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煤层气储层特征及钻井液选择

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煤层气 特征 钻井 选择
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第8卷第2期2011年4月中国煤层气l£D HⅡ弭【 0.中国石化集团胜利石油管理局渤海钻井二公司,山东257加0;2.中联煤层气有限责任公司,北京100011;3.中国石油大学石油工程学院,山东266555)摘要:我国煤层气储层微孔和裂缝发育,储层渗透率、压力及合气饱和度均偏低,煤岩表面常常带有负电荷;为了较好的开发煤层气储层,钻井液应当具有较强的封堵性和抑制性、合理的密度和低的表面张力;本文介绍了几种国内外应用较为成功的煤层气钻井液选择。关键词:煤层气储层钻井液井壁稳定储层伤害f .鼬o.2 f 57200;2..m }g 266555):洲,雌“0w,“岫幽e hI 皿佗灿l】曲pa·r∞m ir;陀r;艳阳n,国煤层气储层及煤岩特点1.1微孔和裂缝发育煤层气主要吸附于微孔中,而割理是煤层气产出的主要通道。割理主要由面割理、端割理和构造裂缝组成,面割理延伸很远,端割理发育在两条面割理之间,它们与层理面相交,把煤体分成一个个斜方形或长方形的基质岩块。尽管裂缝的孔隙度只有1%一2%,然而它对煤层的渗透率有重要影响。1.2储层渗透率极低煤层渗透率决定了煤层气能否顺利的从煤层中采出,而我国煤层气储层渗透率普遍偏低,90%的储层渗透率低于3×常为(o.00)10。3甜,属典型的低渗透、特低渗透储层。1.3普遍属于低压储层储层压力直接影响储层的含气量和煤层气的存在状态,也是气体由储层流向井筒的能量来源,从而影响煤层气的产量,我国的煤层气储层压力大多作者简介张振华,工程师,毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,现任胜利石油管理局渤海钻井二公司经理。万方数据第2期 煤层气储层特征及钻井液选择含煤区(个) 20 I 23 I 13 92煤层气储层对钻井液性能的要求钻井液不可避免的侵入煤层,钻井液进入到裂缝系井液对煤层的支撑力下降,致使煤岩脱落,造成井污染,造成储层渗透率下降:①煤基质吸收液体发生膨胀,挤压裂缝,使得储层渗透率大幅度下降,并且该过程几乎是不可逆的;②钻井液中的固相颗粒(粘土颗粒、岩屑、粉煤灰等)堵塞裂缝造成储层渗透率下降;③若钻井液中含有聚合物,高分子聚合物吸附粘土颗粒也会引起裂缝的堵塞;④钻井液与地层流体不匹配,生成沉淀堵塞裂缝。渗透率的下降将严重影响到煤层气的产量。经过以上分析,发现不论是从井壁稳定方面还是从保护储层免受钻井液伤害方面,都应当阻止钻井液侵入到储层,所以煤层气井钻井液要有较好的封堵性能。2.2合理的钻井液密度合理的钻井液密度对于井壁的稳定具有重要的意义,若钻井液密度过低,则井壁失去必要的支撑而发生坍塌,造成井径扩大,形成“大肚子”和“糖葫芦”井眼;若密度过高,超过煤岩破裂压力时则会压裂地层,产生井漏和储层伤害,所以确定钻井液密度窗口很有必要。井壁坍塌的钻井液密度为:阳=业虻%等等巡型…%阳一 (萨+刁)日 “1…阳(1)式中 %l——最大水平主应力,加)a;靠2——最小水平主应力,加)a;储层压力,——煤岩内聚力,加)a;K=姗(静+9/2);9——摩擦角,o;日.—_婧m;叩一应力非线性修正系数;口——。——骨架压缩系数,脱;地层破裂时的钻井液密度为:2二墨}翌必×100% (2)阿=————’r—一×1w% 中 S——煤的抗拉强度,胁,其余同(1);保持井壁既不坍塌也不压裂的钻井液密度窗口为(阳,Pr)具有较好的抑制性能万方数据中国煤层气 第2期煤岩常常与泥页岩互层,煤层中往往还有泥土质夹矸,粘土矿物的水化膨胀会加剧井壁不稳定和对储层的伤害,所以钻井液应当具有好的抑制粘土膨胀的能力。2.4具有较低的表面张力裂缝的内经很小,每_条裂缝都可以看做是一条毛细管,钻井液的侵入会在裂缝中形成一个凹向水相的弯液面,从而形成毛细管压力,这个附加压力的存在使得气体流动阻力增加,甚至完全阻止气体向井筒的流动,造成“水锁”。表面活性剂能有效地降低钻井液体系的表面张力,从而减小“水锁”效应对气体流动的影响。2.5具有合适的使水化作用,加剧坍塌的可能性,碱性滤液与地层水反应生成沉淀,会对储层造成污染;若钻井液利于钻井液中腐殖酸类等有机处理剂的溶解,对钻具也有腐蚀作用。因此,钻井液的荐钻井液的范围内比较合适。3几种可用于煤层气井的钻井液体系国内目前用于钻进煤层气储层的钻井液有:优质膨润土钻井液、低固相聚合物钻井液、空心玻璃漂珠钻井液、清水钻井液、无粘土钻井液等,本文介绍其它几种有效的煤层气井钻井液体系。