煤层气水平井钻、完井液体系建立 应用实例分析
21
4 钻井液对储层伤害类型
敏感性伤害
固相侵入
应力敏感
损害类型
微粒运移
2020/3/6
水锁
结垢
22
4 钻井液对储层伤害类型
敏感性伤害
（1）水敏伤害：指与储层不配伍的外来流体进入后，引起粘土膨胀、分散运移，导
致渗透率下降的现象。
（2）酸敏伤害：指酸液进入后与酸性矿物，产生凝胶、沉淀，或释放微粒，致使渗
透率下降。
（3）盐敏伤害：盐度的递减引起粘土矿物水化膨胀，不同盐度的溶液中，将出现渗
透率下降的现象，这一现象与储层的水敏性有关。
（4）碱敏伤害：指pH值大于7的溶液进入储层后，与储层岩石或储层液体接触，并
使储层渗透能力下降的现象。其主要是由于地层水和地层矿物中的二价离子（如：
Ca2+、Mg2+等）与碱中的钠离子交换。
2020/3/6
9
2 煤层气储层特征
煤
不同煤岩类型的煤，在物理或化学组成上的差异就造成了对煤的生气、
的
储气以及煤层气的解吸和渗流具有不同影响。宏观煤岩成分包括镜煤、
岩
石
丝炭、亮煤、暗煤。其中镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，而亮煤和暗煤
学
特
是复杂的煤岩成分。依据总体相对光泽强度和光亮成分含量将宏观煤岩
征
因 生的裂隙，通常所说的面割理和端割理。②构造裂隙：因区域构造变动在煤层中 类
型 发育的裂缝。
煤的裂隙可分为：割理(内生裂隙)、外生裂隙、继承性裂隙。煤层的割理主要
煤
岩 是由煤化作用过程中煤物质结构、构造等的变化而产生的裂隙，分为面割理和端割
裂 隙
理。面割理一般是板状延伸，连续性较好，是煤层中的主要内生裂隙，而端割理只
国 性地层和煤本身具有亲油性，在钻井液中通常添加磺化沥青，以希望通
外
技 过磺化沥青在煤层表面形成泥饼，而起到防塌、防漏作用。实际应用中，
术 现
磺化沥青不能在煤层表面形成致密封堵层。储层保护未能收到应有效果。
状
煤是一种含多孔介质的大分子聚合物，具有大分子聚合物的一些特
点，如很强的吸收或吸附各种液体和气体而发生煤岩基质膨胀的能力。
组
分 理和阻挡割理的作用，对割理发育不利；壳质组的机械强度大于镜质组和
惰质组，壳质组对煤层割理发育影响不大。
2020/3/6
10
2 煤层气储层特征
煤分子骨架为疏水性很强的有机物质，分子上有酸性（阴离子）基
煤 的
团，如羧基，有碱性（阳离子）基团，如胺基，还有极性基团，如羟基，
化
学 可同阳离子表面活性剂结合，又可同阴离子表面活性剂结合，还可通过
2020/3/6
6
1 钻井液发展概况
钻井液在钻进过程中的作用
冷 却 钻 头 与 润 滑 钻 具
排 离 与 携 带 岩 屑
护 壁 与 堵 漏
提
高
破
岩传
碎 质心 递
岩 量的 动
石
数力
量
和
保 护 储 集 层
2020/3/6
7
主 要 内 容
2020/3/6
钻井液发展概况
√ 煤层气储层特征
煤层气钻井液发展 钻井液对储层的伤害类型 煤层气水平井钻、完井液体系建立 应用实例分析
2020/3/6
钻井液发展概况 煤层气储层特征
√ 煤层气钻井液发展
钻井液对储层的伤害类型 煤层气水平井钻、完井液体系建立 应用实例分析
15
3 煤层气钻井液发展
国外煤层气勘探开发始于上世纪七、八十年代尤其以美国、澳大利
亚、加拿大作为代表，其起始阶段煤储层保护的主导思想是以常规油气
钻井液为基础，根据煤层一些表象特性进行相关的改进。如煤层属裂缝
缩率的煤层的主要影响因素）。
克 林
当液体在多孔介质中流动时，由于液体的粘滞性，造成接近固体表面的层流
伯 速度近于零。在煤岩中，不同气体实验所得到的Klikne系数和绝对渗透率值均可
格 效
能不同，这是由于煤岩对气体有较强的吸附能力，吸附气体后使煤基质收缩造成
应 的对渗透率的影响。
2020/3/6
14
主 要 内 容
结
构 极性基团同非离子表面活性剂结合。煤还含有带有这些基团的解聚的低
分子化合物（如煤焦油），上述作用使煤对外来流体的敏感性有别于砂
岩。
2020/3/6
11
2 煤层气储层特征
煤 原生孔隙：在沉积时就已存在的孔隙，称为原生孔隙。
的
孔 次生孔隙：指在煤化作用过程中形成的孔隙，称为次生孔隙。
隙 成
裂缝：①煤化作用裂隙：在煤化作用过程中因成煤物质结构、构造等的变化而产
类型划分为4种：即光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤。
煤的显微组分是在显微镜下可识别的有机成分，煤的显微组分没有特
煤 殊晶体形式，化学组成不稳定。煤的显微组分中主要包括镜质组、惰质组
