井内液柱压力降低能减轻对煤层气储层的伤害；低粘度低切力能减轻钻井液流动时对煤储层井壁的冲刷作用；失水量低能够使在井壁上形成的泥饼薄而致密，迅速封堵煤系地层的微裂缝，减轻钻井液中的固体颗粒对煤层气储层的伤害。

3.3 储层压裂增产工艺的保护

正在压裂过程中为了减少对储层的损害，应该有针对性的选择压裂液，由于煤岩层具有隔理发育、表面积大、吸附性较强，应力敏感等特点，根据以上特性，压裂液应满足煤岩层防喷、降阻，返排、降滤、携砂等。随着人们认识的不断提高，现有的压裂工艺在对压裂增产过程中的储层伤害方面已经取得进步，但其受陈本和适用性的限制，还没有完全达到目的，还需要有大量的工作。

3.4 储层钻井工艺的保护

正压力在钻井过程中起到了至关重要的作用，液柱压力和地层压力就是很好的体现，它们之间的压差越大，钻井液的侵入量就会越多，而且范围也就越广，对储层的伤害也就越严重，并且受压的裂缝会产生严重的水锁效应。另外在钻进作业中，为了防止激动压力的产生，应该尽可能的减少煤岩储层被钻井液侵泡和冲刷的时间，合理的控制起下钻的速度。煤岩气藏常用的钻井工艺有：气体钻井、欠平衡钻井、屏蔽暂堵钻井工艺等。

3.4.1 气体钻井。从煤岩储层保护的角度来说，气体可以看做是一种非常规流体，对钻井液，化学添加剂、钻屑堵塞煤裂缝起到防止作用，避免由于煤吸收液体后导致基质膨胀，防止了煤岩储层孔隙度和渗透率降低，对储层起到了很好的保护作用，尤其适于低渗透、高水敏煤岩储层。

3.4.2 屏蔽暂堵技术。屏蔽暂堵技术的基本思想是利用煤岩层被钻开时的钻井液液柱压力和煤岩层压力之间形成的高压差，人为的在钻井液中加入不同类型和尺寸的固相颗粒，使其进入煤层气孔道，在井壁附近的渗透率基本接近为零，从而形成暂堵带。该技术已经得到应用，并取得一定的效果，该技术所用的暂堵剂主要为分颗粒状和纤维状，我们在使用的过程中，应根据储层裂缝的不同，合理的选择。

总之，正在煤层气钻井过程中，钻井液，钻井压力的选择或控制不当会对煤层储层造成严重的伤害，而在压裂完井过程中，压裂液或压裂方法的不合理也会对储层造成伤害，为了提高煤层气的采收率，我们应该尽可能降低对储层的伤害，在不同的阶段进行对储层的保护，选择合理的钻井液，尽量的控制钻井压力，做好压裂过程中对储层的保护作用，提高煤层气的采收率。

[1]张克琼，安崇清，严冬.煤层气钻井过程中的储层伤害及保护技术[J].辽宁化工，2013，11：1371-1373.

[2]欧阳云丽.钻井过程中井筒压力及压力波动对煤储层的伤害[D].长江大学，2013.