煤層氣鉆井過程中的儲層傷害及保護技術

王林杰

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

1 煤層氣基本概念

1.1 成藏原理

在分析煤層氣過程中，要對煤層氣主要分布區(qū)域有所了解。煤層氣是一種巖類物質，組成煤層氣的物質一部分是有機物，如果是頁巖，有機物總量會低于50%[1]。煤層氣存儲氣體時，主要包含兩種氣體，一種是微孔隙游離氣體，還有一種是吸附在有機質內的表層氣體，所以，煤層氣體被稱之為吸附氣體。需要重視一點，煤層氣的存儲結構、割理結構是正交斷層，煤層需要處于垂直狀態(tài)，可以提供一個空間，氣體可以自由流動。

儲存層中會有煤出現，通過借助巖性產生氣體。煤層氣在儲存過程中，會出現很多外在因素，對存儲天然氣量產生影響，其中可以包含以下幾點：第一是組成煤的成分；第二，煤層的厚度等也是影響因素，這些對于氣體吸附能力都有影響[2]。此外，由于煤層中氣體是不斷變化的，變化維度較大，可以和煤的成分形成函數。氣體的成分中，最多的是甲烷，還包括CO2和液態(tài)H。

煤在飽和狀態(tài)下，也可以生成相對應的氣體。如果氣體沒有處在飽和狀態(tài)，就不會有新的氣體生成，儲存層壓力會逐漸降低，一直降低到飽和狀態(tài)。想要完成這種飽和狀態(tài)，需要借助脫水作用[3]。

1.2 儲層特點

煤層氣儲存層結構通常情況下是一種雙孔隙結構，儲層整體結構中，比較重要的是基質孔隙，以及裂縫孔隙，煤層中的微孔和裂隙會有發(fā)育情況產生，影響煤層存儲和移動水平的是煤層實際水平[4]。煤層氣具有一定的特點，其最為主要的特點是具有敏感性的對應力。煤層氣的整體不能出現逆狀態(tài)，如果降低煤巖層滲透率，會有非均質產生，煤層氣中的儲層會產生飽和度。這種情況下，會導致所對應的壓力降低，同時也會使?jié)B透率降低。由于此點原因，需要對煤儲層的結構進行整合和優(yōu)化，同時還需要考慮其物理性質，需要創(chuàng)造合適的條件，保證儲層能夠得到應用。

2 煤層氣鉆井過程的儲層傷害

2.1 鉆井完成的儲層傷害

煤儲層在操作過程中，操作的不同會對煤儲層帶來不利影響和傷害，對于煤的產量和質量都會有一定影響[5]。

第一，鉆井階段的鉆井液會影響煤儲層。由于彼此之間存在不匹配狀況，這會影響煤儲層的正常運行，還會傷害應用體系，對運營體系的管理也會產生不利影響。當完成鉆井后，煤儲層中的物質和鉆井液無法相互融合，黏土就會產生水化現象，如果情況嚴重，還會不斷分散，最后形成沉淀物質，導致煤儲層滲透率降低。還會出現一種情況，是因為粒子在不斷遷移，黏土也在不斷擴張，所以，會傷害到煤儲層，煤儲層鉆井在工作過程中，煤儲層會有鉆井液進入，煤基質會出現腫脹情況，巖孔隙會變得更小，滲透率的參數會變?yōu)樵浀亩种弧４送?，如果出現高分子聚合物，也會傷害到煤儲層，主要的原因是聚合物過多，對于礦物質的應用具有較大影響，同時還會出現粘連情況，對滲透率也會造成一定影響[6]。

第二，影響煤儲層的還包括壓力參數。這種壓力是由于鉆井產生的。煤儲層會影響應力的敏感度，系統(tǒng)就會出現無法逆轉狀況，如果四周壓力較大時，滲透率會由于壓力的作用而逐漸降低，但很難逐漸恢復到正常狀態(tài)，煤儲層整體運行狀況也會被降低，對鉆井壓力會產生不利影響，煤儲層的滲透效果也會失去一定平衡[7]。需要提出的是，煤儲層常規(guī)化結構和其力學參數具有不同特點，彈性參數也有所不同，開發(fā)鉆井階段，出現的壓力參數也會對整體造成影響。所以，要使整體運行更加穩(wěn)定，需要將鉆井結構維持平衡狀態(tài)，否則會對巖儲層產生更多傷害。

