1、鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-72鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-73 鉆井液服務于鉆井工程。它直接關系著鉆井質量的優劣、速度的快慢、采油、采氣的多少、甚至鉆井工程的成功與失敗。因此，被譽為鉆井的“

2、血液”。 解放初期，我國的鉆井液技術非常落后，當時對處理淺層松軟粘土造漿和水泥侵入都力不從心。解放后，隨著我國石油勘探工作的迅速展開，鉆井液技術也迅速地發展起來。1983年改革開放以后，對照世界鉆井液技術發展，我國開始有計劃地發展鉆井液技術。隨著“七五”、“八五”國家科研攻關計劃實施，為配合鉆井工程方面開展的“定向井、叢式井鉆井技術”、“水平井鉆井技術”等課題的完成，鉆井液技術進行了“新體系”的研制和機理攻關，取得了多項突出成果，鉆井液處理劑已發展到19大類200多個品種。鉆井液專業隊伍日益龐大，并與國際有著廣泛的聯系和交流，使中國鉆井液總體水平接近了國際水平。 2021-7-741 鉆井液發

3、展概況 目前鉆井液已經被廣泛運用于：地質、礦產、冶金、煤炭、資源、 能源、環境、 交通、建筑 鉆井液逐步向多用途、多功能、專業性發展水基鉆井液水基鉆井液 油基鉆井液 聚合物鉆井液 可壓縮鉆井液 從鉆井液系列的發展情況來看，水基鉆井液經歷了從分散鉆井液到不分散鉆井液等發展階 細分散鉆井液 粗分散鉆井液、 不分散低固相鉆井液 2021-7-751 鉆井液發展概況 1958年，完全絮凝劑-聚丙烯酰胺成功應用； 1960年，選擇性絮凝劑-部分水解聚丙烯酰胺和醋酸乙烯酯與順丁烯酐的共聚物成功應用； 60年代初，研制出具有特殊剪切稀釋作用的生物聚合物，可用于鉆井液、壓裂液、聚合物驅提高采收率等方面； 70

4、年代，為解決深井抗高溫問題，研究并應用磺化系列處理劑：磺化酚醛樹脂（代號SMP）、磺化褐煤（代號SMC）、磺化單寧和栲膠（代號SMT、SMK）等； 70年代中期，研究并應用有機陽離子聚合物、兩性離子聚合物等； 80年代后，表面活性劑在鉆井液中開始廣泛使用； 90年代后，聚合醇、合成基、甲酸鹽等環保型強抑制鉆井液開始使用。2021-7-761 鉆井液發展概況2021-7-771 鉆井液發展概況鉆井液在鉆進過程中的作用鉆井液在鉆進過程中的作用冷卻鉆頭與潤滑鉆具冷卻鉆頭與潤滑鉆具排離與攜帶巖屑排離與攜帶巖屑護壁與堵漏護壁與堵漏破碎巖石破碎巖石提高巖心的數量和提高巖心的數量和質量質量傳遞動力傳遞動力保

5、護儲集層保護儲集層鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-78 煤作為儲氣層與常規的儲集層不同。煤層既是氣源巖，又是儲集巖既是氣源巖，又是儲集巖。煤層具有一系列獨特的物理、化學性質和特殊的巖石力學性質，必須全面了解煤層作為儲集層時的特殊性，才能更進一步研究煤層在鉆完井過程中的傷害機理。 鉆完井過程中可能造成煤層損害的原因很多，無論哪種損害，儲層本身的內在條件是主要因素。煤儲層在鉆開之前，煤層巖石及其礦物組

6、分和其中所含流體處于一種物理的、化學的、熱力學的平衡狀態，在鉆完井過程中，平衡狀態可能被破壞，而煤層本身又不能適應這些外界條件變化時就會導致煤儲層損害，使煤層的滲透率明顯降低。 2021-7-792 煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征 不同煤巖類型的煤，在物理或化學組成上的差異就造成了對煤的生氣、儲氣以及煤層氣的解吸和滲流具有不同影響。宏觀煤巖成分包括鏡煤、絲炭、亮煤、暗煤。其中鏡煤和絲炭是簡單的煤巖成分，而亮煤和暗煤是復雜的煤巖成分。依據總體相對光澤強度和光亮成分含量將宏觀煤巖類型劃分為4種：即光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤。 煤的巖石學特征 煤的顯微組分是在顯微鏡下可識別的有機成分，煤的顯微組分

