通過儲(chǔ)層特征分析,發(fā)現(xiàn)中國煤層儲(chǔ)層具有低滲透率、低壓力和低含水飽和度的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了在鉆井完井過程中如果不采取有效措施,儲(chǔ)層將受到很大傷害,造成滲透率下降,產(chǎn)量降低。

 

  鉆井完井過程中儲(chǔ)層傷害的因素主要有以下方面。

 

  應(yīng)力敏感.

 

  一般情況下,煤層中有豐富的端割理、面割理以及高度發(fā)育的微裂縫,應(yīng)具有較高的滲透率。然而,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,煤層的滲透率卻非常低。分析其原因主要是煤層的應(yīng)力敏感性很強(qiáng),在有效應(yīng)力作用下,一些裂縫閉合,導(dǎo)致滲透率顯著降低。

 

  大量試驗(yàn)表明,煤層的楊氏模量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天然氣儲(chǔ)層,相差將近一個(gè)數(shù)量級(jí)。由圖1中數(shù)據(jù)可以看出,煤層的孔隙壓力低于正常壓力梯度。普通的低固相鉆井液的密度一般都高于1104g/cm3,而水泥漿的密度一般為1180~1190g/cm3。因此,在鉆井、固井過程中液柱與儲(chǔ)層之間必然存在一定正壓差,煤層會(huì)受到比較大的外力作用。

 

  正是由于儲(chǔ)層孔隙壓力低于正常壓力梯度,因而煤層中微裂縫中的水是處于欠壓實(shí)狀態(tài),其支撐能力較差。如果煤層中含水飽和度高,孔隙和裂縫中充滿了水,而水的可壓縮性很低,因而在受到外力作用時(shí),會(huì)受到水的支撐作用。此時(shí),水處于超高壓狀態(tài),煤層僅發(fā)生微小的變形,孔隙和裂縫不會(huì)發(fā)生大量閉合。而如果煤層中含水飽和度低,煤層受壓縮時(shí)缺少必要的支撐,導(dǎo)致煤層中的微裂縫很容易發(fā)生閉合,使?jié)B透率進(jìn)一步降低。

 

  水鎖傷害.

 

  鉆井中如使用常規(guī)鉆井液,則液柱與地層之間勢(shì)必產(chǎn)生較大正壓差,而煤層井壁難以形成泥餅,因而鉆井液濾液將較多地侵入儲(chǔ)層,造成傷害。

 

  煤層中微孔隙可以看作是無數(shù)曲折彎曲的毛細(xì)管,而煤層一般是弱親水的,當(dāng)外來液體接觸煤層時(shí),會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸水作用。這種作用即使在負(fù)壓情況下也會(huì)發(fā)生,在高壓差下更為強(qiáng)烈。由于煤層含初始水飽和度較低,濾液侵入儲(chǔ)層后會(huì)在微孔隙中形成彎液面,產(chǎn)生毛細(xì)管力。這單靠儲(chǔ)層自身的能量是無法驅(qū)開的。此外,濾液侵入儲(chǔ)層后也會(huì)增加儲(chǔ)層的含水飽和度,降低氣相滲透率,導(dǎo)致較為嚴(yán)重的水鎖傷害。

 

  液體的侵入對(duì)儲(chǔ)層滲透率的傷害十分明顯。試驗(yàn)表明,當(dāng)液體飽和度達(dá)到10%時(shí),氣體滲透率傷害達(dá)50%,而當(dāng)液體飽和度為30%時(shí),氣測(cè)滲透率幾乎降為0。