煤层气水平井可降解钻井液体系研究

段伟伟

摘 要：煤层气水平井的主要目的是开采煤层气，在这个过程中，降低煤矿瓦斯含量，保证钻井具有较为秀良的常规性能，例如流变性和过滤性之外，还应该尽可能的降低因煤矿瓦斯含量对煤层气储层的损害。在煤层气水平井的建设之中，清除液滤饼的通常做法是在每个井段泵入0.5立方米且浓度为15%的盐酸。但是相关试验表明，单独使用酸或氧化剂在水平井段中清除滤饼的效果并不明显，其主要的不足在于会与所遇到的所有可被氧化的物质发生化学反应，从而使酸或氧化剂失去原有的效力。因此，为了尽可能地降低钻井液对煤层气储层的损害，就应该通过钻井液配方实验、粒度分析测试、滤饼清除实验、高温高压膨胀量测试和煤岩气体渗透率测试等试验手段研发可降解钻井液，并对可降解钻井液体系进行综合评价。

关键词：煤层气水平井；钻井液；生物酶；气体渗透率

中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0159-01

1 实验方法

（1）可降解钻井液配方实验：首先，在实验材料的选择上采用羧甲基纤维素作为增黏剂、改性淀粉作为降滤失剂、超细碳酸钙作为架桥剂、氯化铵作为PH调节剂、膨润土作为配浆土、JBR作为生物酶破胶剂以及特种生物酶SE-4。其次，在实验方法上，设置对照组，先将其中一组按照不加酶的配方配制浆液并将PH调至7，测试浆液的密度、表观黏度等参数，然后再在另一组变量按照加特种生物酶的方式配置浆液并将PH调至7，两组同时放入恒温（10摄氏度）静置，测试浆液流变参数随时间的变化情况。

（2）可降解钻井液粒度分析：本实验主要用来评价可降解钻井液中固相颗粒大小及分布规律，由此确定固体颗粒与煤层空隙之间的配伍情况。做法是按照不加生物破胶酶的情况配置浆液，然后使用激光粒度分析仪进行浆液粒度分析，并观察颗粒粒度分布情况。

（3）可降解钻井液滤饼清除实验：在可降解钻井液降解的不同阶段，即降解前、生物酶降解2小时、酸解2小时这三个阶段中，利用压失水仪对滤饼进行无压滤失量实验，记录一定时间内的滤失量。同时设置对照组，即对清水在空白滤纸上进行无压失水实验，并记录相同时间内的滤失量，最后通过比较两者的滤失量来说明不同解堵工艺对滤饼的解堵效果。

（4）煤岩物性测试：采集煤层煤样，利用X射线衍射对其进行矿物鉴定，最后再测试气体渗透率及孔隙度。

（5）煤岩膨胀量测试：首先用7g煤粉与2mL水玻璃混匀，在岩芯压制机上用16MPa压力压制20min，取出即可得到实验所需煤样，将煤样分为三份并置于蒸馏水、1%的KCI溶液和可降解钻井液这三种不同的液体中，进行高温高压膨胀量测试。

2 结果与讨论

（1）可降解钻井液配方实验：通过对对照组的实验结果进行比对可知，加入特种生物酶的浆液破胶率高达90%切表观黏度为2.5mPa·s。这就表明表明生物降解过程已基本结束。实验结果表明，加入生物酶的浆液可以满足煤层气水平井钻进要求，尤其适合胶结性较差的松软煤层。

（2）可降解钻井液粒度分析实验：可降解钻井液中固相颗粒粒径的分布范围大致是36～1000μm，粒径峰值在240μm左右，在该配方中，超细碳酸钙为400目，颗粒大小在37.4μm以下，泥浆中固相颗粒的峰值对应的应为膨润土颗粒。由以上实验数据可知，如要起到较好的暂时封堵，保护煤层气储层的作用，就应依据煤储层裂隙和孔隙大小，合理选择泥浆固相颗粒大小。

（3）可降解钻井液滤饼清除实验：该实验数据说明了三点问题，第一點，可降解钻井液所形成滤饼的无压失水量为零，说明滤饼质量较好。第二点，可降解钻井液滤饼的解堵是靠生物酶和酸的双重措施来实现的，两种缺一都将导致最终的解堵效果变差（单独酸化的无压失水量仅为0.5mL，说明解堵效果一般），采用双重解堵措施之后，4h后可以实现完全解堵。第三点，附着有滤饼的滤纸的最终滤失量略大于空白滤纸的滤失量，可能的原因之一是浸泡会使滤纸的结构变得更加疏松、微观孔隙变大，另一个原因是滤纸与酸会发生反应，导致滤纸的致密程度下降，滤失量增大。

（4）煤岩物性测试：该实验中，所用煤样的成分为：石英为1%，高岭石为5%，方解石为20%，白云石为15%，非晶质为59%；孔隙率为10.0%～10.5%；气体渗透率为0.3×10-15～0.5×10-15平方米。因此实验结果为：煤样以非晶质组分、方解石和白云石为主，并含少量的高岭石和石英。

（5）煤岩膨胀量测试：该测试仍以煤岩物性测试的煤样为测试样本，由实验数据发现，在蒸馏水中，煤样仍表现出较低的膨胀率，在可降解钻井液中，煤样吸水膨胀具有一定的抑制能力，其效果介于蒸馏水和1%的KCI溶液之间。

3 实验结论

（1）在可降解钻井液中，液态的特种生物酶具有较快的破胶速度和较彻底的破胶效果，2h后破胶量超过85%，破胶后浆液黏度也明显降低。

（2）利用生物酶降解和酸解相结合的的复合解堵方式可以有效地消除钻井液对煤层气储层的伤害，恢复甚至提高煤岩气体渗透率达15.47%～38.92%。

（3）可降解钻井液具有两个优点，一个是保持井壁稳定，另一个是保护气储层，并提高煤岩气体渗透率。该钻井呀非常适合煤层，特别是松软煤层储层钻进，具有广阔的应用前景。

总结来说：在可降解钻井液中，液态的特种生物酶具有较快的破胶速度和较彻底的破胶效果，生物酶降解加盐酸酸化的结合使用可有效地清除可降解钻井液对煤层气储层的伤害并能恢复甚至提高煤岩气体渗透率。而可降解钻井液具有的双重优点（保持井壁稳定和储层保护），非常适合煤层，特别是松软煤层的水平井的钻进工作。

4 结语

根据以上的相关实验表明，将可降解钻井液引入煤层气水平井的钻进过程中，可在一定程度上保护气储层，通过采用生物酶加酸化的双重解堵措施来清除钻井液所形成的滤饼，对井壁的保护效果非常显著。同时，可间接的钻井液也体现了环保意识，在保护气储层的的过程中利用生物技术和化学技术的结合，减少了污染物的残留。

参考文献

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