钻井过程中储层伤害机理分析

  通过储层特征分析,发现中国煤层储层具有低渗透率、低压力和低含水饱和度的特点。这些特点决定了在钻井完井过程中如果不采取有效措施,储层将受到很大伤害,造成渗透率下降,产量降低。

 

  钻井完井过程中储层伤害的因素主要有以下方面。

 

  应力敏感.

 

  一般情况下,煤层中有丰富的端割理、面割理以及高度发育的微裂缝,应具有较高的渗透率。然而,根据试验结果,煤层的渗透率却非常低。分析其原因主要是煤层的应力敏感性很强,在有效应力作用下,一些裂缝闭合,导致渗透率显著降低。

 

  大量试验表明,煤层的杨氏模量要远远小于天然气储层,相差将近一个数量级。由图1中数据可以看出,煤层的孔隙压力低于正常压力梯度。普通的低固相钻井液的密度一般都高于1104g/cm3,而水泥浆的密度一般为1180~1190g/cm3。因此,在钻井、固井过程中液柱与储层之间必然存在一定正压差,煤层会受到比较大的外力作用。

 

  正是由于储层孔隙压力低于正常压力梯度,因而煤层中微裂缝中的水是处于欠压实状态,其支撑能力较差。如果煤层中含水饱和度高,孔隙和裂缝中充满了水,而水的可压缩性很低,因而在受到外力作用时,会受到水的支撑作用。此时,水处于超高压状态,煤层仅发生微小的变形,孔隙和裂缝不会发生大量闭合。而如果煤层中含水饱和度低,煤层受压缩时缺少必要的支撑,导致煤层中的微裂缝很容易发生闭合,使渗透率进一步降低。

 

  水锁伤害.

 

  钻井中如使用常规钻井液,则液柱与地层之间势必产生较大正压差,而煤层井壁难以形成泥饼,因而钻井液滤液将较多地侵入储层,造成伤害。

 

  煤层中微孔隙可以看作是无数曲折弯曲的毛细管,而煤层一般是弱亲水的,当外来液体接触煤层时,会产生强烈的吸水作用。这种作用即使在负压情况下也会发生,在高压差下更为强烈。由于煤层含初始水饱和度较低,滤液侵入储层后会在微孔隙中形成弯液面,产生毛细管力。这单靠储层自身的能量是无法驱开的。此外,滤液侵入储层后也会增加储层的含水饱和度,降低气相渗透率,导致较为严重的水锁伤害。

 

  液体的侵入对储层渗透率的伤害十分明显。试验表明,当液体饱和度达到10%时,气体渗透率伤害达50%,而当液体饱和度为30%时,气测渗透率几乎降为0。