煤层气钻井过程中的储层伤害及保护技术

2021-04-09王林杰

云南化工 2021年2期

王林杰

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077)

1 煤层气基本概念

1.1 成藏原理

在分析煤层气过程中，要对煤层气主要分布区域有所了解。煤层气是一种岩类物质，组成煤层气的物质一部分是有机物，如果是页岩，有机物总量会低于50%[1]。煤层气存储气体时，主要包含两种气体，一种是微孔隙游离气体，还有一种是吸附在有机质内的表层气体，所以，煤层气体被称之为吸附气体。需要重视一点，煤层气的存储结构、割理结构是正交断层，煤层需要处于垂直状态，可以提供一个空间，气体可以自由流动。

储存层中会有煤出现，通过借助岩性产生气体。煤层气在储存过程中，会出现很多外在因素，对存储天然气量产生影响，其中可以包含以下几点：第一是组成煤的成分；第二，煤层的厚度等也是影响因素，这些对于气体吸附能力都有影响[2]。此外，由于煤层中气体是不断变化的，变化维度较大，可以和煤的成分形成函数。气体的成分中，最多的是甲烷，还包括CO2和液态H。

煤在饱和状态下，也可以生成相对应的气体。如果气体没有处在饱和状态，就不会有新的气体生成，储存层压力会逐渐降低，一直降低到饱和状态。想要完成这种饱和状态，需要借助脱水作用[3]。

1.2 储层特点

煤层气储存层结构通常情况下是一种双孔隙结构，储层整体结构中，比较重要的是基质孔隙，以及裂缝孔隙，煤层中的微孔和裂隙会有发育情况产生，影响煤层存储和移动水平的是煤层实际水平[4]。煤层气具有一定的特点，其最为主要的特点是具有敏感性的对应力。煤层气的整体不能出现逆状态，如果降低煤岩层渗透率，会有非均质产生，煤层气中的储层会产生饱和度。这种情况下，会导致所对应的压力降低，同时也会使渗透率降低。由于此点原因，需要对煤储层的结构进行整合和优化，同时还需要考虑其物理性质，需要创造合适的条件，保证储层能够得到应用。

2 煤层气钻井过程的储层伤害

2.1 钻井完成的储层伤害

煤储层在操作过程中，操作的不同会对煤储层带来不利影响和伤害，对于煤的产量和质量都会有一定影响[5]。

第一，钻井阶段的钻井液会影响煤储层。由于彼此之间存在不匹配状况，这会影响煤储层的正常运行，还会伤害应用体系，对运营体系的管理也会产生不利影响。当完成钻井后，煤储层中的物质和钻井液无法相互融合，黏土就会产生水化现象，如果情况严重，还会不断分散，最后形成沉淀物质，导致煤储层渗透率降低。还会出现一种情况，是因为粒子在不断迁移，黏土也在不断扩张，所以，会伤害到煤储层，煤储层钻井在工作过程中，煤储层会有钻井液进入，煤基质会出现肿胀情况，岩孔隙会变得更小，渗透率的参数会变为曾经的二分之一。此外，如果出现高分子聚合物，也会伤害到煤储层，主要的原因是聚合物过多，对于矿物质的应用具有较大影响，同时还会出现粘连情况，对渗透率也会造成一定影响[6]。

第二，影响煤储层的还包括压力参数。这种压力是由于钻井产生的。煤储层会影响应力的敏感度，系统就会出现无法逆转状况，如果四周压力较大时，渗透率会由于压力的作用而逐渐降低，但很难逐渐恢复到正常状态，煤储层整体运行状况也会被降低，对钻井压力会产生不利影响，煤储层的渗透效果也会失去一定平衡[7]。需要提出的是，煤储层常规化结构和其力学参数具有不同特点，弹性参数也有所不同，开发钻井阶段，出现的压力参数也会对整体造成影响。所以，要使整体运行更加稳定，需要将钻井结构维持平衡状态，否则会对岩储层产生更多伤害。

2.2 增产对煤储层的不利影响

煤岩层储层具有较低的渗透率，由于储层的特殊性质，所以，煤在开采阶段需要应用压裂处理，这样才可以使煤的产量变得更高。大多数在开采过程中，都会选择人造裂缝，将煤岩层渗透面积进行改变，还需要改变其渗透方式，采用这种方法可以将CH4气体有效的吸收，可以提供更多的通道进行渗透，但是这会对煤储层产生不利影响，会制约其运行水平，还会使整体结构造成阻塞[8]。

第一，在进行压裂时，会产生一些压裂液体，但是地层水和压裂液体彼此不匹配，会影响煤储层整体情况。第二，压裂液中会添加一些其他液体，对运行体系也会产生不利影响，会降低渗透率。第三，压裂液和煤层黏土物质不匹配，黏土就会出现膨胀情况，会影响和限制煤层中运行孔道，这会导致渗透率极大降低。压裂液中会出现添加剂，会对煤开采过程步骤造成一定影响，地层吸收能力也会降低，煤储层运行效率也会降低。

