煤层气储层特征及钻井液选择

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。
参考文献
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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 ＡｐｈｎＤｎ钻井液体系
Ａｐｈ肼·钻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。
Ａｐｈ硼是由三层表面活性剂所包裹的气核，在
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。
灿ｌ】ｇ鸵ｄｉＩｌｇ舡ｌｄ蛐ｉ妇ｐｌＤｐｅ帕鹤，陀曲ｍ曲ｌｅ槭哆舡ｌｄ ｐＨ Ｖａｌｕｅ，ｈｉｒｌｙ ｌ伽舢血ｅ ｔｅｒ塔ｉ∞．Ｔｈｅ ｐａ·
ｐｅｒ ｄ雠曲憾ｓｅｖｅ础ｄｒｉＵｊＩｌｇ舭ｄｓ ｔｅｃＩｌＩｌｉｑｕ∞妇ＣＢＭ ｒ∞ｅｎ曲。ｍ ｈｏｎ七ａｎｄ ａｈ嗯ｄ ｗｈｉｃｌｌ ｗｅｍ鲫ｃｏ陷幽ｌｌ】ｙ
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Ａｐｈ瑚与周围水
基流体相溶，如图ｌ所示。
图ｌ Ａｐｈｒ∞结构不意图
（枷枷除稳加了入定有一剂普种）通由改泡表进沫面得的活到性 优剂 的点和以Ａｐ聚外№合，稳物还定组具成性有的增以混强下合。物 特
点：①相对于普通泡沫，Ａｐｈ瑚承压能力更强，特
当ｐＨ值过高时，ＯＨ一与煤层面负电荷较高的 氧原子可以形成强烈的氢键作用，促使水化作用， 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ｐＨ较低，不利 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ｐＨ值应当控制在 一个合适的范围内，推荐钻井液ｐＨ值在７—８的范 围内比较合适。
（１．鼬ｌａｉ ＤｒｉｌｌｉＩｌｇ Ｎｏ．２ Ｃ０ｎｌｐａ何，ｓｈｅｎｇｌｉ附ｍｌ即ｍ Ａｄｍｉｎｉ８ｔｒ鲥加Ｂｌｌ嗍ｕ ０ｆ Ｓ矾ｏＰＥＣ，
Ｓｌｌａｒｌｄｏｎｇ ２５７２００；２．ＣＵＣＢＭ，ＢｅｉｊｉＩ唱１０００１ｌ；３．Ｐｅｈｏ】叫ｍ ＥＩｌ ｇｉｌ：悦ｒｉＩｌｇ Ｃｏｎｅ萨，
Ｃ｝ｌｉｍ ＰｅｔＩＤｋ哪ＵＩｌｉ嘲畸，ｓｈａＩｌｄｏｌ】ｇ ２６６５５５）
别是改进后的Ａｐｈｍｎ，在３．５ＭＰａ的压力下，直径
为２５０弘ｍ的普通泡沫、Ａｐｈ咖以及改进后的Ａｐｈ肼ｌ
直内径消都失立，即枷收ｎ至缩少到在大１约０Ｔ１Ｉ５ｌ０ｉ脚ｎ后，才普消通失泡，沫而在改２ｌ进ｌｌ后ｉｎ Ａ的挪Ａｐ被ｈ嗍压则缩能，稳体定积３０很ｒｎ小ｉｎ，以上对。钻②井在液井的底密压度力影下响，
１０．
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ｒＬ 卯 Ｌｅｎ Ｖ．Ｂａｌ商ｕ．Ｂ删Ｋ．Ｗａ唧．Ｓｔａ盘ｅ一０ｆ—ｔｌｌｅ—ＡＩｔ ｉｌｌ
ｃｏａｌｂｅｄ ＭｅＩｈａ舱ⅨｉｌｌｉＩＩｇ ｎｕｉ凼［Ｊ］．ｓＰＥｌ０１２３ｌ，２ｌＤ略． ｒＬ 胡 王忠勤．煤层气储层保护技术研究［Ｊ］．中国煤田
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ｐＨ值
ａｐ曲ｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＢＭ陀跎ｒ∞ｉｒ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｎＩＩｉｄ；ｗｅｍ）０陀ｇｔａｂｉｌｉｔ）ｒ；艳阳ｎ，ｏｉｒ ｄ习啦Ｉ舻
１ 中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。
第８卷第２期 ２０１１年４月
中国煤层气 Ｃ卸阱＾ＣＯＡＩ Ｂｌ￡Ｄ ＨⅡ弭【ＨＡＮＥ
ｖ０１．８ Ｎ０．２
Ａｐｍ．２０ｌｌ
煤层气储层特征及钻井液选择
张振华１孙晗森２乔伟刚３
（１．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）
物，具有宽的啪值。将Ｆ１Ｌｃ２０００加入到水基钻
井液中时，聚合物聚集形成“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
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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。③ＦＬｃ２０００具有宽的ｍ毋值，可用于水基、 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。
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ｐＨ值，较低的表面张力；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
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ０ｆ ＣＢＭ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ａｎｄ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｎｕｉｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ）ｒ ｚｈａｎｇ压棚ｈｌｌａｌ，ｓ呲Ｈａｎ８ｅ铲，Ｑｉａｏ ｗｅｉｇａｎ矿
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１５０ｍ水平井段，顺利钻至设计 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。
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口——Ｂｉｏｔ系数口＝ｌ一著；
Ｃ。——骨架压缩系数，脱Ｐｏ．１； Ｃｂ＿＿体积压缩系数，彪Ｐ口～。 地层破裂时的钻井液密度为：
Ｉ阿Ｄｒ＝：—垫—２—二—墨’｝翌ｒ—必一××１０１０ｗ％％ （Ｌｚ２，）
式中 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）ｏ ２．３具有较好的抑制性能
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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。
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含煤区（个）
２０ Ｉ ２３ Ｉ １３
９
２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
井壁坍塌的钻井液密度为：
阳阳一 ＝业虻％（萨＋等刁）等日 巡型…“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； ｐｏ——储层压力，ｈ衄Ｐａ； Ｃ——煤岩内聚力，加）ａ；
Ｋ＝姗（静＋９／２）；
９——摩擦角，ｏ； 日．—＿婧ｌ储层深度，ｍ；
叩一应力非线性修正系数；
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