7、沒有特殊晶體形式，化學組成不穩定。煤的顯微組分中主要包括鏡質組、惰質組和殼質組。鏡質組（尤其是均質鏡質體）致密、均勻、塊體大，有利于割理順利延伸和發展；惰質組是多孔狀的、纖維狀的，有釋放應力、減弱割理和阻擋割理的作用，對割理發育不利；殼質組的機械強度大于鏡質組和惰質組，殼質組對煤層割理發育影響不大。煤的顯微組分2021-7-7102 煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征 煤分子骨架為疏水性很強的有機物質，分子上有酸性（陰離子）基團，如羧基，有堿性（陽離子）基團，如胺基，還有極性基團，如羥基，可同陽離子表面活性劑結合，又可同陰離子表面活性劑結合，還可通過極性基團同非離子表面活性劑結合。煤還含有帶有這些基

8、團的解聚的低分子化合物（如煤焦油），上述作用使煤對外來流體的敏感性有別于砂巖。2021-7-7112 煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤的化學結構原生孔隙：在沉積時就已存在的孔隙，稱為原生孔隙。次生孔隙：指在煤化作用過程中形成的孔隙，稱為次生孔隙。裂縫：煤化作用裂隙：在煤化作用過程中因成煤物質結構、構造等的變化而產生的裂隙，通常所說的面割理和端割理。構造裂隙：因區域構造變動在煤層中發育的裂縫。 煤的裂隙可分為：割理(內生裂隙)、外生裂隙、繼承性裂隙。煤層的割理主要是由煤化作用過程中煤物質結構、構造等的變化而產生的裂隙，分為面割理和端割理。面割理一般是板狀延伸，連續性較好，是煤層中的主要內生裂隙，而

9、端割理只發育于兩條面割理之間，一般連續性較差，縫壁不規則，是煤層中的次生內生裂隙。 外生裂隙是煤層在較強的構造應力作用下形成的裂隙，可分為塑性外生裂隙、張性外生裂隙和劈理。繼承性裂隙兼具割理和外生裂隙的雙重性質，屬過渡類型。2021-7-7122 煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤的孔隙成因類型煤巖裂隙系統特征 煤的滲透率是煤層氣開采中一個最為關鍵的參數，也是最復雜且難以確定的參數。煤基質的滲透率極低，一般可不考慮，通常所說的煤層滲透率是指煤層割理滲透率。面割理和端割理發育規律不同，沿面割理和端割理的滲透率也不同、延伸較長的面割理具有較高的滲透率，常比端割理的滲透率高幾倍，甚至一個數量級。2021

10、-7-7132 煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤的滲透率 有效應力是裂隙寬度變化的主控因素。有效應力增加，導致裂隙寬度減小，甚至閉合，滲透率急劇下降（低收縮率或不收縮煤層的主要影響因素）。2 煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征有效應力煤基質收縮克林伯格效應 煤基質在吸附氣體或解吸氣體時可引起自身的膨脹和收縮。煤層氣開發過程中，儲層壓力降至臨界解吸壓力以下時，煤層氣便開始解吸。隨煤層氣解吸量的增加，煤基質開始收縮進程。煤基質的收縮不可能引起煤層整體的水平應變，只能沿裂隙發生局部側向應變。基質的收縮造成裂縫寬度增加，滲透率增高（高收縮率的煤層的主要影響因素）。 當液體在多孔介質中流動時，由于液體的粘滯性，

11、造成接近固體表面的層流速度近于零。在煤巖中，不同氣體實驗所得到的Klikne系數和絕對滲透率值均可能不同，這是由于煤巖對氣體有較強的吸附能力，吸附氣體后使煤基質收縮造成的對滲透率的影響。2021-7-714鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-715 國外煤層氣勘探開發始于上世紀七、八十年代尤其以美國、澳大利亞、加拿大作為代表，其起始階段煤儲層保護的主導思想是以常規油氣鉆井液為基礎，根據煤層一些表象特性

12、進行相關的改進。如煤層屬裂縫性地層和煤本身具有親油性，在鉆井液中通常添加磺化瀝青，以希望通過磺化瀝青在煤層表面形成泥餅，而起到防塌、防漏作用。實際應用中，磺化瀝青不能在煤層表面形成致密封堵層。儲層保護未能收到應有效果。 煤是一種含多孔介質的大分子聚合物，具有大分子聚合物的一些特點，如很強的吸收或吸附各種液體和氣體而發生煤巖基質膨脹的能力。通過對煤巖結構的分析，為了達到保護煤儲層的需要，上世紀80年代美國普遍使用清水作為鉆井液。國外技術現狀國外技術現狀3 煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展2021-7-716 后來美國CDX公司發明了“生產井注氣+清水泥漿”的鉆井模式，即，通過“穿針工藝技術”將一

