煤层气开采过程中的储层伤害及保护措施

摘 要：煤气层就是俗称的瓦斯，属于清洁能源，是我国经济民生发展的重要能源。但是在实际开采过程中，易出现损伤储层的情况，严重影响了开采效果。本文对开采现状进行了简要概述，进一步分析储层损害原因，并提出了针对性保护方法。

关键词：煤层气;储层伤害;保护措施

煤层气一般情况下，以CH4的形式存在，多吸附于煤基质的表面，极少量的以CH4游离态存在于煤层水中。煤层气开发开采的环节多、难度较大，在开采过程中极易造成对储层的伤害，严重影响煤层气的开采效果。因此，提高煤层气开采质量、减少储层伤害、对储层加以保护是当前煤层气开采中需重点关注的问题。

1 煤层气开采现状

煤层气资源是我国的重要资源之一，其开采问题一直受到多方的关注。但我国煤层气开采技术仍有很大的提升空间，多数开采效果也不容乐观。煤储层较多情况下处于其他岩层的下面，质地较脆，且硬度相较其他岩层而言明显偏低，开采过程中极易受到外力作用发生形变和坍塌情况，产生的煤粉易造成储层堵塞。煤层气开发开采关键环节主要包括井位部署、钻完井、水力压裂和排水采气等，环节较多，引起的压力波动及外来物质极易造成储层伤害，给煤层气的采出带来严重的影响。目前在煤层气开采过程中，各单位也在重点分析造成储层伤害的原因，并针对性地采取保护措施以减小对储层的伤害。

2 储层伤害原因

2.1 钻井原因

钻井伤害煤储层的原因主要分为以下两点：一是钻井液中的碱、聚合物等添加剂及钻井液本身对煤储层的伤害;二是钻井过程中因钻井液柱压力较大及钻井液浸泡时间长等原因对煤储层造成伤害。

2.1.1 钻井液对储层的伤害

钻井液过对储层的伤害的主要原因为钻井液进入储层，本身或反应产生的物资堵塞孔喉及裂缝，致使渗透率下降。煤储层空隙较小，非均质性严重，当水基钻井液渗入储层，会引起其中的黏土膨胀，堵塞空隙，渗透率下降，造成严重的储层伤害。在钻井过程中经常添加碱性物资用于堵漏，而部分煤层偏酸性，极易发生中和反应产生Ca（OH）2和Mg（OH）2沉淀，而这些沉淀将不可避免堵塞气水运移通道，造成渗透率降低，对煤储层产生不可修复的损害。另外，在钻井液中经常添加纤维素等聚合物，也易造成对煤储层的损害。胡友林等人对两种常见聚合物进行相关研究，实验证明大分子聚合物对煤储层伤害严重，能够导致渗透率严重下降，且无法恢复[1]。

2.1.2 鉆井过程对储层的伤害

煤储层与常规的储集岩不同，其弹性模量更小，煤基质中泊松较高，但由于天然状态下煤存在大量的缝隙，所以煤储层质地脆弱、硬度小、裂缝和孔隙较多，进而导致其与常规岩层相比，更易受外力影响，煤储层破碎的可能性也进一步加剧。所以在钻井过程中，压力的变化往往会引起渗透率的较大变化。当钻井液柱压力大于原始煤储层压力时，井底压差即为正压差，钻井液就会渗入煤储层。当原始煤储层压力一定时，钻井液柱压力则决定着正压差的大小。当钻井过程中存在较大正压差，钻井液滤液和其中的各种添加剂就会不断地渗入煤储层，加剧对煤储层的伤害程度。而当钻井液柱压力。原始煤储层压力相同时，随着钻井液浸泡煤储层时间增加，对煤储层的伤害也会进一步加大。

2.2 排采原因

排采过程对储层造成伤害主要为煤粉堵塞伤害和煤储层气锁伤害。

2.2.1 煤粉堵塞伤害

煤储层中原来就有大量煤粉存在，加上开采过程中对煤储层施加的外力作用下又生成大量的粉状颗粒或碎屑煤。正常情况下，煤粉沿着通道随水运移，经泵筒排出地面，保障通道畅通。但当抽采设备频繁停机，造成煤粉在近井地带堆积，将较小的产气产水通道堵死，导致储层渗透率降低，造成储层伤害，严重时气水量明显下降，甚至不产气、不产水。所以在排采过程中，要着重注意产水中煤粉的变化，尽可能避免长时间或频繁停机，保障排采的连续稳定。