2.2 增產對煤儲層的不利影響

煤巖層儲層具有較低的滲透率，由于儲層的特殊性質，所以，煤在開采階段需要應用壓裂處理，這樣才可以使煤的產量變得更高。大多數在開采過程中，都會選擇人造裂縫，將煤巖層滲透面積進行改變，還需要改變其滲透方式，采用這種方法可以將CH4氣體有效的吸收，可以提供更多的通道進行滲透，但是這會對煤儲層產生不利影響，會制約其運行水平，還會使整體結構造成阻塞[8]。

第一，在進行壓裂時，會產生一些壓裂液體，但是地層水和壓裂液體彼此不匹配，會影響煤儲層整體情況。第二，壓裂液中會添加一些其他液體，對運行體系也會產生不利影響，會降低滲透率。第三，壓裂液和煤層黏土物質不匹配，黏土就會出現膨脹情況，會影響和限制煤層中運行孔道，這會導致滲透率極大降低。壓裂液中會出現添加劑，會對煤開采過程步驟造成一定影響，地層吸收能力也會降低，煤儲層運行效率也會降低。

3 煤層氣鉆井的保護技術

為了使管理水平得到提高，還有對相關問題進行處理，相關工作人員需要以實際需求為依據，建立可以保護煤儲層的運行體系，需要按照標準制定合適的工藝流程，還需要制定合適策略，將保護技術不斷優(yōu)化和升級，為開采煤炭奠定基石。

3.1 煤儲層鉆井保護機制

在建立煤層氣鉆井管理體系階段，需要考慮到正壓力參數，同時需要有監(jiān)督機制。在對存在的問題進行處理時，需要使液柱和地層保持完整的壓力，可以有效的進行體系管控。需要得到重視的是，液柱和地層之間的壓力存在較大差距，會有更多的鉆井液侵入到煤儲層中，而且涉及的范圍和面積也會很廣，對煤儲層的管理造成不利影響。同時還會影響到煤儲層的運行成果，受到壓力作用的裂縫就會出現水鎖情況，煤儲層的管理和運行就會失去平衡。而且，鉆井在進行工作過程中，想要讓壓力產生的不利影響得到解決，煤儲層使用鉆井液浸泡的時間就需要減少，要結合實際情況，適當減少鉆井液的浸泡時間，監(jiān)督控制工作也需要得到落實，對其運行速度也要合理管控，使管理水平得到完善和提高。我國最為廣泛的鉆井技術主要有兩種。

首先，采用的是氣體鉆井工藝。需要了解煤儲層的一些情況，還要以保護成效為依據，將需要整合的參數進行整改，分析煤儲層基本情況，此時產生的氣體并不是規(guī)化氣體。所以，在應用鉆井液時，使用其他化學添加劑，對于運行整體產生影響較大，會阻礙其發(fā)展和運行。所以需要相關工作人員，具體問題具體分析，采用科學合理的方法處理存在的問題，這樣可以使?jié)B透率得到提升，需要制定更加科學的體系來維護煤儲層，使煤儲層得到保護。如果在操作過程中可以良好操作，控制孔隙的參數需要滿足標準要求，氣體鉆井步驟需要完整。需要得到重視的是，采用這種方法在一定條件下可以發(fā)揮優(yōu)勢和價值，在滲透環(huán)境較低的時候就可以應用到這種方法，可以使開采工作繼續(xù)進行，還可以提高運行效率，使操作目標能夠持續(xù)發(fā)展。

