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煤层气储层保护技术研究


第 1 3卷 3期 
2 1年 9月  呻

中 国



田 地

质 

Vd.1 No 3 3 . 

C L GE0 m Y  F CHI oA   I 0   NA 

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2 01 0  

文章 一 号 : 10, 9 7 (O I0 0 凹 一O  0 4一 17 2G ) 3— 0 2

煤层气储 层保 护技术研 究 
王 忠勤 
{ 北京 中堪大地技术 开发公 司.潭州 0 25   77 0



要:为了准确测定煤 层古气量 .要求取心作 业必须有高的收获率和尽 可舱短 的提钻 及出筒装 一时间  本文针对堞 

层气储层 的特点 ,探讨 了堞层 气井取心技术及储层保护技术 
关■婀 : 取心技术 ; 层保护技术 ;烘层气  糟
中 ■分 赛 号 :P 3    P   . I 645 68 j 1   立 簟标 识 码 :A  

煤 层 气是 一种 优质 洁净 燃料 . 主要 成分 为 甲烷 (  >

煤 层气井琅心的 目的是为了获取煤的古气量等参数 ,   以评价煤层气可采性 。 为达捌取 心 目的, 煤层气井取心必 
须满足以下要求 。  

9 % )还古 M .  及微量 H 开发利用好这种能源 . O , c   不 
仅有 利于煤矿 安全生产 , 有效碱 少大 气环境污 染 . 还可改  善我 国能源结构 。   世界上约有 2 O多个国家在进行煤层气 的勘 探开采 。  

①高 收获事 。 提供较大直径 . 足謦数量的煤心 , 以满 足  古气量测定等作业 需要  ② 尽可能短的提钻时问。 以碱少煤心 中气体的■ 嗳遣 
散, 提高煤层气古气量测定的准确性 。  

我 国煤 层气 资源量 为  万亿 n’分 布在我 国中东 部地  l ,
区. 是美 冒攥层气储量 的 3倍 。 前 . 国煤层气的地面开  l f 我 采利 用还未 形成 工业规模 和商业 价值 。 几年来 , 国的煤  我

③尽可能短 的出筒及装罐时间。 以减少气体在地 面的 
解吸逸散 。   12 取心实蛙爰 效果  .

层 气开发工作也 引起屠际杜舍关注 , 联合 国开发计划署及 
美 国、 漠大利亚七 、 八家石油开发公司纷纷进^我 国. 寻求 

合作开 发项 目。 不完全统计 . 19 据 自 90年以来 , 已在近 2  0
个煤 田或地区施工了 10多口煤层气勘探开发试验井 。 0  

目前 . 炭地质系统煤 层气 井取 心工艺主要是采用小  煤 径取心 、 测试 , 大径成井的方法 , 郧以煤 田地质勘探 的常规 
口径 , 用绳 索取心钻进工艺采取岩 、 心。 煤 在取垒取好有美 

煤层气费踩地 面开发 的成败 与工程 施工技术有着相  当重要的关系。 实践使我们谭感在施 工工艺技术方面存在  着 一些蜃侍解决 的问题 , 如取心技 术、 储层保护技术 . 固井  完 井技术 . 捧水采气技术等 。 以下就煤 层气施工中的取心  技术及储层保 护技术作一些 探讨。  

资料后 . 再用大径扩孔成 井。 如铁法 lr井的煤心采取  倒 y, 串达 9 % , 8 岩心采取率达 9 % ; I 井 5个 目的煤层的煤  9 l' y2 心采取串 为 9 % . 2 岩心采取率为 9 % ; 井 8个 目的煤  1 叽 层煤心采取率为 9 . % . 4 9 岩心采取串 为 8 % 。 6 在山西屯 留  地区的煤层气井蘸工 中全部采用上 述方法取心 , 岩煤心采  取串都在 9 %以上 , 0 完垒达捌设计要求。   采用小径取心 方法也能达到设 计要求 , 但存 在一些弊  病: 施工过程 中要配备 一套 专用的钻具和设备 , 延长了工  期; 与整个煤 层气井施 工钻具和设备不葡套 , 不利于参与  外资公 司的投标工 作。 为此 , 必须与石 油系统的施 工方法 
接轨 , 采用大径一 次成 井的取心方法 , ^s一 1 在 t 2 5型绳 索 

l 煤层气 井取心技术   
11 取 心特点聂技术要求  .  在煤层气勘探开发过程 中, 取心作业对于正确 评价煤  层气 的可采性 至美重要  因此 , 必要 结合煤储层特点作  有 些探讨 。  

①机械力学性质。 性脆 、 易碎 、 机械强度低 、 割理发育 、   易受压缩 、 扬氏模量低 、 泊橙 比高。   ②均质性 。 大多古夹矸 、 硬交替 频繁 、 软 结构 较复杂 。  
均质性较差 。  

取心工具基础上 . 进一步加 以改进并完善操作工艺 。  
13 对 取 心 问曩 的 几 点 队 识    

③ 干钻反 应。 烧结 瘦 质  在煤 层气取心作 业中应予以 
避免 。   .  