2.2.2 煤储层气锁伤害

在煤层气井排采过程中，极易因为气锁现象造成气水运移通道堵塞，对煤储层渗透率造成严重伤害。而气锁原因主要为在排采初期，井口刚刚见套压时，由于排采设备或者动力设备原因导致长时间停机或者泵效严重降低、泵径偏小，导致产水量降低，动液面回升引起井底流压升高。最终导致井筒附近煤储层因流压回升停止解析，但远端因距离较远受压力变化影响小而继续解析，这样容易使孔隙中的小气泡变成大气泡堵塞通道。所以在煤层气井见气起压初期，要保证井底流压平稳下降，避免流压回升情况的出现，避免形成气锁。

3 开采过程中储层保护措施

3.1 优选钻井方式

通过选择合适的钻井方式可以有效保护储层。众所周知，煤储层普遍具有应力敏感性较高，并还存在微裂缝分布面积较广等特点。钻井中井下压力和原始煤储层压力之间相互作用，如果钻井时井下压力大于原始煤储层压力，钻井液往往会进入煤储层，进而造成渗透率下降等伤害，而随着钻井中井下压力越大于原始煤储层压力，作用时间越长，则钻井液侵入煤储层速度越快、深度越深，严重污染近井地带，对储层造成不易恢复的伤害。因此，建议采用欠平衡的钻井方式进行开采，可以保证地层压力绝对大于钻井液柱压力，减少钻井液侵入煤储层的量以及侵入深度，有效防止储层受到伤害。在实际钻井过程当中，我们应该联系实际情况，优选空气钻等欠平衡钻井方式进行钻井，减少对储层的伤害。

3.2 优选钻井液

经前文分析可知，钻井液中碱性物质、聚合物等均对煤储层有一定的伤害。因此，通过优选钻井液可以在一定程度上减小对煤储层的伤害。建议在不同区块进行大面积钻井作业时，首先应对煤储层伤害进行相关研究，优选出配伍性适合的钻井液，尽最大可能减小对煤储层的伤害。在实际钻井过程中，可以考虑使用低固体颗粒物与低钻井液密度的清水钻井液。MMH正电胶体系钻井液、抑制性很强的两性离子和阳离子钻井液体系[2]。

3.3 固相控制技术

为了进一步提高储层的保护能力，现阶段固相控制技术是较好的选择，固相控制技术可以將钻井液中存在的大量无用固相进行清理，通过地表循环以及机械净化的方法，并且配备完善的振动筛--除砂器--离心机等多元化固相控制设备。除固相控制技术以外，常见的清理固相颗粒方法还有化学净化法。一般情况下，会使用PAM等相关指标优秀的化学絮凝剂，可以有效地对数量较多的微小固相颗粒进行清理，降低钻井液中存在固体物质的含量，以求达到防止伤害煤储层的目的。

3.4 加强排采技术管理

排采过程应加强排采管控，应当采取适当排出煤粉、连续稳定排采的思路，不同的排采阶段制定适宜的排采制度，并严格落实排采制度。在排采过程中要保障设备能够连续稳定运行，避免抽采设备长时间或频繁停机，以免引起煤粉排出不畅，造成在近井地带堆积、堵塞气水产出通道。特别是在煤层气见套压初期，要始终保持井底流压平稳下降，避免出现井底流压回升形成气锁的情况。在修井作业过程中，要加快作业速度，避免作业中压力波动，减少作业中引入过多外来物质，尽可能较小修井作业对煤储层的伤害。还应当考虑当井底流压大于原始地层压力时，压裂液浸泡是储层渗透率伤害的主因，所以在压裂液反排阶段应当适当加快排采降液速度，避免压裂液长时间浸泡煤储层造成伤害，但同时因避免降液速度过快造成速敏伤害。

4 结论

煤层气是我国的重要清洁能源，加大对煤层气的开采对低碳化发展具有重要作用。但开采过程中，因钻井、排采等作业环节极易对煤储层造成伤害，严重影响煤层气开采效果，所以对煤储层伤害原因分析及保护措施的研究具有重要意义。本文建议通过优选钻井方式、优选钻井液、采用固相控制技术、加强排采技术管理等多种方式综合保护煤储层，减少对煤储层伤害，尽可能释放煤层气井产能。

参考文献：

[1]胡友林，代杰.钻井过程中煤层气储层损害机理研究[J].煤矿安全，2014，45（4）：5-8.

[2]刘加杰，杨珊，刘杨，等.煤岩气藏损害机理及保护技术研究[J].西部探矿工程，2010（3）：111-113+116.

作者简介：

曹士文（1988- ），男，汉族，籍贯：山西省太原市，学历：大学本科，助理工程师，研究方向：煤层气开发与开采。