3 煤层气钻井的保护技术

为了使管理水平得到提高，还有对相关问题进行处理，相关工作人员需要以实际需求为依据，建立可以保护煤储层的运行体系，需要按照标准制定合适的工艺流程，还需要制定合适策略，将保护技术不断优化和升级，为开采煤炭奠定基石。

3.1 煤储层钻井保护机制

在建立煤层气钻井管理体系阶段，需要考虑到正压力参数，同时需要有监督机制。在对存在的问题进行处理时，需要使液柱和地层保持完整的压力，可以有效的进行体系管控。需要得到重视的是，液柱和地层之间的压力存在较大差距，会有更多的钻井液侵入到煤储层中，而且涉及的范围和面积也会很广，对煤储层的管理造成不利影响。同时还会影响到煤储层的运行成果，受到压力作用的裂缝就会出现水锁情况，煤储层的管理和运行就会失去平衡。而且，钻井在进行工作过程中，想要让压力产生的不利影响得到解决，煤储层使用钻井液浸泡的时间就需要减少，要结合实际情况，适当减少钻井液的浸泡时间，监督控制工作也需要得到落实，对其运行速度也要合理管控，使管理水平得到完善和提高。我国最为广泛的钻井技术主要有两种。

首先，采用的是气体钻井工艺。需要了解煤储层的一些情况，还要以保护成效为依据，将需要整合的参数进行整改，分析煤储层基本情况，此时产生的气体并不是规化气体。所以，在应用钻井液时，使用其他化学添加剂，对于运行整体产生影响较大，会阻碍其发展和运行。所以需要相关工作人员，具体问题具体分析，采用科学合理的方法处理存在的问题，这样可以使渗透率得到提升，需要制定更加科学的体系来维护煤储层，使煤储层得到保护。如果在操作过程中可以良好操作，控制孔隙的参数需要满足标准要求，气体钻井步骤需要完整。需要得到重视的是，采用这种方法在一定条件下可以发挥优势和价值，在渗透环境较低的时候就可以应用到这种方法，可以使开采工作继续进行，还可以提高运行效率，使操作目标能够持续发展。

其次，采用的是屏蔽暂堵技术。采用这种方法可以使管理水平和效率得到提升。这种技术的主要原理是通过借助一些压力，借助煤岩层在钻开时的压力，还有煤岩层自身压力，两者之间会有压力差，通过对压力差进行整合，可以使技术环境形成，管理工作也可以顺利完成。在真实操作过程中，控制钻井液需要用人工控制，还需要向其中加入一些颗粒物质，其结构大小都需要有所差异。采用这种方法，就可以满足操作条件，可以使得到的气体向煤层气对应的结构中进入。此时人们可以对井壁附近渗透率参数进行控制，这样就可以形成屏蔽暂堵带，使整体结构更加完整，同时也升级了管理效果。此外，当建立暂堵带之后，可以将纤维结构和颗粒进行相互整合，在使用过程中，可以更加具有时效性，而且比较完整。可以有效的提高储存层出现裂缝水平，可以为结构选择奠定基础。

3.2 储层钻井液保护机制

为了使储层钻井运行效率得到提升，需要对保护机制进行维护，需要对系统进行落实政策，要根据不同地区对储层进行保护的钻井液，制定科学的体系。虽然操作方案有差异，但是具有相同的操作原理，需要让钻井液和处理剂相互结合，还可以对液体之间的配伍问题进行分析，使处理水平得到提升，就不会对煤储层造成伤害，为后续工作提供基础。在进行保护过程中，通过以下两个方面进行分析。

第一，在对钻井液进行选择时，需要选择密度较低而且黏性不高的液体，钻井液失水总量需要得到控制，控制在标准范围之内，固相含量也要按照标准进行选择，这样可以避免对储存层造成伤害，同时可以使保护技术得到优化。

第二，对于敏感性也要进行考量，应力不断变化，会造成储存层受到伤害，所以需要进行监督和管理，建立科学管理机制，在管理标准得到整合之后，需要对敏感性进行控制，可以利用表面的活性剂加以控制，可以控制张力，不断对处理剂进行优化和完善，储层受到伤害的概率被极大降低，管理水平也能得到全面完善。

3.3 储层压力增产保护

为了使煤储层能够安全运行，需要考虑压力具体情况，构建合理管理机制，煤岩层发育情况需要得到整合，使煤岩层表面得到维护，还需要维护煤岩层的吸附功能，使应力敏感度得到优化。根据相对应的参数，使压裂液可以充分发挥作用，同时可以保障煤岩层的降租情况。在操作过程中可以返排，同时也可以进行降率工作，使技术水平得到提升。除此之外，在操作过程中，需要符合操作流程和结果的要求。还需要考虑到成本问题，提高煤储层管理效率，实现双赢效果。