3.1泡沫钻井液体系通过混合水、表面活性剂和空气(或氮气)来制造泡沫,泡沫具有较宽的粒径分布,可以用于封堵大范围直径分布的的裂缝。泡沫通过架桥来堵塞孔喉,减少钻井液进入储层,从而减少井底压力的传播和钻井液对储层的伤害。泡沫钻井液体系也有其自身方面的不足,主要表现在:①需要专门的设备来产生泡沫,这些设备往往价格昂贵;②在井底压力下,泡沫比较容易被破坏而失去封堵能力。3.2 井液是国外研制的一种新型的具有高剪切稀释性的水基充气泡沫钻井液,已在世界范围内得到广泛应用。表面活性剂中间有一层粘度较高的稠化水层,最外层表面活性剂极性端朝外,使得图l 构不意图加入一种由表面活性剂和聚合物组成的混合物(枷稳定剂)改进得到的定性增强。枷除了有普通泡沫的优点以外,还具有以下特点:①相对于普通泡沫,别是改进后的3.5径为250弘通泡沫在2改进后的在井底压力下,积很小,对钻井液的密度影响较小,使钻井液处于一个稳定的静水压力和循环压力下,有利于井壁稳定和井控;当积开始膨胀,并在钻井液前端聚集封堵地层,保持了井筒压力和地层压力的平衡,减小钻井液向储层的侵入。③后期生产中,层渗透率恢复值大。④生成不需要像空气或者泡沫钻井液那样需要使用压缩机和高压水龙带,使用常规钻井液混合设备在添加处理剂的过程中混入空气即可自发形成.3超低渗透钻井液体系超低渗透钻井液体系适用于封堵微裂缝性储层,该钻井液体系的核心处理剂是它是由部分水溶和部分油溶的各种聚合物组成的混合物,具有宽的啪值。将合物聚集形成“胶束”,在过平衡压力下,“胶束”立即在煤岩孔喉处形成一个低渗透万方数据第2期 煤层气储层特征及钻井液选择的封堵层,如图2所示。超低渗透钻井液体系具有以下特点:①胶束具有宽的粒径分布,可以用于封堵具有较大范围直径分布的的裂缝。②以最快的速度形成低渗透的封堵层,阻止钻井液的进一步侵入储层。③用于水基、油基和合成基钻井液。④封堵层只是存在于井壁岩石表面,没有深入到储层深部,一旦过平衡压力消失,封堵层就会消弱,生产过程中在储层反向压力作用下,封堵膜就会自动清除,不会永久性堵塞储层。⑤封堵膜具有强的承压能力,可以使地层破裂压力梯度增加,提高井壁的稳定性。图2超低渗透钻井液封堵储层示意图2005年,北美一口煤层气井采用该超低渗透钻井液体系,完成150利钻至设计井深,没有出现严重的泥浆漏失和井壁失稳现象。3.4一种新型的煤层气井钻井液由于煤层渗透率较低,仅仅靠井底压差在储层上面很难形成泥饼,这种新型钻井液的创新之处在于利用煤岩表面强的负电荷,柔性材料通过静电吸附到煤层气储层上,在裂缝上架桥形成低渗透的“表面桥”来堵塞裂缝,如图3所示。图3新型钻井液封堵机理由这些“表面桥”组成的低渗透封堵层,保持了井壁上的压差,减少了井底压力的扩散和钻井液的侵入,从而有利于井壁稳定和储层保护。钻井完成后,通过破胶剂可把“表面桥”清除,储层的渗透性得到恢复。该钻井液体系已在钻进加拿大西部沉积盆地煤层气水平井中得到使用,取得了好的效果,没有出现井壁失稳和对储层的严重伤害。参考文献陈江峰.储层伤害—煤层气钻井应注意的问题[J】.煤炭技术,1998,2:18一19.孟尚志,王竹平,鄢捷年.钻井完井过程中煤层气储层伤害机理分析与控制措施[J].中国煤层气,200(1):34—36.李五忠,王一兵,孙斌,等.中国煤层气资源分布及勘探前景[J].天然气工业,2004,24(5):8—10.王宝俊,李敏,赵清艳,等.煤的表面电位与表面官能团间的关系[J].化工学报,2004,55(8):1329一1334..删K.It ].忠勤.煤层气储层保护技术研究[J].中国煤田地质,200l,13(3):29—30.郭红玉,苏现波,倪小明,等.煤层段钻井液密度的确定及意义[J].煤炭工程,2∞9,(7):70一72.赖晓青,楼一珊,屈沅治,等.我困煤层气开发钻井液技术应用现状与发展思路[J].石油天然气学报,2009,3l(5):326—328.张振华.辽河盆地小龙湾地区煤层气井钻井液技术探讨[J].特种油气藏,2005,12(5):68—71.周涛,陈新勇,张小伟.煤层气井钻井液选取探讨[J].山东煤层科技,2009,(4):123—124.冯少华,侯洪河.煤层气钻井过程中的储层伤害与保护[J].中国煤层气,2008,5(3):17一19.A.蛐,M.№,R.O’‰,鲫知1].6145,20015.F.B..&.f’蚺].弧嬲,2006.N..‰.l ].唧_005—050。2005.(责任编辑黄岚)1I=张振华, 孙晗森, 乔伟刚, 张振华,国石化集团胜利石油管理局渤海钻井二公司,山东,257200), 孙晗森,联煤层气有限责任公司,北京,100011), 乔伟刚,国石油大学石油工程学院,山东,266555)刊名: 中国煤层气英文刊名: (期): 2011,8(2)本文链接:
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