13、口水平井與一口直井進行近端對接，然后利用空氣壓縮機從直井注氣，在水平井直井段形成氣液兩相流，大大降低對煤儲層的壓差作用，有效保護了煤儲層。 加拿大阿爾伯塔盆地作業的Encaca公司，發明了一種大分子聚合物鉆井液體系，其能夠在鉆開煤層短時間內將井壁周圍的煤割理系統進行封堵，鉆完后，用其單位自主研發的破膠劑（BREAKER）進行洗井，將煤割理中的大分子聚合物降解，從而達到保護儲層的目的。3 煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展2021-7-717國外技術現狀國外技術現狀 自上世紀90年代初我國開始煤層氣開發以來，一直重視鉆井過程中的煤層氣鉆井液研究。我國煤層氣鉆井液的發展：一方面從石油鉆井、煤田地質鉆

14、探上吸納改進，另一方面也積極引進國外的煤層氣鉆井液先進理念和工藝。而對于完井液在煤層氣儲層保護方面的研究國內甚少涉及。 “四低”(低固相、低粘度、低密度、低失水量)鉆井液被用于煤層氣開發。它的基礎配方由造漿性強的粘土(如人工鈉土NV-1)和多功能處理劑(如調節鉆井液的流變性能的生物聚合物XC)構成。代表性的鉆井液：在基礎配方中加入低粘增效粉形成低固相鉆井液體系。在基礎配方上通過儲層巖石表面形成橋式膠體結構，阻止外來顆粒和濾液侵入的MMH正電膠體系鉆井液技術。3 煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展2021-7-718國國內內技術技術現狀現狀 由于PHPA(水解聚丙烯酰胺)起到絮凝鉆井液中鉆屑、劣質

15、粘土，改善鉆井液流動性，減小摩阻，提高鉆速的作用；鈉羧甲基纖維素(CMC)或聚丙烯腈銨鹽(NPAN)降失水劑可降低鉆井液濾失量，抑制泥巖水化膨脹和保持井壁穩定，提高鉆井液懸浮和攜帶巖屑能力；潤滑劑R59可提高鉆井液的潤滑攜砂能力，減少鉆具回轉阻力；超細碳酸鈣等暫堵劑具有封堵煤巖割理的作用。它們形成無固相鉆井液技術也應用于煤層氣開發。 近年來，通過對區域內煤層構造及煤巖性質研究后，采用清水加抑制劑鉆井液對煤層進行鉆進、絨囊（微泡）鉆井液、生物可降解鉆井液。3 煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展2021-7-719國國內內技術技術現狀現狀 清水清水加加抑制劑抑制劑：針對煤層條件較好的，可鉆性強的煤儲

16、層采用清水加抑制劑能夠最大限度的降低對煤層的傷害，保證了煤層吼道、裂隙暢通，為后期煤層氣排采提供了優良的先決條件。 絨囊絨囊鉆井液鉆井液：絨囊鉆井液是研究和應用石油天然氣微泡類鉆井液過程中發展起來的一種高效封堵體系。絨囊鉆井液通過由空氣、表面活性劑和高分子聚合物組成的絨囊狀封堵材料暫堵裂隙,完井后自動解堵。 可降解鉆井液可降解鉆井液：采用可降解鉆井助劑，配制成無固相鉆井液，待完鉆后替入完井液，對鉆井液進行降解、并適當改善污染帶，提高近井滲流能力。3 煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展缺點：不是所有煤層都適應，常用于直井！缺點：尚處于現場運用初級階段，各項參數尚需繼續完善！絨囊示意圖絨囊示意圖20

17、21-7-720國國內內技術技術現狀現狀鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-721敏感性傷害微粒運移固相侵入水鎖結垢損害類型應力敏感4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型2021-7-722敏感性傷害（1）水敏傷害：指與儲層不配伍的外來流體進入后，引起粘土膨脹、分散運移，導致滲透率下降的現象。（2）酸敏傷害：指酸液進入后與酸性礦物，產生凝膠、沉淀，或釋放微粒，致使滲透率下降。（3）鹽敏傷害：鹽度

