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试论现代化煤层气钻井中煤储层的保护措施

摘要在探索新技术、新工艺过程中，井壁失稳、煤层损害、完井效果差等难题一直困扰着煤层气的高效勘探开发。作为一个从事多年煤炭工作的技术人员，为了更好促进煤炭行业的健康发展，本作者在此针对煤层气钻井中煤储层的保护措施进行相关分析及研究，以供相关人员参考。

关键词煤层气；钻井；煤储层；保护措施

引言

煤层气产业是继煤炭、石油、天然气之后的战略性“接替资源”，具有很大的开发和利用潜力，不可否认我国煤层气产量依然较低，煤层气钻井过程中仍有较多难题需要解决，钻井安全与煤层保护矛盾依然突出。因此煤层气钻井技术要适应煤储层特征，在钻探技术不断成熟的基础上，应该加强对保护煤储层的钻井液的研究。对于此情况，本文针对煤层气钻井中煤储层的保护措施进行相关论述。

1煤层气及其储层特点

煤层气，作为煤的一种伴生矿产资源，在煤的演变和变质过程中逐渐形成并在煤层中得到产生、聚集和转移。

1.1孔隙性

煤层是煤层气主要的生成与储集点，煤层由孔隙和裂隙两部分组成，孔隙是煤层气的主要储集场所，而裂隙则是煤层气运移的通道，孔隙与裂隙的结构共同决定了煤层气的解吸动力。

1.2渗透性

一般情况下，煤储层的渗透性强度主要取决于煤层节理裂隙系统的相互贯通，我国煤层气的煤储层的渗透率是较低的。煤层的渗透率会同时受到外界壓力与内部压力的双重影响，随外部压力或深度的增加而降低，同时也因内部压力的改变而改变。

1.3构造应力与压力性

煤層的构造应力与压力对煤层的渗透率和含气量起着决定性的作用。区域的构造应力强度越大，煤层裂隙的闭合性强，储层压力也较高，导致煤储层的渗透性低，气体间的交换与迁移缓慢，较难进行；而构造应力强度较小的区域，煤层裂隙的闭合性弱，开启性强，其储层压力较低，煤储层的渗透性较好，气体间的交换和迁移较为通畅，流动迅速。

1.4含气饱和度低

中国聚煤区的煤层气资源量相对较低，饱和度也很低。

1.5煤岩表面带有电荷

等电点是表面电位为零时的pH值，煤岩表面相对常规砂岩和碳酸盐岩表面带有更多的电荷，煤岩的表面电位变化是由正到负的。环境的pH的增大，表面电位减小，不同煤岩的等电点大小不同，大多数远小于7。依据此性质制造一种柔性材料，可以静电吸附到煤岩表面，用于封堵储层裂缝[1]。

2钻井时保护煤储层的主要技术措施

2.1欠平衡钻井工艺

煤层气欠平衡钻进技术是一项复杂技术，涉及多项不确定因素。实现欠平衡钻井的主要方法有自然法和人工诱导法。自然法是当地层压力系数大于1.10时，普通钻井采用降低泥浆比重实现平衡钻进；人工诱导法是当地层压力系数小于1.10时，常规钻井液无法实现欠平衡钻井施工时，采用可压缩钻井液实现欠平衡钻井。

双壁钻杆空气—液体循环钻井技术是把压缩空气沿内外钻杆之间的环状间隙压向预定位置，提高其上部钻井液上返速度，降低井内钻井液压力，以实现平衡或欠平衡钻进。

空气潜孔锤钻进技术是一种以压缩空气作为动力介质，驱动潜孔锤工作的欠平衡钻井工艺，压缩空气兼作洗井介质，把岩屑携带出地面。在水文地质条件允许的情况下应用空气潜孔锤钻进工艺可以提高生产效率和录井质量，同时能维护或改善煤储层渗透性，减少对环境的污染。

空气潜孔锤钻进采用空气或空气泡沫作为钻井液，井内的钻井液压力远远低于储层的地层压力，有效防止或杜绝岩屑颗粒、固相颗粒进入储层，改善和保护了储层渗透性。揭开煤储层后4h完钻，在地层水较大时通过注入泡沫剂，降低了井内液柱压力。空气潜孔锤钻进工艺因为钻井效率高，储层裸露时间短，有效地保护了储层[2]。

2.2钻井液技术

（1）钻井液对煤储层的侵害。应用普通低固相黏土泥浆，携带岩屑上返泥浆的比重难以控制，常常会造成煤储层的损害，降低煤层气的产量。主要原因是：泥浆中的固体颗粒在压差的作用下，形成泥皮前侵入储层，造成储层煤气流通通道的堵塞，储层渗透性降低；煤层中的泥土质夹矸和煤层顶底部的泥岩中的黏土易水化膨胀，加剧对煤储层的损害；泥浆中的碱含量对储层的碱伤害也是不容忽视的。泥浆成分中颗粒分散的越细，颗粒侵入对煤层渗透性伤害越严重，并且0～0.5μm的颗粒起决定作用。

（2）保护煤储层的钻井液技术。煤层气钻井中使用密度低、黏度低、pH低、失水量低和固相含量低（或无固相）的钻井液技术。即能满足安全钻进的要求，也能防止钻井液对储层的碱性侵害、黏土侵害、固体颗粒侵害、高分子聚合物的侵害。在山西沁南煤层气田钻井时，钻进至3#煤层顶20m，对井内、地面的钻井液全部更换为清水，配备简易的固控设备，把钻井液的密度控制在1.03g/cm3以内，降低钻井液的固相伤害。若地层复杂不能使用清水钻进时，使用LBM低固相钻井液，密度是1.025g/cm3、失水量是3ml/30min、pH=7的钻井液，很好地控制了钻井液对储层渗透性的碱性伤害、滤液