塔里木盆地深部煤层失稳机理及防塌钻井液技术

针对塔里木盆地深部煤层钻井过程中钻井液漏失和井壁垮塌等井下复杂问题,采用镜质体反射率分析、X射线衍射、扫描电镜等方法测试了煤的微观结构和理化性能。明确了煤层的失稳机理：煤中固定碳质量分数平均超过60%,镜质体反射率大于1.0%,煤化程度高、性脆、易破碎;黏土矿物总的体积分数低于25%,黏土中不含强水敏性矿物蒙脱石;煤层割理呈网状分布,其宽度主要集中在1~10 μm,易漏失。综合判定煤层失稳类型为力学失稳。以煤层微观结构为目标,结合钻井液材料粒度分布,优选沥青类封堵剂,设计出适用于煤层的沥青质聚磺防塌钻井液体系,其性能测试结果表明：沥青质聚磺防塌钻井液滤失量低、泥饼薄,能有效封堵煤的绝大部分割理,减少钻井液侵入量,防止煤层垮塌。研究成果一定程度上为塔里木盆地深部煤层的安全高效钻井提供技术保障。     

中国煤层气储层伤害分析及钻井液储层保护研究现状

因煤层气储层具有低孔、低渗、裂缝发育但分布不均的特殊性,在煤层气开发过程中储层极易受到不可逆转的伤害。煤层气储层伤害会导致煤层气产气量下降,增加开发成本,延缓工程进程,最终制约煤层气开发效果。为降低煤层气储层伤害发生的可能性,概括了钻井过程中煤层气储层伤害机理,介绍了国内主要煤层气钻井液技术的发展历程,煤层气钻井液储层保护的方法及进展,国内近年来优选的无伤害钻井液体系及国内储层保护钻井液的发展方向,为未来煤层气储层保护提出新思路。     

北部湾盆地防塌型无固相有机盐钻井液技术

南海西部油田的北部湾盆地储层段地质情况复杂,夹层多,泥岩极易水化,钻井液体系维护难度大,难以兼顾井壁稳定与储层保护。以涠洲6-9/6-10油田为例,介绍了北部湾盆地储层段的地质概况和钻井液技术难点;介绍了研发的一种新型无固相有机盐防塌钻井液体系及其实验评价结果。该钻井液体系既有效解决了北部湾盆地复杂储层段砂泥岩互层井壁失稳的问题,又防止了储层污染,还降低了井下复杂情况的发生率。该技术为北部湾盆地的石油勘探开发提供了强有力的技术保障。     

煤层气钻井过程中钻井液对煤岩储层损害评价

针对煤层气钻井过程中钻井液的侵入可能给煤岩储层造成的损害,选用宁武盆地9号煤和现场用钻井液为研究对象,开展了煤样钻井液动–静态损害评价、毛细管自吸、应力敏感性评价等实验。钻井液动–静态损害评价表明,钻井液滤液损害是造成煤层渗透率下降的主要原因;与地层水相比,煤样对钻井液的自吸能力强且吸附滞留严重,导致液相返排率偏低;钻井液作用后弱化煤样力学性质强化了煤样应力敏感性。结合水敏、碱敏、润湿性评价和扫描电镜分析结果,指出钻井液作用后煤岩裂隙堵塞、润湿性差异和钻井液吸附是钻井液造成煤层损害的主要因素。     

金山地区防塌钻井液体系研究

金山地区是松辽盆地的主要油气聚集区。该区岩性复杂,泥岩发育,钻井过程中随着钻井液浸泡时间的延长,井壁稳定问题突出。通过对地层理化性质和力学稳定性分析,是由于钻井液的化学稳定性不足导致了井壁的失稳。为了提高钻井液的化学稳定性,提出了“封堵”防塌的技术方案。研制的防塌钻井液体系具有封堵和抑制性强等特点。该体系高温高压失水可以控制在11 mL/30 min以内,砂床侵入深度2 cm,泥页岩回收率达到95%以上,钻井液抑制和封堵效果显著。     

可降解无固相钻井液的研究及应用

在煤层气勘探开发中,因采用低固相钻井液存在堵塞煤层孔隙、清水钻井液存在对煤层井壁稳定性支撑差等问题。在宁夏回族自治区惠农区MS01井采用可降解无固相钻井液体系,完成井后进行破胶作业,7h后完成钻井液破胶,实现了高聚物的降解,加入清水替出,一次洗井达到清洁目的并顺利交井,直接解析成功。由此可见,可降解无固相钻井液在破胶剂的作用下,能够在几小时内完成钻井液破胶,实现高聚物的降解,保护储层,促进煤层气的产出。此研究为类似工程提供了有益借鉴。     

