钻井完井过程中对煤储层的潜在伤害.doc

钻井完井过程中对煤储层的潜在伤害钻井完井过程中对煤储层的潜在伤害钻井完井过程中对煤储层的潜在伤害1.正压差伤害在正压差作用下，钻井液中的胶体颗粒和其它细微颗粒被吸附在煤层孔隙喉道上钻井液滤液的侵入又有可能发生敏感性反应，生成不溶性沉淀物，从而造成堵塞测定不同围压下煤样的渗透率值，如图 5—2 所示：随着围压的增加，渗透率下降由于煤层存在着压力敏感性，钻开煤层后，煤中的微孔隙和裂缝受压会变的更加细微，增加了克服损害的难度为此，钻井过程中最好采用平衡或欠平衡钻井技术图 5－2 不同围压对煤渗透率的影响2.固相伤害钻井液中所含固相颗粒分为粗粒（大于 2000μm） 、中粗粒（250～2000μm） 、细粒（44～250μm） 、微粒（2～44μm）和胶体颗粒（小于 2μm） 钻井液中不同粒径的固体颗粒，特别是其中的微粒和胶体颗粒会沿着煤层的割理和孔隙进入煤层，对煤层气的运移通道产生填充和堵塞在低压煤层中，这种固相颗粒的侵入速度和侵入半径大大增加并“镶嵌”在孔隙之中而无法清除，从而造成永久性的伤害钻井液中固相颗粒主要来自钻屑、煤粉及配制钻井液的材料，如膨润土、加重剂、堵漏剂和暂堵剂及聚合物不溶物等。

与常规砂岩和碳酸盐岩储层相比，煤储层裂缝具有平、直、宽的特点固相颗粒只要进到煤岩裂缝中，很容易随滤液一起进入储层深部，直到微粒沉积下来为止，从而在井眼周围形成一个半径较大的固相侵入带，对煤层储集性能造成严重的损害表 5—7 所示的是煤心经过 4％的膨润土泥浆污染前后，空气渗透率的变化情况试验是选择裂缝发育的煤样，把煤样在低温下烘 2h，测定其空气渗透率值然后把煤样放入岩心流动仪中，在一定的温度和正压差下，用钻井液反向污染一定的时间，再把煤样在低温下烘 2h，最后在与污染前相同的条件下测定空气渗透率的值渗透率损害值为：R＝（1－K 后/K 前） ，计算结果列于表 5—7从实验可知，钻井液中膨润土对空气渗透率值小的煤样影响不大，膨润土不可能进到裂缝不发育的煤中对于裂缝发育的煤，膨润土则有很大的影响随着压力的增加，膨润土对煤层渗透率损害越大；此外，钻井液中的暂堵剂如DCL-1 对渗透率值也有一定的影响表 5—7 钻井液中的固相颗粒对煤渗透率的影响钻井液配方 污染条件 污染前渗透率(×10-3μm2) 污染后渗透率(×10-3μm2) 渗透率损害值(％)时间(h) 压力(MPa) 温度(℃) 水+3％土 2 3.5 50 95.034 30.381 68.03水+4％土 2 1.5 50 1.19 0.88 26.05水+4％土 2 1 50 2.729 2.349 13.92水+4％土 2 3.5 50 0.0971 0.0960 1.13水+4％土 2 3.5 50 0.0482 0.0450 6.644％DCL-1 2 3.5 50 1.19 0.818 314％DCL-1 2 3.5 50 10.807 2.009 81.42注：煤样为山西柳林地区煤样。

3.煤基质吸附膨胀造成的伤害国内外煤化学研究表明,煤具有很强的吸附各种液体和气体的能力煤吸附液体后煤基质膨胀，其膨胀程度取决于有机溶剂的化学性质下面所做的煤心膨胀和空气渗透率实验也证明了这一点膨胀实验是称取 6g 的煤粉（晋试 1 井煤样） ，在页岩成型仪上压制成薄片，然后，通过页岩膨胀仪测定清水、2％KCl 水溶液的膨胀量其实验结果如表 5—8 和图 5—3 所示表 5—8 煤基质膨胀实验结果煤样号 钻井液 浸泡前气渗透率(×10-3μm2) 浸泡后气渗透率(×10-3μm2) 渗透率损害值(％)2-1 4％KCl 0.430 0.270 37.2113 4％KCl 3.619 1.388 61.656 4％KCl 2.451 1.573 35.822-2 4％KCl 2.241 1.689 24.6319 去离子水 0.470 0.330 29.7821 去离子水 69.333 35.883 48.2517 1 号滤液 0.505 0.132 73.8614 2 号滤液 0.249 0.167 32.9318 3 号滤液 0.539 0.231 57.147 3 号滤液 0.945 0.701 25.82注:1 号滤液的钻井液为：水+2％PAC141+3％FT-346+0.5％K-HPAN+3％KCl；2 号滤液的钻井液为：0.2％XC+5％FT346+3％DCL-1；3 号滤液的钻井液为：0.2％CMC(高粘)。

图 5－3 各试样在不同溶液中的膨胀曲线实验结果显示：煤样用不同溶液污染后，煤基质膨胀导致空气渗透率降低，其降低程度与溶液的性质、煤层的不均质性和微观结构有关据国外研究表明,由于煤的割理孔隙仅占煤层总孔隙度的 1％～2％，所以煤基质即使有轻微的膨胀也可导致煤层渗透率大幅度下降4.煤与钻井液中的高分子聚合物相互作用产生的堵塞由于煤是一种有机化合物组成的大分子，具有较强的吸附能力当钻井液中聚合物随着滤液进入煤层裂缝和孔隙中后，滞留在煤表面或堵塞在裂缝中，引起煤的渗透率下降（表 5—9、图 5—4） 该实验是选取裂缝发育的煤心，用标准盐水正向测定渗透率，然后在 3.5 MPa下用聚合物反向污染 2 h，最后用盐水冲洗从实验结果来看，岩样 1 的初始渗透率为 0.042 ×10-3μm2，污染后的水测渗透率降为 0，用水冲洗 9 h 后，其渗透率也没有得到恢复而岩样 2、3 的初始渗透率为 4.435 ×10-3μm2和 3.8105 ×10-3μm2，用盐水冲洗 9 h 后，渗透率分别恢复到0.501 ×10-3μm2 和 0.08 ×10-3μm2由此可见，煤心被聚合物污染后，即使用水冲洗，也很难恢复到原来的渗透率值。

从上述实验得出，聚合物分子对煤层的损害是很大的在钻井过程中，要针对煤层的具体情况，尽量避免高聚合物分子接触煤层，如必须使用聚合物作钻井液，也应筛选对储层损害小的聚合物做提粘剂和降失水剂表 5－9 聚合物分子对煤样的损害试验煤样号 钻井液 污染前空气渗透率(×10-3μm2) 污染后空气渗透率(×10-3μm2) 渗透率损害值(％)4 1 号钻井液 3.448 2.161 37.3214-2 1 号钻井液 119.269 41.240 65.4250 2 号钻井液 5.905 测不出 1 0.1％PHP 3.17 1.86 41.322 0.1％PHP 0.0367 0.0169 53.95注：1 号钻井液配方是：水+2％PAC141+3％FT-346+0.5％K-HPAN+3％KCl2 号钻井液配方是：0.2％XC+5％FT346。