钻井完井过程中对煤储层的潜在伤害

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1、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

2、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

3、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

4、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23.55095.03430.38168.03水+4

5、％土21.5501.190.8826.05水+4％土21502.7292.34913.92水+4％土23.5500.09710.09601.13水+4％土23.5500.04820.04506.644％DCL-123.5501.190.818314％DCL-123.55010.8072.00981.42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

6、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(％)2-14％KCl0.4300.27037.21134％KCl3.6191.38861.6564％KCl2.4511.57335.822-24％KCl2.2411.68924.6319去离子水0.

7、4700.33029.7821去离子水69.33335.88348.25171号滤液0.5050.13273.86142号滤液0.2490.16732.93183号滤液0.5390.23157.1473号滤液0.9450.70125.82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

8、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