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

 

  鉆井完井過程中儲層傷害的因素主要有以下方面。

 

  應力敏感.

 

  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,應具有較高的滲透率。然而,根據試驗結果,煤層的滲透率卻非常低。分析其原因主要是煤層的應力敏感性很強,在有效應力作用下,一些裂縫閉合,導致滲透率顯著降低。

 

  大量試驗表明,煤層的楊氏模量要遠遠小于天然氣儲層,相差將近一個數量級。由圖1中數據可以看出,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層之間必然存在一定正壓差,煤層會受到比較大的外力作用。

 

  正是由于儲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,會受到水的支撐作用。此時,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,煤層受壓縮時缺少必要的支撐,導致煤層中的微裂縫很容易發(fā)生閉合,使?jié)B透率進一步降低。

 

  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必產生較大正壓差,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層,造成傷害。

 

  煤層中微孔隙可以看作是無數曲折彎曲的毛細管,而煤層一般是弱親水的,當外來液體接觸煤層時,會產生強烈的吸水作用。這種作用即使在負壓情況下也會發(fā)生,在高壓差下更為強烈。由于煤層含初始水飽和度較低,濾液侵入儲層后會在微孔隙中形成彎液面,產生毛細管力。這單靠儲層自身的能量是無法驅開的。此外,濾液侵入儲層后也會增加儲層的含水飽和度,降低氣相滲透率,導致較為嚴重的水鎖傷害。

 

  液體的侵入對儲層滲透率的傷害十分明顯。試驗表明,當液體飽和度達到10%時,氣體滲透率傷害達50%,而當液體飽和度為30%時,氣測滲透率幾乎降為0。