煤层气钻井工程多因素损害机理研究

单并产量低严重制约着国内煤层气的效益开发,钻完井过程中的煤层渗透率损害被认为是影响单井产量的重要因素之一,针对山西沁水盆地中高阶煤岩的物理化学特性,通过煤岩解吸和渗透率、恢复率、X射线衍射、溶剂抽提后质谱分析、扫描电镜、低温氮吸附和压汞法,测试煤岩的有机分子结构、割理和基质孔隙在钻井液单组分作用下的物理化学性质变化,并对不同类型钻井液在压力波动下应力敏感性损害、钻井压力波动下钻井液滤失量大小以及钻井液侵入后的渗透率损害进行了系统研究.     

钻井液滤失对煤岩井壁稳定性的影响

煤岩具有割理、孔隙等多孔特性,钻井液易侵入,导致井壁围岩失稳。考虑钻井液滤失对煤岩的物理作用,以Mohr-Coulomb塑性模型为煤岩破坏准则,建立了煤岩井壁稳定评价的流固耦合模型,通过数值模拟,对比分析了钻井液滤失对煤岩应力场和渗流场的影响。结果表明:不均匀地应力的挤压作用使钻井液容易沿着最大水平地应力方向滤失;而钻井液滤失会导致孔隙压力增大,继而使井壁煤岩的应力发生改变,应力场最大值由最大水平地应力方向转移到了最小水平地应力方向,且应力极值由15 MPa增至17 MPa,不利于煤岩稳定;在正向压差条件下,钻井液会侵入煤岩孔隙,使孔隙压力增大,导致煤岩应力增大,引起煤岩失稳;因此,钻井液密度设计时应综合考虑井筒液柱支撑井壁和孔隙增压破坏井壁的影响。     

煤层气钻井液配方正交试验研究

本文针对韩城地区低渗透率的11^#煤层对钻井液的要求，运用正交试验的方法对钻井液配方进行设计。通过对正交试验配方进行性能测试，得到钻井液最优加量。根据正交试验得出的钻井液配方配制的钻井液比重、粘度、切力、pH值等性能基本符合水平钻井的需要，能很好的起到保护井壁、减少钻井工艺对煤层渗透率造成损害的作用。     

排采降压诱发煤层剪切破坏机理与防控对策

煤层压力衰减会导致煤岩体剪切破坏,诱发井壁失稳、套管损坏和出煤粉等井下复杂事故。为预防煤层破坏,以沁水盆地南部二叠系山西组3号煤层为研究对象,基于单轴应变模型分析了排采降压过程中的煤层应力路径及其破坏行为,明确了煤层破坏影响因素,并提出了控制井底流压和CO_2-ECBM相结合的防控技术对策。结果表明:煤层水平有效应力在排水阶段随孔隙压力的降低而线性增大,但在解吸阶段却随孔隙压力的降低而非线性减小,气体解吸能够加速煤层剪切破坏;煤层初始水平应力越小,垂向应力、初始孔隙压力、临界解吸压力越大,气体吸附效应越强,煤岩体弹性模量、泊松比越大,单轴抗压强度越低,则煤层临界破坏孔隙压力就越大;煤层破坏前转注CO_2既能有效避免煤层破坏,也可提高煤层气采收率,不失为CO_2-ECBM的良好作业时机。     

束缚水钻井液及其在煤层气水平井中的应用

为降低钻井液中自由水对煤层气水平井井壁稳定和储层保护造成的不利影响,在评价钻井液处理剂束缚自由水能力基础上,开发出煤层气束缚水钻井液,其配方为:清水+0.1%纯碱+(0.5~0.8)%束缚水胶凝剂+(0.5~1.0)%水基润滑剂,对比评价了束缚水钻井液与清水、氯化钾盐水和黄原胶钻井液在煤层保护和井壁稳定性能上的差异。性能评价结果表明,束缚水钻井液自由水含量低,封堵能力强,侵入煤层滤失量少,对煤岩强度影响小,稳定煤层井壁能力优于清水和氯化钾盐水;稳定井壁和保护煤层能力优于现有的黄原胶钻井液。现场应用结果表明,束缚水钻井液可以较好地解决目前煤层气水平井储层保护和井壁稳定之间的矛盾,有较好的应用前景。     

煤层注水对原煤孔隙及甲烷吸脱附性能的影响

煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,使用静态容量法测出各煤样吸脱附参数。结果表明:注水后各孔径段孔隙量均有所增加,注水压力与比表面积、孔容及分形维数呈线性正相关关系;孔隙特征参数与甲烷吸脱附性能呈线性正相关关系;各煤样均出现甲烷吸脱附迟滞现象,且注水压力越高,甲烷吸附能力越强,脱附迟滞程度越大。煤层注水压力越大,煤的孔裂隙数量会增多且粗糙度增大,煤体倾向于保留更多的瓦斯。     

乳化钻井泥浆在韩城11#煤层气井中的应用研究

该文针对韩城地区低渗透率的11#煤层对钻井液的要求进行分析,对钻井液做了配方设计,并对其性能进行测试,设计正交试验确定钻井液最优加量,使其比重、粘度、切力、pH值等性能基本符合水平钻井的需要,能很好的起到保护井壁,减少钻井工艺对煤层渗透率造成损害的作用.     