18、的遞減引起粘土礦物水化膨脹，不同鹽度的溶液中，將出現滲透率下降的現象，這一現象與儲層的水敏性有關。（4）堿敏傷害：指pH值大于7的溶液進入儲層后，與儲層巖石或儲層液體接觸，并使儲層滲透能力下降的現象。其主要是由于地層水和地層礦物中的二價離子（如：Ca2+、Mg2+等）與堿中的鈉離子交換。（5）速敏傷害：指因流體流動速度變化引起地層中微粒運移、堵塞喉道，造成滲透率下降的現象。常以3種形式：一是細粒在喉道處平緩地沉積、二是一定數量的微粒在喉道處產生“橋堵”，堵塞流動通道、三是較大顆粒恰好嵌入喉道，形成“卡堵”。4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型2021-7-723 鉆井液、完井液等各種工

19、作液往往含有兩類固相顆粒：一類是為了保持工作液密度、粘度和流變性等而添加的有用顆粒及橋堵劑、暫堵劑等；另一類是有害顆粒及雜質甚至巖屑等固相污染物。由于井眼液柱壓力與地層壓力間不平橫，這些外來固相顆粒就要從裸露的井壁壁面及裂縫處侵入儲層，甚至堵塞孔隙和裂縫。外來固相顆粒的侵入與儲層本身孔縫大小，特別是與孔喉特征有關。固相侵入微粒運移 儲層都含有一些細小礦物顆粒，它們是可運移的微粒，微粒運移是一種運移、轉移現象，主要取決于水動力的大小、流速過大或壓力波動過大都會促使微粒運移。微粒通常膠結在骨架顆粒上或附著在孔壁上。如果流體產生的水動力很大，超過了微粒間或微粒與基巖間的膠結強度，那么微粒將隨流體運動

20、而運移至孔喉處。4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型2021-7-724 煤巖是一種復雜的烴混合物，有機垢一般以煤中的煤焦油沉淀而成，這些有機垢形成于儲層的孔隙、裂隙里。有機結垢 水鎖是指外來流體侵入儲層，在開井后不能被有效地排出，使近井地帶儲層含水飽和度增加，導致儲層流體滲透率降低的現象。水鎖影響因素包括儲層的孔喉結構、滲透率、潤濕角以及外來流體的粘度等。一般來說低滲儲層要比高滲儲層水鎖嚴重些、外來流體粘度越大，水鎖也越嚴重。水基鉆井液進入儲層后，會增加水相的飽和度，降低氣相飽和度，增加氣流阻力，導致氣相滲透率降低。水鎖由圖可知，鉆井液的侵入對儲層滲透率的傷害十分明顯，試驗表明，當液

21、體飽和度達到10%時，氣體滲透率傷害達50%，而當液體飽和度為30%時，氣體滲透率幾乎降為0。應力敏感 有效應力增加，導致裂隙寬度減小，甚至閉合，滲透率急劇下降4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型水鎖示意圖水鎖示意圖2021-7-725 宏觀上煤層氣鉆進過程中的儲層傷害有兩種：一種是鉆井液對儲層的傷害；另一種是鉆井壓力對儲層的傷害。 鉆井液對儲層的傷害主要有兩個因素：一是煤巖對鉆井液的吸附或吸收，二是鉆井液中固相顆粒對煤巖中裂隙通道的充填堵塞。傷害過程幾乎是不可逆的，也就是說，常規的辦法基本不能除去煤巖吸收的液體化學物質。因此，鉆井過程中鉆井液中任何化學物質對煤體接觸都是有害的。鉆井液

22、對儲層的傷害4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型2021-7-726 鉆井過程中鉆井液對裂隙系統的充填堵塞是存在的。鉆井液中的固相顆固相顆粒粒可來自鉆井液本身（粘土顆粒），也可來自鉆井過程中產生的鉆屑（巖屑、煤粒等）。鉆井液中顆粒分散得越細，顆粒侵入對儲層的傷害越嚴重，聚合聚合物類物類鉆井液侵入煤層后，高分子聚合物的吸附作用引起粘土絮凝堵塞和羧基水化作用引起粘土膨脹，從而降低煤層滲透率。另外，鉆井液與地層水地層水作用產生物理化學作用，形成硬質沉淀物。為避免這一效應，應特別注意鉆井液和地層水的化學性質，或者單獨使用地層水鉆進。4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層的傷害