其次，采用的是屏蔽暫堵技術。采用這種方法可以使管理水平和效率得到提升。這種技術的主要原理是通過借助一些壓力，借助煤巖層在鉆開時的壓力，還有煤巖層自身壓力，兩者之間會有壓力差，通過對壓力差進行整合，可以使技術環(huán)境形成，管理工作也可以順利完成。在真實操作過程中，控制鉆井液需要用人工控制，還需要向其中加入一些顆粒物質，其結構大小都需要有所差異。采用這種方法，就可以滿足操作條件，可以使得到的氣體向煤層氣對應的結構中進入。此時人們可以對井壁附近滲透率參數進行控制，這樣就可以形成屏蔽暫堵帶，使整體結構更加完整，同時也升級了管理效果。此外，當建立暫堵帶之后，可以將纖維結構和顆粒進行相互整合，在使用過程中，可以更加具有時效性，而且比較完整?？梢杂行У奶岣邇Υ鎸映霈F裂縫水平，可以為結構選擇奠定基礎。

3.2 儲層鉆井液保護機制

為了使儲層鉆井運行效率得到提升，需要對保護機制進行維護，需要對系統(tǒng)進行落實政策，要根據不同地區(qū)對儲層進行保護的鉆井液，制定科學的體系。雖然操作方案有差異，但是具有相同的操作原理，需要讓鉆井液和處理劑相互結合，還可以對液體之間的配伍問題進行分析，使處理水平得到提升，就不會對煤儲層造成傷害，為后續(xù)工作提供基礎。在進行保護過程中，通過以下兩個方面進行分析。

第一，在對鉆井液進行選擇時，需要選擇密度較低而且黏性不高的液體，鉆井液失水總量需要得到控制，控制在標準范圍之內，固相含量也要按照標準進行選擇，這樣可以避免對儲存層造成傷害，同時可以使保護技術得到優(yōu)化。

第二，對于敏感性也要進行考量，應力不斷變化，會造成儲存層受到傷害，所以需要進行監(jiān)督和管理，建立科學管理機制，在管理標準得到整合之后，需要對敏感性進行控制，可以利用表面的活性劑加以控制，可以控制張力，不斷對處理劑進行優(yōu)化和完善，儲層受到傷害的概率被極大降低，管理水平也能得到全面完善。

3.3 儲層壓力增產保護

為了使煤儲層能夠安全運行，需要考慮壓力具體情況，構建合理管理機制，煤巖層發(fā)育情況需要得到整合，使煤巖層表面得到維護，還需要維護煤巖層的吸附功能，使應力敏感度得到優(yōu)化。根據相對應的參數，使壓裂液可以充分發(fā)揮作用，同時可以保障煤巖層的降租情況。在操作過程中可以返排，同時也可以進行降率工作，使技術水平得到提升。除此之外，在操作過程中，需要符合操作流程和結果的要求。還需要考慮到成本問題，提高煤儲層管理效率，實現雙贏效果。

3.4 如何選擇合適鉆井液和暫堵劑

首先，需要控制鉆井液的濾失量，每0.5 h選用的量需要小于6 mL，如果應用的是HTHP，每半個小時選擇的濾失量是15 mL，這樣鉆井液就不會侵入到儲層中，即使有侵入，其總量也會相對減少。

其次，需要對固相含量進行控制，如果采用的是質量較好的鉆井液，其含有的黏土含量不能高于0.06，如果使用清水，那么1 cm3用1.03 g，所含有的砂量要低于0.002。

最后，在選擇暫堵劑的時候，需要按照標準進行選擇。在進入儲層之前，大約60 m的時候，就要將暫堵劑按照一定比例配置完成，對粘性的能力也要進行調節(jié)，儲層會有空隙，所以暫堵劑需要將空隙堵住，防止濾液進入煤巖層，如果在鉆井時暫堵劑缺失，需要及時補足。

4 結語

煤層在鉆井過程中，會受到以下兩個方面的影響：

1)由于鉆井液產生的不利影響，壓力參數會對煤儲層造成的影響；

2)在增產過程中，需要通過壓裂來提高產量，這也會對煤儲層造成一定的傷害，所以需要一定的保護技術?？梢圆捎煤线m保護技術工藝進行煤儲層保護，建立科學的鉆井液保護機制，在增產過程中，建立科學合理的監(jiān)督機制。采用這些科學方法，對煤儲層的保護具有重要的作用。