欠平衡钻井技术与煤层气开发

结合我国煤层气储层及煤层气井的特点,探讨了在我国煤层气地面开发中利用欠平衡钻井技术的可行性和必要性。     

成膜防塌无固相钻井液体系在金鹰矿区ZK1146井中的应用研究

甘肃肃北县金鹰矿区ZK1146井是在甘肃祁连山金矿实施的一口科学钻探井,矿区地层包括砂岩、泥岩、炭质板岩和千枚岩。地层成岩性、胶结性差,倾角大,层理紊乱,井壁强度低。针对现场情况,研制了成膜防塌无固相钻井液体系。该体系主要是针对破碎、坍塌掉块及水敏性地层的钻进施工中遇到的主要难题,具有护壁性、抑制性和胶结性。通过在ZK1146井中的应用,取得了较好的护壁、护心效果,有效地防止了泥岩的分散,保证了该项目的顺利施工。     

煤层气钻井中煤储层的保护措施

煤层作为煤层气的生成层和储集层,在储层特征和储存方式等方面与常规油气储层具有不同的特点,决定了煤层气钻井、完井、储层保护及压裂等技术的特殊性。在钻井中,选用欠平衡钻井技术、空气潜孔锤钻井技术;使用低密度、低粘度、低失水量、中性pH值及低（无）固相含量的钻井液;采用低密度、低上返的固井技术。这不仅对煤储层具有一定的适应性,也保护了煤储层的渗透性。     

钢井壁失稳原因浅析及预防

钻井法施工的一些开采年限较短、井深和井径较小的竖井中,有时采用钢井壁作为永久支护,但是相对于钢筋混凝土井壁,钢井壁在使用过程中极易发生屈曲变形,甚至导致井简破坏,使用中应引起高度的重视。结合工程实例,对钢井壁失稳时的临界应力、影响因素进行了分析,并提出了相应的预防措施。     

煤层气直井开发井网适应性优选

利用直井井网开发煤层气,优选合理的井网对于煤层气藏的高效开发关系重大,因此,有必要针对不同储层条件的煤层气藏研究优化井网类型。通过数值模拟方法,针对不同渗透率、不同各向异性的煤层气藏,进行了正方形、矩形和菱形3种不同井网的数值模拟,得出适合不同井网开发的储层渗透率和各向异性的范围。模拟研究表明:正方形井网不适合煤层气的开发;矩形井网适合于中渗、低渗至特低渗煤储层;菱形井网适合于中渗至高渗煤储层。     

煤层气井水力压裂液分析与展望

对目前煤层气常用的压裂液体系进行了分析,对比各自的优缺点及其适用性,并重点分析了泡沫压裂液与清洁压裂液的性能,通过实验室数据与实际应用效果得出,泡沫压裂液体系应优选N₂为其气相;清洁压裂液需要降低合成条件与成本,并研究清洁压裂液内部破胶技术,以减少破胶剂的使用,保护环境。目前煤层气压裂液存在的主要问题有：传统压裂液对地层伤害大,先进的技术难以推广应用,新型压裂液成本高,工艺复杂等;针对存在的问题提出相应的对策：传统压裂液应针对不同敏感性地层条件研制出合适的破胶体系,优化工艺,加强配套工艺技术的研究等。最后指出高效、低伤害、低成本是今后煤层气压裂液的发展方向,开展疏水缔合聚合物-黏弹性表面活性剂清洁压裂液体系、纳米技术的研究,也是今后煤层气压裂、提高煤层气产量的重要手段。     

煤层气勘查中绿色钻探技术应用

随着煤系矿产勘探开发的不断深入,尤其国家提出“碳达峰、碳中和”目标以来,在勘查过程中推行绿色勘查技术势在必行。本文在绿色勘查概念的基础上,结合煤层气钻探生产工艺流程,根据煤系气储层特征及致害因子,分析了保护储层及周边环境的钻探技术。通过分析钻探施工对地下水污染的特点、污染物的主要成分及污染途径,提出了对应的污染防治措施及处理技术。介绍了两种煤系气开发时提高钻探效率的工艺,同时可降低作业过程中产生的污染物总量和污染影响时间。并针对绿色钻探设备配置、钻井液配比、废弃物回收处理等相关技术进行了探讨。     