① 对小径取心 , 大径成井 的施工方 法要加 以总结 . 继 
续完善配套工艺 。   ②积极研究使用大径 取心 一次成井的施工方法 , | 研{  l 推广大径绳索取心工艺 。  

④物性 。 孔隙度及渗透率报低 . 层压力亦低 。 储 由于煤 
储层 的特殊性 . 机械强 度低 、 性大 、 脆 易碎 ; 取心过程中成 

心 困难 , 易烧心 、 堵心, 与常规油气井相 比. 心率较低 , 其取  
取心难度更大。  

③由于煤层地质条件复杂 . 同地 区煤 体结构差异很  不
大. 不可能设计一种取 心钻头 . 采用 同样的工艺参数 . 蔫足  所有煤层取 心要求  同结梅 的煤层 . 不 应选 择设计不 同的  取心钻 头 . 翩订不 同的取心 参数 以满足不 同煤 层取心 要  求。  

作者筲介:王患勤 (   一 ,男 ,高级工程师 ,钻探工程  1 9 )
收疆 日辊 :2 0 —斗 ”  o卜 0 一 ■  ■ :刘 志强 

④新 区的取 心 , 取心钻头 设计选 用需一个探 索过  其

3  0

中 国 煤 田 地 质 
透率下降。   22 l   储J 保护 的技术措 施 

l眷  3

程, 方能逐步完善。   ⑤取心钻进过程中, 钻头的回旋是影响取心最为关键  的因素之一。 由于钻头 回旋 , 煤心变细破 碎 , 被冲蚀 而难 以  成心 , 使取心失败 。 因此 , 研究设计 有效地抗 回旋取 心钻 头  是煤层气井取 心急需解决的问题 之一 。  

煤层渗透率大小是决定煤层气产量 的决定性因素。 因  为煤层渗透辜的大小 , 很大程度上决定于煤层中裂 嗽的形  态。 以, 所 煤层保护 的中心任务就是保护裂嗽免受损害 。  
() 1 合理选择 钻进工艺选择 钻 井液柱压力 与地层压 

2 煤储层保护技术   
2 1 煤屡损害的机理    地层损 害通常是 由于 固体微粒的运移和堵塞 , 或者是  由于化学反应和热动力 因素 , 以及两者同 时发生作 用。   由 于煤层许多化 学成 分与油气层相似 , 决定 了其损 害机理 与   油层及天燃气层有相同之处。 煤层在结构梅造上 与油气层  又有显著不同, 所以在损 害机理上又有其特殊性。  

力之阃的压差越大 , 剐钻井液侵入储 层的量越多 , 侵入越 
深, 对地 层的损 害就越严重 , 井且裂麓受 压会 导致严重 的  水 锁效应 , 故应 采用欠平衡 ( 小于地层压 力) 钻井工艺 。 为 

此. 在地层条 件允许 的情况下 , 可能地采用空气钻进 , 尽 雾  状 空气 、 泡沫 、 充气泥 浆 、 清洁盐水 荨钻进方法。 另外在钻  进 过程中 , 应尽量 减少生产层在泥 浆中授泡和冲蚀时间 ,  
严格控 制起下钻速度 , 防止激动压力 的产生 。  

() 1 微粒运 移 、 土膨胀 造成的储层 损害 粘

膨胀微粒 

() 2 钻进液 的选 择 从 保护储层 的角度讲 , 应采用 以  下几种 无伤害 , 又具有抑制性滤液类曩 的钻井液。   ① 使用 “ 四低  泥浆 。 即低 同相 、 低粘度 、 密度 、 低 低失 
水量 的钻井掖 , 为此应采用 优质粘土 ( 如人工钠土 N v一1 )  