23、2021-7-727 鉆井液中的固相顆粒按粒徑可劃分為粗顆粒、中粗顆粒、細顆粒、超細顆粒、微顆粒及膠體顆粒。煤的基質孔隙按直徑可分為大孔、中孔和微孔。微孔隙占煤層總孔隙體積的60%以上。 下表可以看出，鉆井液固相顆粒與煤層裂隙和孔隙在量值上非常接近，極易進入煤層裂隙和孔隙中造成產氣通道被堵塞，致使產能降低。因此，鉆井過程中盡量采用無固相或低固相鉆井液體系鉆進。鉆井液顆粒鉆井液顆粒直徑（直徑（mm）煤層裂隙、孔隙煤層裂隙、孔隙直徑（直徑（mm）粗粒粗粒2000裂隙250中細粒中細粒2000250細粒細粒25074大孔25050超細粒超細粒7444中孔502微粒微粒442膠體顆粒膠體顆粒2微孔2鉆

24、井液固相顆粒與煤層孔隙直徑對照表4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層的傷害2021-7-728鉆井壓力對儲層的傷害 煤層的力學性質與常規砂巖不同，煤的彈性模量小，泊松比一般為0.27-0.40，而常規砂巖儲層的泊松比大多小于0.2，這說明煤比巖石更易受壓縮。盡管煤的泊松比較高，但煤中天然裂隙的發育大大降低了煤的強度，使之比其他巖石更易受壓縮、破碎。因此在鉆井過程中，很小的應力變化都會引起滲透率較大的變化。 試驗表明，煤的滲透率隨壓力的增加而降低，煤樣若經過多次加載卸壓即可發現，加壓會使滲透率降低，而卸壓時滲透率只能得到一定程度的恢復，從而造成滲透率的損失。鉆井過程中的壓力變

25、化，很可能引起煤層發生這種變化。2021-7-7294 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型 鉆井壓力變化對儲層的傷害通常由三種因素造成：第一是鉆井液壓力有變化；第二是鉆柱壓力有變化；第三是起下鉆引起的波動壓力；這三種因素均會加劇這種傷害。 在過平衡鉆進時，井內循環液壓力大于煤層壓力，使作用在外筒附近的應力降低，引起煤層滲透率增高，也加大了鉆井液對煤層的侵入速度和侵入半徑，從而使滲透率降低。 在欠平衡鉆進時，井內循環液壓力小于煤層壓力，使作用在井筒附近的應力增高，引起煤層塑性變形，造成滲透率大幅度降低。這種作用于煤層的高應力，足以引起煤層滲透性滯后現象，造成滲透率的永久降低。鉆柱壓力變化和

26、起下鉆引起的波動壓力，也會通過鉆井液或直接對煤層造成傷害。因此，鉆井過程中盡量避免壓力突變，應采用平衡鉆進。4 鉆井液對儲層傷害類型鉆井液對儲層傷害類型2021-7-730鉆井壓力對儲層的傷害鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-731項項 目目性性 能能 指指 標標密度 （g/cm3）1.011.05漏斗粘度 （s）3040中壓失水量 (ml)9含砂量 (%)0.1PH值 /88.5煤層氣水平井鉆井液

27、主要性能指標1 1）低固相鉆井液低固相鉆井液體系具有密度低、粘度低、濾失量低、pH值低等特性。低固相鉆井液體系在鉆進過程中能夠迅速在煤壁上形成泥皮，能夠有效防止鉆井液向煤層深部侵入，同時形成的泥皮能有效防止煤層坍塌、掉塊，并且能夠潤滑鉆具有效傳遞鉆壓；同時，由于具有較好的剪切稀釋性和攜巖能力，有利于井底清潔，降低井內復雜事故的發生。5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立2021-7-732常用鉆井液體系 該類鉆井液的缺點是：一方面一方面由于鉆井液的侵入其固相顆粒會堵塞孔喉、裂縫通道，而這種侵入將有可能導致煤層中敏感性礦物發生反應，堵塞通道，從而造成煤層滲透率大大降低；

28、另一方面另一方面該種鉆井液形成的泥皮薄而堅韌在后期煤層氣開發中很難從煤層中自由脫落或降解，即使完井后采用清水對煤層段進行清洗依然無法輕易使泥皮脫落，反而會造成井內事故發生，影響了煤層氣開發進程。因此，低固相鉆井液目前在煤層氣水平井鮮有應用。性能密度(g/cm3)漏斗粘度(s)濾失量(ml/30min)固相含量(%)含沙量(%)pH值指標1.05162690.20.289國內煤層氣鉆井常用低固相低固相鉆井液性能常用鉆井液體系5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立2021-7-733 2 2）無固相鉆井液體系）無固相鉆井液體系為了降低固相顆粒對儲層的傷害，煤層氣鉆井液開始