煤层气井钻井液选取探讨

现在煤层气钻井过程中,由于没有选好合适的钻井液而容易导致岩屑或岩粉进入储煤层,导致堵塞煤层裂隙和孔隙,降低煤层气的产量。该文章针对这些问题从优质钻井液的选取方面做了一些探讨。     

沁水盆地清水钻井液对煤储层损害机理

针对沁水盆地煤层气水平井开采中以清水作为钻井液的情况,室内采用X射线衍射、扫描电镜、煤岩膨胀实验和敏感性实验分析了煤层气储层岩石组成及理化性能,同时结合水质结垢预测、水质粒度分析与动态体积流过量实验等方法研究了清水钻井液,结果表明清水对煤层气储层造成损害的因素为:与地层水配伍性不好易结垢、矿化度较地层流体低易引起煤层中黏土矿物水化膨胀、自身絮凝能力弱易造成微小固相颗粒堵塞污染、返排能力差不利于煤层气排水开采。     

泡沫水泥固井技术在沁南盆地煤层气开发中的研究应用

常规煤层具有机械强度低、渗透率低、孔隙压力小、储层易坍塌的特点。使用常规水泥浆固井过程中易出现污染煤层、压漏地层的问题,增加井下复杂情况,造成煤储层渗透率下降,影响产能的发挥。对泡沫水泥固井技术的特点及制备方法进行了详述,该技术通过在沁南盆地煤层气开发中的实际应用,初步建立了一套煤层气井储层保护的泡沫水泥固井体系及施工方法,现场应用效果良好。     

煤层等温吸附渗透率演化数值研究

通过建立双孔隙度煤层变形控制方程,确定了基于煤层吸附理论的Biot孔隙压力系数。分别建立了存在吸附作用的条件下,煤层基质和裂隙渗透率的数值模型。研究发现,通过增加基质孔隙压力,基质将发生与孔隙压力相关的体积应变,基质体积模量将会减小;基质增大的体积占据了部分孔隙,导致煤层基质渗透率减小;随着吸附的进行,经过一定时间,煤层裂隙渗透率会出现陡降。     

煤层气固井过程中的储层伤害与保护

煤层气是储集于煤层孔隙中的天然气。煤层与一般的油气层相比,埋藏浅、微孔隙和裂缝发育。煤层的机械强度和孔隙度低,易坍塌、易污染。根据煤层气井的特征,介绍了一般油气井固井与煤层气井固井的区别,总结出煤层气井固井的特点及难点。总结分析了固井过程中煤储层伤害的主要因素,并以此为依据提出了保护煤储层的固井技术措施,即低密度水泥浆体系、低温膨胀水泥浆、双凝水泥浆、双级固井技术、塞流顶替技术和绕煤层固井技术。     

钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究

煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的协同防塌理论,并开展了钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验工作。首先优选出能有效降低钻井液表面张力、增加钻井液与页岩接触角的表面活性剂复配方案,并结合钻井液流变性、滤失性、润滑性、水活度和抑制性等参数测试和页岩压力传递实验,对钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的效果进行了评价。结果表明:复合表面活性剂能够有效改变水基钻井液的润湿性能,与优选的水基钻井液相比,钻井液表面张力降低42.6%,与页岩的接触角增大162.1%;复合表面活性剂与水基钻井液具有良好的配伍性,具有较好地抑制性和抗盐能力;与清水相比,复合表面活性剂能显著阻缓页岩孔隙压力传递速率,降低钻井液侵入页岩的程度,页岩渗透率降低幅度在99%以上;说明通过控制钻井液润湿性来增强页岩井壁稳定性是可行的。     

气相压裂增透技术强化煤层瓦斯抽采效果的研究

针对高瓦斯低透煤层瓦斯抽采效果差、抽采成本高、抽采时间长等问题,通过应用气相压裂增透技术来强化煤层的瓦斯抽采效果,实验和现场测试分析压裂前后煤样的孔隙裂隙基本参数变化情况,明确增透强化的机理。结果表明:气相压裂煤层孔容和比表面积均以大孔为主;在不同吸附平衡压力和粒径下,压裂煤层的扩散系数随着时间的延长减小的幅度存在差异;气相压裂后煤层孔隙裂隙基本参数都呈现增大的趋势,有利于缩短瓦斯扩散路径,提高瓦斯扩散系数;气相压裂后,钻孔有效抽采半径、煤层透气性系数和渗透率分别提高了2.1~4.3倍、54~96倍和7.54~30.40倍,从而判定压裂煤层由原始难抽采煤层转化为易抽采煤层,气相压裂增透强化瓦斯抽采效果明显。     