的 显
和壳质组。镜质组（尤其是均质镜质体）致密、均匀、块体大，有利于割
微 理顺利延伸和发展；惰质组是多孔状的、纤维状的，有释放应力、减弱割
3
1 钻井液发展概况
钻井液服务于钻井工程。它直接关系着钻井质量的优劣、速度的快慢、采 油、采气的多少、甚至钻井工程的成功与失败。因此，被誉为钻井的“血液”。
解放初期，我国的钻井液技术非常落后，当时对处理浅层松软粘土造浆和 水泥侵入都力不从心。解放后，随着我国石油勘探工作的迅速展开，钻井液技 术也迅速地发展起来。1983年改革开放以后，对照世界钻井液技术发展，我国 开始有计划地发展钻井液技术。随着“七五”、“八五”国家科研攻关计划实 施，为配合钻井工程方面开展的“定向井、丛式井钻井技术”、“水平井钻井 技术”等课题的完成，钻井液技术进行了“新体系”的研制和机理攻关，取得 了多项突出成果，钻井液处理剂已发展到19大类200多个品种。钻井液专业队 伍日益庞大，并与国际有着广泛的联系和交流，使中国钻井液总体水平接近了 国际水平。
善！
剂和高分子聚合物组成的绒囊状封堵材料暂堵裂隙,完井后自动解堵。
可降解钻井液：采用可降解钻井助剂，配制成无固相钻井液，待完
钻后替入完井液，对钻井液进行降解、并适当改善污染带，提高近井渗
流能力。
2020/3/6
20
主 要 内 容
2020/3/6
钻井液发展概况 煤层气储层特征 煤层气钻井液发展
√ 钻井液对储层的伤害类型
通过对煤岩结构的分析，为了达到保护煤储层的需要，上世纪80年代美
国普遍使用清水作为钻井液。
2020/3/6
16
3 煤层气钻井液发展
后来美国CDX公司发明了“生产井注气+清水泥浆”的钻井模式，即，
通过“穿针工艺技术”将一口水平井与一口直井进行近端对接，然后利用
国 空气压缩机从直井注气，在水平井直井段形成气液两相流，大大降低对煤
2020/3/6
4
1 钻井液发展概况
目前钻井液已经被广泛运用于：地质、矿产、冶金、煤炭、资源、 能源、 环境、 交通、建筑
钻井液逐步向多用途、多功能、专业性发展 • 水基钻井液 油基钻井液 聚合物钻井液 可压缩钻井液
从钻井液系列的发展情况来看，水基钻井液经历了从分散钻井液到不分 散钻井液等发展阶 • 细分散钻井液 粗分散钻井液、 不分散低固相钻井液
煤 以确定的参数。煤基质的渗透率极低，一般可不考虑，通常所说的煤层 的
渗 透
渗透率是指煤层割理渗透率。面割理和端割理发育规律不同，沿面割理
率
和端割理的渗透率也不同、延伸较长的面割理具有较高的渗透率，常比
端割理的渗透率高几倍，甚至一个数量级。
2020/3/6
13
2 煤层气储层特征
有 效
有效应力是裂隙宽度变化的主控因素。有效应力增加，导致裂隙宽度减小，
系 发育于两条面割理之间，一般连续性较差，缝壁不规则，是煤层中的次生内生裂隙
统 特 。 外生裂隙是煤层在较强的构造应力作用下形成的裂隙，可分为塑性外生裂隙、
征 张性外生裂隙和劈理。继承性裂隙兼具割理和外生裂隙的双重性质，属过渡类型。
2020/3/6
12
2 煤层气储层特征
煤的渗透率是煤层气开采中一个最为关键的参数，也是最复杂且难2020Fra bibliotek3/65
1 钻井液发展概况
— 1958年，完全絮凝剂-聚丙烯酰胺成功应用； — 1960年，选择性絮凝剂-部分水解聚丙烯酰胺和醋酸乙烯酯与顺丁烯酐 的共聚物成功应用； — 60年代初，研制出具有特殊剪切稀释作用的生物聚合物，可用于钻井液、 压裂液、聚合物驱提高采收率等方面； — 70年代，为解决深井抗高温问题，研究并应用磺化系列处理剂：磺化酚 醛树脂（代号SMP）、磺化褐煤（代号SMC）、磺化单宁和栲胶（代号SMT、 SMK）等； — 70年代中期，研究并应用有机阳离子聚合物、两性离子聚合物等； — 80年代后，表面活性剂在钻井液中开始广泛使用； — 90年代后，聚合醇、合成基、甲酸盐等环保型强抑制钻井液开始使用。
有煤层都适应，
加抑制剂能够常最用大于限直度井的！降低对煤层的伤害，保证了煤层吼道、裂隙畅
国 通，为后期煤层气排采提供了优良的先决条件。
内
技
绒囊钻井液：绒囊钻井液是研究和应用石油天然气微泡类钻井液过
术 现 状
缺点：尚处于现场运用初级
程阶中段发，展各起项参来数的尚一需种继续高完效封堵绒体囊系示。意绒图囊钻井液通过由空气、表面活性
外
技 储层的压差作用，有效保护了煤储层。 术
现 状
加拿大阿尔伯塔盆地作业的Encaca公司，发明了一种大分子聚合物钻
井液体系，其能够在钻开煤层短时间内将井壁周围的煤割理系统进行封堵，
钻完后，用其单位自主研发的破胶剂（BREAKER）进行洗井，将煤割理中