29、采用無固相鉆井液，該種鉆井液不含粘土，含有一定的化學藥劑，降低比重，減輕對煤層的正壓差作用；在井壁上不形成泥皮，同時其良好的攜巖能力，對于降低“壓持效應”和井內清潔起到了良好的作用。 該類鉆井液缺點是：在煤層段水平鉆進過程中化學藥劑加入量無法控制(主要是提粘藥品)，提粘藥品加入量太少會造成井內不夠清潔，易發生砂卡；提粘藥品加入過多會造成長鏈的高分子聚合物侵入煤層段深部堵塞通道，導致后期清洗難度增大。常用鉆井液體系5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立2021-7-734 3)3)清水體系清水體系,對區域內的煤層構造及煤巖性質研究后，采用清水加抑制劑鉆井液對煤層進行鉆進

30、，其能夠最大程度的降低對煤層的傷害，保證了煤層吼道、裂隙暢通，為后期煤層氣排采提供了優良的先決條件，國內目前針對直井常采用這類體系。 但是并非每一個煤層都適用清水鉆進，用清水鉆進時極有可能造成井下復雜事故的發生的概率增多，非但沒有使得煤層氣開發進程的加快，反而加重了鉆井的風險。5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立2021-7-735常用鉆井液體系 完井液體系是針對該地區或該井組已使用的鉆井液以及地層的特性而進行的一項后期增產措施，煤礦區完井液體系主要有以下幾點要求： 完井液與鉆井液、地層流體3者之間要有良好的配伍性； 完井液須有良好的儲層保護性，對粘土礦物水化膨脹具

31、有很強抑制能力； 完井液應具備良好的破膠能力； 破膠后的殘余物不會形成二次污染。完井液體系5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立（1 1）通過室內實驗對選定區域的煤巖基本物性進行分析（滲透率測定、粘土礦物成分及含量定性描述） 對煤巖心進行驅替實驗，測定巖心的原始氣測滲透率； 對煤巖中粘土礦物類型及成分進行鑒定，并進行定性描述。（2 2）對選定區域的煤巖進行敏感性室內實驗分析（煤巖的水敏性、堿敏性、酸敏性、鹽敏性） 對煤巖進行敏感性室內實驗分析，分別分析煤巖的水敏性（驅替介質為當地鉆井用水）、堿敏性（調節pH值在7-12之間）、酸敏性（調節pH值在3-7之間）、鹽敏性（

32、KCL水溶液的含量）。鉆、完井液體系建立標準鉆、完井液體系建立標準5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立2021-7-737（3 3）結合煤巖基本物性及煤巖敏感性分析結果優選合適的鉆井液 確定煤巖礦物的滲透率、粘土礦物種類； 鉆井水質分析，去除引起粘土膨脹或發生化合反應生成沉淀的金屬陽離子； 鉆井液恰當的pH值（鉆井液偏堿性、酸性情況下容易腐蝕機器設備，加快各種設備磨損程度）； 鉆井液恰當的KCL含量（用于抑制粘土水化膨脹，且KCL含量多少對其他鉆井藥劑的溶解度有影響）； 鉆井液具有較小的濾失性以及較強的護壁性。5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液

33、體系建立2021-7-738鉆、完井液體系建立標準鉆、完井液體系建立標準（4 4）針對鉆井液進行分析，通過室內實驗對完井液進行優選 滿足內容3的前提下配置合理的無固相鉆井液體系，通過實驗，優選出鉆井液體系； 針對優選出的鉆井液體系，添加適量的表面活性劑、緩蝕劑、生物酶、破膠劑、消泡劑等相關完井液助劑對鉆井液的粘度、析出物、濾失性進行實驗前后對比分析； 測試待污染巖心的氣測滲透率； 測試被鉆井液污染過的巖心液測滲透率、氣測滲透率； 對被鉆井液污染過的巖心進行正向、反向完井液驅替，并測試對應的氣、液滲透率； 分析對比結果，對完井液進行優選。5 煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體