神东矿区大采高易自燃煤层自燃因素及分析——以察哈素煤矿3-1煤层为例

为了研究神东矿区大采高易自燃煤层自燃因素的影响,以察哈素煤矿3-1煤层为例,针对煤化程度、煤岩成分、含水量、含硫量、煤层孔隙特性、煤层瓦斯含量等内在因素对该煤层自燃的影响进行了测试分析,并运用层次分析法分析了影响权重。研究结果表明,由于该矿3-1煤层煤化程度低、煤体中具有较高含量的镜质组和惰性组,并存在着大量孔隙和裂隙,导致煤层易自燃,其中影响因素较大的为煤化程度、煤岩成分和孔隙特性。     

丰卤1井堵漏及盐膏层钻井液技术

丰卤1井是位于邛崃市道佐乡万福村4社的一口非油气重点勘探井,该井设计井深5300m,完钻井深5345m,主要钻探目的是探明三叠系雷口坡组层位卤水实际含量。丰卤1井钻遇地层复杂,蓬莱镇组至遂宁组井段软泥岩地层易缩径、钻头易泥包、起下钻易遇阻,自流井组至须家河须一段同一裸眼段钻遇多套压力系统地层、且地层裂缝发育承压能力低,多次发生孔隙渗透性漏失甚至洞穴裂缝型大型漏失,防漏堵漏难度大,目的层存在高压盐水层和不同厚度的盐层、盐膏层,极易发生盐岩溶解、吸水膨胀垮塌、蠕变缩径,造成坍塌掉块和卡钻等事故,钻井液维护处理困难。丰卤1井二开采用空气泡沫钻井液转化为聚合物钻井液体系,三开井段采用聚磺钻井液体系,四开井段采用聚磺钻井液体系转化为NaCl盐水聚磺钻井液体系。针对钻井过程中出现的井下复杂情况和事故,不断优化钻井液性能,并采取相应的工程技术措施,确保了丰卤1井顺利钻达目的层。     

基于Comsol的煤层注水压力对湿润半径的影响研究

为研究煤层注水压力对煤层湿润半径的影响,为煤层注水技术中注水参数的选择提供参考,运用Comsol模拟软件对不同注水压力条件下煤层的孔隙水压和孔隙水渗流速度的分布进行了数值模拟,结果显示:注水过程中注水钻孔周围孔隙水压的总体分布规律是以钻孔为轴心呈椭圆形状向周围不断递减;孔隙水渗流速度在注水口附近最大,孔壁周围较小,并由注水孔向四周扩散减小。利用模拟数据拟合出煤层不同注水压力与湿润半径的指数型函数关系。     

低压低渗透气饱和煤层的应力敏感性及解吸渗流机理

本文从煤层的微孔隙结构描述出发，结合煤层气的吸附及解吸机理，分析了煤层渗透性对煤层气开发的关键性作用，明确指出目前阻碍我国煤层气成功开发的最关键环节是煤层的低渗透性。进而讨论了我国煤层低渗透性的普遍原因，指出我国煤层低渗透性的普遍原因是裂隙被气体饱和的压力封闭型构造应力所约束，并给出了这种约束作用对目前我国煤层气开发的限制程度。     

哈得逊地区二叠系火成岩钻井钻井液配方优选室内实验研究

塔里木油田哈得逊地区二叠系火成岩层段微裂缝多、节理丰富易塌易漏,一直是制约该地区钻井速度的主要原因。针对火成岩易漏易塌的钻井难点,从钻井液性能方面入手,通过室内实验优选出强封堵抑制剂(环保型低荧光成膜降滤失剂CMF),聚磺体系钻井液配方,实验表明:该配方钻井液具有流变性好、滤失量低、抑制性强的特点,起到了有效的封堵作用。     

深部低渗透率煤层瓦斯抽采气固耦合机理研究

为揭示瓦斯在深部煤层抽采时的渗流机理,基于深部煤层低渗透率、高地应力、高瓦斯压力特征,结合瓦斯运移的Klinkenberg效应,建立了考虑煤体基质、裂隙双重孔隙介质的瓦斯抽采气固耦合模型,并针对具体地质情况进行了耦合模型的数值模拟研究。结果表明:煤层瓦斯压力随抽采时间增长呈下降趋势,钻孔周围出现瓦斯压降漏斗现象,距钻孔越近瓦斯压力下降越明显。深部低渗透煤层瓦斯抽采过程中,煤层体积变形、瓦斯解吸共同影响煤层渗透率变化,瓦斯抽采使煤层瓦斯压力逐渐降低,煤体发生收缩变形导致渗透率增大,同时煤层有效应力增大,煤层中裂隙、基质受压变形,又会导致渗透率逐渐减小。