影响煤层气钻井工程的工程地质因素分析

2017-03-03张莹中联煤层气有限责任公司晋城分公司山西晋城048000

化工管理 2017年18期

张莹（中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西晋城 048000）

影响煤层气钻井工程的工程地质因素分析

张莹（中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西晋城 048000）

我国有着十分丰富的煤层气资源，在当今常规油气开发面临巨大压力的背景下，加强对煤层气资源的开发与利用，具有十分重要的意义。煤层气钻井工艺技术的好坏，对煤层气井的产量及后期生产工艺产生着直接的影响，而煤层气钻井工艺又在很大程度上受到工程地质因素的影响。本篇论文中，笔者主要对影响煤层气钻井工程的工程地质因素进行了分析，以供参考。

煤层气；钻井工程；工程地质；影响因素

就现阶段的情况来看，我国煤层气井报废的原因超过二分之一的属于工程报废，一些是由于固井质量不合格而导致的报废，还有一些是由于钻井方面的原因而对煤层造成了污染，进而导致煤层渗透率降低、压力资料求取不精准等问题的产生。面对这样的现象，煤层气资源的勘探、开发与应用过程中，应加强对影响煤层气钻井工程的工程地质因素的重视与研究。

1 影响煤层气钻井工程井壁稳定性的工程地质因素

1.1 地应力

对于岩石来说，其所处地应力场通常情况下由最小水平地应力、最大水平地应力以及垂向应力组成。在此基础上，按照两个水平主应力、垂直主应力之间的关系，就能将地应力分为不同的类型，也就是正常地应力、走滑地应力以及反转低应力三种类型。煤层气钻井工程施工过程中，井壁稳定性在很大程度上受到了原地应力的影响，地应力通常情况下会给井壁稳定带来两种作用，也就是压缩作用、抗张作用。具体来说，井孔周围存在的应力，不管是超过岩石的抗拉强度，还是超过岩石的抗张强度，均会导致井眼破坏问题的发生。若是井壁破坏主要表现为剪切破坏，那么就会造成井孔扩大、井眼崩落，甚至会出现塌孔的现象；若是井壁破坏主要表现为张性破裂，那么就会造成地层原始裂隙轻微张开，从而导致井中钻井液的大量漏失。

1.2 煤体结构

煤体结构指的是，在受到地质构造的作用之后煤层所表现出来的构造特征或者是结构特征。煤层的物性特征，包括渗透性、裂隙、孔隙、硬度以及粒度等，主要取决于煤体结构，因此，煤体结构资料在煤层气资源的勘探与开发过程中发挥着十分重要的作用。煤体结构通常情况下主要分为构造煤、原生结构煤两种类型，其中，构造煤又被分为碎裂煤、碎粒煤以及糜棱煤三种种类。可以说，煤体结构是煤岩综合受力的一种宏观表现，是对煤层气井井壁稳定性起到决定性作用的一个重要工程地质因素，煤体结构与井壁稳定性之间是正相比关系。

1.3 煤的坚固性系数

坚固性系数主要被应用于煤矿安全领域的两个方面，一是对井下瓦斯抽放钻孔的孔壁稳定性进行评估，二是煤与瓦斯突出的孔壁稳定性进行评估。坚固性系数，主要是对在几种变形方式的组合作用下煤岩抵抗破坏的能力进行评价，坚固性系数越大，煤岩越坚固，煤岩的抗击破坏能力也就越强。也就是说，坚固性系数越高，代表着井壁的稳定性越好。

1.4 天然裂隙

煤层气井井壁的周围应力分布指的是，钻井进行的时候，地层被钻开，打破了原有的应力状态，导致地应力被重新分布，在气井的近井壁地带产生了应力集中。地应力进行重新分布的时候，煤层气井近井壁存在的裂纹，在很大程度上受到压剪作用的影响，从而在尖端出现应力集中，最终导致近井壁裂纹遭受双重应力的作用，极易受到破坏。天然裂隙对煤层气钻井工程井壁稳定性造成的影响，主要包括：第一，有可能降低井壁的失稳载荷；第二，裂缝倾角大小在很大程度上影响着井壁的稳定性，裂缝倾角越大，影响越小，水平裂缝的影响最大，直立裂缝的影响最小，具体来说，就是水平裂缝的影响大于倾斜裂缝的影响，倾斜裂缝的影响大于直立裂缝的影响；第三，与单一裂缝相比，多组裂缝组合体的影响更大；第四，裂缝的密度也在很大程度上影响着井壁的稳定性，裂缝密度越大，井壁的稳定性越差。

2 影响煤层气钻井工程破岩效率的工程地质因素

2.1 可钻性

可钻性指的是，岩石破碎的难易程度，也就是在一定技术条件下岩石的钻进难易程度。对岩石可钻性进行准确评价，是钻头类型选择、钻井参数确定、钻井效果预测以及钻井工作定额制定的前提依据。通常情况下，随着钻进深度的增加，上覆地层的压实作用也在不断增强，从而导致煤岩的可钻极值也在不断增加，钻进难度也越来越大。基于这样的原因，钻井过程中，应根据可钻极值的改变，对破岩工具的类型以及钻井工艺进行及时调整，以有效提高钻井效率。

2.2 研磨性

研磨性指的是，使用机械方法对岩石进行破坏的过程中，岩石、钻井工具之间发生间接或连续的摩擦、接触的时候，岩石对钻头产生的磨损能力。随着钻进深度的增加，通常情况下，煤岩的各力学参数也在不断增大，其中，抗拉强度、抗压强度的加大，往往会导致挤压破岩难度上升，煤岩研磨性相应的也会有所加大，导致破岩效率逐渐降低。基于这样的原因，钻井过程中，应随着深度的增加，选择与岩石研磨性相符合的钻井工具，不仅能够延长钻头的寿命，还有利于提高破岩效率与钻井质量。