34、系建立2021-7-739鉆、完井液體系建立標準鉆、完井液體系建立標準鉆井液發展概況煤層氣儲層特征煤層氣儲層特征煤層氣鉆井液發展煤層氣鉆井液發展鉆井液對儲層的傷害類型鉆井液對儲層的傷害類型煤層氣水平井鉆、完井液體系建立煤層氣水平井鉆、完井液體系建立應用實例分析應用實例分析主主要要內內容容2021-7-740項目研究內容步驟 1）通過室內實驗對選定區域的煤巖基本物性進行分析 2）對選定區域的煤巖進行敏感性室內實驗分析 3）結合煤巖基本物性及敏感性分析結果優選鉆井液 4）針對鉆井液進行分析，對完井液進行優選項目研究最終目標 針對區域煤層氣儲層，通過室內研究分析，優選出合適的鉆井液、完井液，并通過現

35、場試驗對鉆井液、完井液進行優化，以達到保護儲層的目的。2021-7-7416 應用實例分析應用實例分析2021-7-7421)煤巖基本物性測定區域煤巖：晉煤集團寺河3號煤煤巖基本物性分析：長慶油田分公司分析化驗中心煤巖X-射線衍射全巖礦物組成分析 樣品編號C1C2C3C4C5石英%1125310鉀長石%斜長石%方解石方解石%3 34 42 21 1白云石%鐵白云石%菱鐵礦%黃鐵礦黃鐵礦%1 11 11 1文石%碳%7480637160粘土礦物總量粘土礦物總量%242416168 821212828樣品編號高嶺石%綠泥石%伊利石%伊/蒙間混層%間層比%C184501820C212196900C3

36、111943432C41515352510C582254025煤巖X-射線衍射粘土礦物相對含量 可知煤巖中主要有粘土礦物、石英、方解石及少量黃鐵礦。 涉及到遇水膨脹的粘土有高嶺石8%15%；伊/蒙混層18%40。6 應用實例分析應用實例分析2021-7-7432)敏感性室內實驗水敏性地域總礦化度(mg/l)各種離子含量(mg/l)K+Na+Mg2+Ca2+Cl-SO42-HCO3-CO32-寺河1825.54283.92.68479114883該地區的水型為NaHCO3，pH值在8.0左右。以寺河鉆井液用水作驅替介質，比較煤巖樣品（人工）進行驅替前后的氣測滲透率的變化，以及驅替前后驅替介質中的

37、離子變化，對煤層與外來流體的配伍性進行分析。寺河地區鉆井液用水水質分析6 應用實例分析應用實例分析2021-7-744實驗結果表明：K+、Na+離子經巖心驅替后濃度明顯降低，說明煤層中含有粘土礦物；Mg2+、Ca2+離子驅替后濃度降低，以及HCO3-的濃度降低，說明部分Mg2+離子以及部分Ca2+與CO32-結合成為沉淀留在了煤巖內部；SO42-離子濃度的減少也說明其與煤巖中一些陽離子產生沉淀；煤巖氣測滲透率明顯發生降低，一方面說明煤巖中產生的沉淀物堵塞了運移通道，另一方面由于粘土礦物的水化膨脹導致部分通道被閉合，從而表現為煤巖外來流體經驅替后滲透率降低的現象。外來流體與煤層配伍性實驗流體 煤

38、樣T11 煤樣T51 驅替前驅替后 驅替后 離子濃度 K+Na+ 428231302Mg2+ 3.92.12.9Ca2+ 2.62.41.8Cl- 848480SO42- 796573HCO3- 114817875CO32- 8312451008煤巖氣測滲透率煤巖氣測滲透率(K(K前前/K/K后后) ) 1.23/0.68 1.23/0.68 0.47/0.13 0.47/0.13 6 應用實例分析應用實例分析2021-7-745鹽敏性配置出濃度分別為2%、3%、4%、5%的四種KCL水溶液；使用NP-2型頁巖膨脹劑，測定2%、3%、4%、5%KCL水溶液對各煤樣在25(煤層埋深溫度)下的線性

39、膨脹量，測定時間每一組為24h。煤粉編號2%3%4%5%T10.280.220.140.14T20.270.250.160.17T60.350.240.130.11煤樣在不同濃度KCL水溶液的膨脹量u1 煤樣在不同濃度KCL水溶液的線性膨脹量 實驗結果顯示煤樣在KCL濃度達到4%后其膨脹量變化幅度較小，說明煤層中當鉆井液中含有4%的K+時，便能夠對煤層中的粘土礦物起到抑制性作用。6 應用實例分析應用實例分析2021-7-746堿敏性4%KCL水溶液的pH值煤樣編號過煤樣后的水溶液pH值7煤粉Z1煤粉Z26.426.488.24煤粉Z3煤粉Z46.326.569.32煤粉Z5煤粉Z66.917.