的运 移 、 土膨胀 是导 致地层渗透率降低 的最主要原 因。 粘  

煤本 身具有吸收掖 体和气体而产生膨胀 的性质 , 同时会导  致储层孔 隙率 和渗透串大幅度降低 , 且煤嗳收液体并导致  基质膨胀和渗透率 降低的过程是近乎不可逆的。  
() 2 外来 流体与储层岩石 、 储层流体 不配伍 所造成 的 

造浆, 以多功能 的有机处理剂 , 如生物聚合物来嗣节 钻井  液 的流变 性能 。 表性 的钻井液 如 I M( 牯增效 柑 ) 代 B 低 低 
固帽钻井液体系。   ② 优先采用 MM H正 电胶体 系钻 井液 。 M删 具 有独  特 结构 , 能在储层 岩石表面形成拼式胶 体结构 , 阻止外  来 来颗粒 和滤液的侵入。  

掏害 。 进过程 中属于这种损 害粪型的有 钻

通储层 的水敏  )

性损害 。 当进入储层的外来液体 ( 如泥浆 ) 的矿化度与储层 

中的牯土矿物不配伍 时 . 将会 弓起 粘土矿物水化膨胀 、 l 分  散及 絮凝 沉淀 , 导致储层 渗透 率降低 。 ②储层 的碱敏性损  害。 碱掖 进入储层 , 有利于牯土水 化膨胀与分散 , 还可能与 
储层流体 中的无机 离子形成盐垢 。 ③无机垢 、 有机垢堵 塞。  

③采用抑制性 很强 的两性离子和阳离子钻井 藏体 系。   这 两种钻进掖悻系对地层 的保 护作用 , 均是利用牯土表面  的负电性 . 与泥浆体系中的带阳离子基 团的有机处理辩的 
强烈结 合 , 它能起 到稳定粘土 , 防止其膨胀和分教 而进入  地层及钻井液体 系 , 而起 到保 护地层 的作用。 从  

无机垢堵 塞主要 是由于外来流悻与储层 流体 不配伍 生成 
无机垢所 造成 的 . 有机垢一般 以煤 中的煤焦油沉淀而成 ,  

这些垢既 可能形 成于储 层的孔嗽 、 裂隙里 , 可能沉积集  也 辘装置与管汇 中. 由此 , I 辩引起气产量下降外 . 还是造成设  备早期损坏 的重要 因素。  

④应用表 面活性 荆泥浆 。 表面活性 荆的两 亲结 构 , 决 
定 了它能够有效 地降低泥浆体系 的表 面张力 , 相应降低滤 

() 3水锁损害

煤层 的裂嗽是地层 中流体流动的基本 

液在地层裂缝通 道中的毛细营力 , 从而有利于减轻水锁效  应, 目前 常用 的阴离子 表面 活性 剂有 十二 烷基 苯磺酸钠  (B N , A S ) 油酸钠和太 古油荨 , 悻用量和类曩应 根据 泥浆  具
体系和地层情况来确定 。  

空间 , 总的来说这些天然裂隙 内径 很小 , 因此可将 其看作  是无数大小不等 . 形状各异 . 梭此 曲折的毛细管 , 当外来流 

悻侵入裂 隙通道后 , 会将通道 中原 有的气推向储层深部 ,  
并在气水界面形成一个凹向水相 的弯液面。 由于表面张力  作用 , 任何夸液面都存在一附加压力, 即毛细管压 力。 如果  储层的能量不足 以克服这附加的毛细管压力 , 气就不能将  水段塞驱开而流 向井 筒 , 从而形成水镇 损害 , 导致 气层渗 

我 国煤 层气 开发刚尉起步 , 与渗透串相对较 高的油气  层相 比. 煤层更易受到损害, 采取 串也 较难 保证 , 所以应该  更重视取心技术及储层的保护技术 的研究 。  

R姻 蚺 r   i Pr t c i e Te h qu s o   a   d  s Re e v i   dIO l o e tv   c ni e   fCq lBe Ga   s r o r  
WANG Z n   h g—qn o i 

D d Tc nl cl ee p etl 0 f e i   h aC a G o g,Z uz u o2 5 ) a i eha # a D vl m na C .o B in C i  ol el y h oh   7 7 o    o   o     jg n   o o A s c: o m  ̄u geat ngs otn o  a bd eurdhg D   c ̄ adsotiet hii  n  aig n b ̄at F r e m  xc yo    netf o l e,r i  i l r r o ̄ n   rt    o t a dl dn.I    l ac   c   q e lc e e h  m o s n g o
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