吕开河 乔伟刚 孙晗森 周卫东

(1.中国石油大学 (华东)石油工程学院,山东 266555;2.中联煤层气有限责任公司,北京 100011)

在钻井施工过程中,往往会钻遇煤层而引起井 壁失稳,煤岩的坍塌一方面造成起下钻遇阻、遇卡、接单跟困难等事故或井下复杂情况,降低钻井速度和效率,另一方面造成井眼直径扩大,煤层局部形成“大肚子”和“糖葫芦”井眼,井身质量差,难以保证固井质量;对于煤层气储层,煤层既是储集层又是烃源岩,在钻井过程中尤其应避免井壁失稳情况的发生,另外,由于我国煤层气储层渗透率普遍偏低,90%的储层渗透率低于3×10-3,钻井过程中造成的储层污染也应引起足够的重视。笔者采用山西晋城3#煤层的煤样为研究对象,进行了大量实验,研究了煤岩的化学性质,分析了其对煤层井壁稳定和储层保护造成的影响,为煤层钻井施工的设计提供必要的参考依据。

1 煤岩化学成分分析

煤的化学结构和物理化学性质与煤化程度密切相关,随着煤化程度的增加,煤大分子结构的芳香性和缩聚程度增大,含氧基团逐渐减少,亲水能力减弱,煤中镜质体含量上升而丝质体含量下降,密度增大。对煤岩化学成分进行分析,可以对煤岩的强度、亲水性、密度等有一个基本的认识。

对3#煤层煤样化学成分分析表明,煤镜质体含量15%～80%,一般在50%～65%,丝质体半丝质体含量20%～85%,一般在35%～50%;存在少量惰质体。三组煤样元素分析结果见表1所示。

表1 煤岩样品元素含量 (%)

以上分析表明,该区煤层的煤化程度均不高,煤以丝碳为主,强度、燃点较低,煤中有较多含氧基团,亲水性强,易吸附水。……