40、2410.89煤粉Z7煤粉Z88.658.3211.53煤粉Z9煤粉Z1010.5310.87KCL水溶液過煤粉后的PH值變化 煤樣滲透率受pH值影響顯著，pH值在89時煤樣的滲透率呈急劇下降的趨勢，分析認為主要是堿性水溶液中的礦物離子與酸性介質的煤樣發生沉淀反應導致孔道堵塞，滲透率下降；其次強堿性液體的侵入造成粘土礦物的剝落及膠結物中顆粒的釋放，也是造成孔道堵塞，滲透率下降的原因之一。讀數儀器為梅特勒讀數儀器為梅特勒FE20KFE20K，PHPH酸度計酸度計6 應用實例分析應用實例分析2021-7-747多功能濾失儀，可實現功能有：巖心滲透率測定（氣、液）；巖心孔隙度測定；儲層敏感性評價；地

41、層傷害評價；可用于正反向驅替實驗；能夠控制環壓，模擬地層圍壓。2021-7-748KCL水溶液過煤樣后的pH值變化u1 3)鉆井液室內實驗 通過前面對儲層室內敏感性評價，要達到降低鉆井液對儲層的最小傷害，必須滿足以下幾個方面： 要降低鉆井用水中Mg2+、Ca2+離子得含量； 鉆遇儲層時要保證4%KCL水溶液的含量； 保持pH值偏中性。 因此，依據此三種前提條件進行鉆井液配方實驗。選用煤層氣鉆井常用的鉆井液處理劑(大分子包被劑、無機鹽抑制劑、中小分子降失水劑、增粘劑、超細碳酸鈣)開展鉆井液污染評價試驗，共5種試驗。 6 應用實例分析應用實例分析2021-7-749序號配方煤樣編號原始氣測滲透率K

42、0(10-3m2)污染后氣測滲透率K1(10-3m2)K1/K0(%)1低固相(4%膨潤土漿)T240.0480.01837.3442凈化水+0.4%XCT130.0630.03758.7303凈化水+0.4%CMCT250.0580.02848.2764凈化水+0.6%NH4HPANT90.1070.06560.7485凈化水T310.0670.04567.164注：表中的凈化水是指經去注：表中的凈化水是指經去離子離子（陽離子螯合劑）（陽離子螯合劑）、KCL含量含量4%、pH值在值在89之間的鉆井液用水之間的鉆井液用水。鉆井液污染傷害試驗結果3)鉆井液室內實驗結果表明，不同流體對煤樣的污染都

43、導致滲透率的降低；膨潤土漿對煤樣的污染程度最大；而文中的去離子凈化水對儲層的傷害程度相對最低，高分子聚合物中以NH4HPAN對儲層的傷害程度最小。考慮到孔內安全、完井液配置等實際情況，選擇凈化水+0.4%XC、凈化水+0.4%CMC作為研究對象。6 應用實例分析應用實例分析2021-7-7504)完井液室內實驗鉆井液傷害儲層機理主要有以下4個方面： 1）濾液及固相顆粒的侵入（鉆頭碎巖過程中也會產生）； 2）高分子聚合物在煤巖中形成的粘附； 3）外來流體進入有可能引起水敏、堿敏，亦或導致煤巖中的粘土礦物遇水膨脹； 4）鉆井液長期浸泡致使煤巖應力發生變化。 因此，良好的鉆井液具有上述的優點，室內實

44、驗所得的鉆井液在實際施工的時候亦應考慮這些因素對煤儲層的影響，即鉆井液要有“屏蔽暫堵”的性能，鉆進時形成的薄而致密的泥皮盡可能的減少對儲層的滲透污染，完鉆后在添加適當的生物酶、破膠劑等化學助劑后能夠迅速將這種泥皮進行降解、消融恢復煤層產氣通道。6 應用實例分析應用實例分析2021-7-7514)完井液室內實驗暫堵劑的選擇鉆井液配方室內實驗： 凈化水+0.4%XC+CaCO3（超細碳酸鈣） 凈化水+0.4%CMC+CaCO3（超細碳酸鈣） 超細碳酸鈣400目-600目，性能穩定，不溶于水、堿，由于粒徑小（0.5-1m），常規四級固控的離心機最小分離粒徑為5-9m，因此該品種作為有效的加重劑被廣泛應用在石油鉆井中。 碳酸鈣與H+酸性液體反應生成鈣離子、水、二氧化氮，其生成物不會造成二