煤层气压裂中压裂液吸附特性研究

在煤层气井压裂过程中,由于煤储层具有割理发育、比表面积大等特性,使煤层吸附压裂液而对煤储层造成严重伤害。使用IR和GC/MS分析仪等,对煤基质吸附压裂液进行了探索性试验研究,将复杂的压裂液体系简化为3类吸附组分,即GC/MS分析结果为代表的有机组分、无机物分析代表的吸附组分、瓜胶及其破胶后的断链有机物组分。通过无烟煤和长焰煤对压裂液的吸附试验及IR分析发现,煤样对有机成分有更强的吸附性能。     

河南省煤层气储层压力特征及其形成机制

煤层气储层压力是煤层能量的具体表现形式之一,也是煤层气运移、产出的动力,它不仅影响煤层的含气量、煤层气的赋存状态,也影响着煤层的渗透性,从而制约着煤层气的开发。根据9口煤层气参数和试验井的试井资料,结合煤田勘探阶段的钻孔抽水试验资料,对河南省煤储层压力特征进行了系统研究。结果表明,河南省煤层气储层压力变化较大,从欠压到高压均有分布。储层压力是由地下水补给、运移和滞留造成的。在地下水径流区常形成欠压,在弱径流区和滞留区一般形成常压和高压。地下水作用下的煤层气运移不仅从地下水动力条件得到证实,而且从煤层气的成分和成因角度也得到验证。这种压力的形成机制与国内外商业化开发煤层气藏类似,异常高压区是煤层气富集和开发的有利区域。     

煤层气近水平孔孔底水力封隔器设计与试验

通过近水平钻孔对高瓦斯煤田内煤层气实时原位探测,是提高煤层气抽放率和保证煤田开采安全的重要前提,而对孔底进行原位密封则是实现原位探测技术的关键。设计出了一种能方便快捷地实现孔底原位密封的水力封隔器,并通过了室内试验和现场应用。测试表明:密封胶筒的耐压力在有外围限制的情况下至少可达1 MPa,膨胀后的直径可达114 mm,对于Φ75 mm、Φ95 mm和Φ105 mm的煤层气钻孔完全适用。      

煤层气在储层中的流态分布特征

煤层气流态是表征煤层气在介质中流动难易程度的阶段量。综合前人研究经验,借助煤层气流态方程推演解译,对煤层气流态界限进行了划分,总结出煤层气在储层中的流态按渗透率k和运移距离L分布的规律。这为煤层气合理开发方案的制定具有一定的现实意义。     

基于干扰试井的煤层气储层优势渗流方向研究

为获得晋城矿区某区块3号煤层的储层连通性及其优势渗流方向,为矿区煤层气规模开发方案制定与调整提供依据,利用干扰试井技术对该区块井网内的煤层气井进行井间干扰测试。选定一口井为激动井,其周围5口井为观测井,组成干扰试井测试井组,测试并分析煤层气储层的连通性及其优势渗流方向。结果表明：激动井W-160井与观测井W-156井、W-166井间的煤层气储层连通性,优于其与观测井W-161井、W-157井以及W-164井间的储层连通性,即该区块煤层气储层的优势渗流方向为NE-SW向。将测试成果与生产实际相比对,验证了其正确性。试验证明了干扰试井测试可有效识别煤层气储层的连通性及优势渗流方向。     

河南省煤层气钻井技术发展历程及展望

河南省地勘队伍自2003年开展煤层气钻井施工以来,积极开展技术创新研究,先后研发了大直径绳索取心机具、射流式扩孔掏穴器等专用器具,率先开展了煤层气参数井、水平井、采动井、穿采空井等施工技术研究和实践,形成了涵盖各类煤层气井型的钻井施工技术体系,积累了丰富的实战经验,促进了我国煤层气产业的发展。本文在总结了河南地勘单位在煤层气钻井技术方面取得的成果的基础上,结合国内煤层气开发深度逐渐增加、采空区覆盖面积逐渐增大、构造煤煤层气未实现突破等行业发展需求,提出了开展高效煤层气水平井钻井技术、气动定向钻井技术及构造煤开发钻井关键技术等方面研究的建议。