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【摘要】介绍山西延川南区块煤层气钻井中钻井液技术难点，通过2口典型的水平连通井，对比了2种钻井液体系在现场应用的效果，并讲述了低固相，低密度聚合物钻井液在煤层气水平连通井中的现场应用，结果表明，这种钻井液体系pH较低，虑失量小，泥饼致密光滑，可以有效的保护井壁作用，从而有效的保护煤层。相比绒囊钻井液体系来说，低固相聚合物钻井液体系可以降低钻井液材料费用，适用于煤层气钻井。
【关键词】煤层气 低固相钻井液 绒囊钻井液 水平井
1 煤层气井特点
在山西延川南区块完成的井口煤层气钻井作业中，发现延川南区块表层段都有黄土层，黄土层厚度从70m到150m多不等。由于黄土层松软孔隙大，极易发生失返性漏失，在延1井组中表层施工，都发生严重的漏失，井口无钻井液返出，堵漏造成钻井周期变长。中部和下部地层以泥岩和砂岩为主，夹粗细砾岩。而泥岩和砂岩比较古老，大多数比较稳定。在个别的井会出现地层垮塌现象。在砂岩发育比较好的井段，会发生漏失现象。煤层气的目的是煤层，煤层节理微裂缝发育，胶结疏松，脆性大，容易发生破裂造成坍塌。煤层毛细效应突出，比表面大，容易吸附水，这就要求在煤层水平段钻井中应提高钻井液的抑制防塌能力，而且要有严格制钻井液失水在3ml以内。煤层气属于低压解析气藏，稍有污染就会影响其开采价值。所以煤层段的防塌、防漏、防污染就成为钻井液的难点和重点。
2 钻井液技术难点
2.1 井壁稳定性
通过延1-52-38UP井现场取出的岩心观察，取出的2号煤煤心，上部比较完整，下部比较破碎，呈块状，片状，而且煤层中部还含有一层夹矸。煤岩内外生裂隙发育，形成多期裂缝。而且2号煤机械强度弱，脆而软，即容易出现压性破裂又易张性破裂。因此，在2号煤层段施工水平井，煤层水平段的井壁稳定是水平井工艺的关键。先前，煤层气水平井使用清水钻进，清水在井壁不能形成有效的泥饼来支撑井壁，故存在很大的井壁失稳风险。
2.2 煤层保护
煤层气和天然气的储层不同，主要表现在煤层孔隙和裂隙发育；而且煤层一般是低压储层；机械强度低，应力敏感，低渗透率，煤层中的水容易与外来的流体发生化学反应等等。因此，在钻井施工过程中，钻井液的固相颗粒、处理剂分子流体的入侵、煤层的长时间浸泡以及钻井液的液柱压力都会对煤层产生影响。而且在煤层段也极易发生井漏的风险。
3 钻井液技术
3.1 钻井液体系优选
煤层气水平井钻井液技术关键：一是如何保障水平段煤层的稳定性，保证井下施工的安全；二是如何最大限度的降低钻井液对煤层是伤害，以获得较好的产量；三是如何有效避免在钻井过程中出现井漏现象，降低由于堵漏而给煤层带来的伤害；四是如何保证大斜度井及水平段的润滑性。通过上述分析，煤层水平段可以采用钻井液体系有2种，低固相聚合物钻井液和绒囊钻井液体系。
3.2 低固相聚合物钻井液体系
针对上部地层特点，配制高粘度高切力的膨润土浆，提高携砂能力，稳定井眼，防止漏失。进入下部地层和煤层水平段，由于煤层上部地层比较古老，钻速慢，容易形成很细的钻屑，增加钻井液的密度，进而增加了漏失的风险，针对这种情况，我们在钻井液中加入一定量的聚合物NH4HPAN和KPAM进行处理，改成低固相聚合物钻井液，这种钻井液滤失量小，絮凝能力强，固相容易分离，易于维持低密度，能够很好的起到防漏和防塌能力，在钻进中及时补充聚合物让其含量始终维持在2%左右。维持钻井液的粘度控制在45～50s，API失水控制在在3ml以内，pH值控制在7～8，固相含量控制在5%以下。这种钻井液体系在煤层段钻进中，钻井液能够迅速在井壁形成一层薄而致密的泥饼，可以有效的封堵煤层的微裂缝，并在水平段长时可以在钻井液中加入5%的乳化石蜡，来提高其润滑性，而且该钻井液的API失水可以控制在3ml以内，这样可以尽量减小滤液对煤层的侵害。而且低固相钻井液体系可以很好的控制其动速比，进而加强钻井液的携岩能力，保证井眼清洁。
3.3 绒囊钻井液体系
绒囊钻井液是一种新型的无固相钻井液体系，室内实验仿照长有绒毛的细菌外貌，研发的仿生绒囊技术，是针对煤层气钻井特点由水和表秒活性剂，聚合物等处理剂组成的流体。绒囊粒径在15～150微米、壁厚3～10微米，均匀的分散在连续相中形成稳定的气液体系。分散在体系中的囊泡能够自匹配漏失通道，形成封堵作用，进而有效提高地层承压能力暂堵地层，控制漏失。绒囊钻井液具有很好的携岩能力动速比可以达到1.0以上。有很好的抑制性，稳定井壁功效，进而保证井下安全。
3.4 2种体系的对比
低固相聚合物钻井液具有成本低，所需助剂在国内比较普遍，对煤层伤害较小，对后期开采作业几乎没有影响。而绒囊钻井液成本很高，材料目前在国内不普遍，虽然绒囊钻井液是无固相，但是绒囊进入煤层裂缝后，不容易消散，而且在完井时需要通过破胶剂来解除。并对后期的开采作业影响较大。利用绒囊钻井液采气比较困难，而利用低固相聚合物钻井液体系不会出现这种现象。
4 认识与建议
（1）低固相聚合物钻井液体系能够满足钻探煤层气水平井的要求。
（2）pH值较低、滤失量小、形成的泥饼致密光滑，可以有效的保护井壁稳定。
（3）和绒囊钻井液相比，由于固相含量低，钻井液性能稳定，维护处理比较方便，可以节约钻井成本。
（4）低固相钻井液体系对井径扩大率影响小，平均井径扩大率为7%。
（5）绒囊钻井液钻完后，需要进行破胶洗井作业，工序比较繁琐，加深钻井周期。
参考文献
[1] 郑立会，孟尚志，曹园.绒囊钻井液控制煤层气储层伤害室内研究[J].煤炭学报，2001，35（3）：439-422
[2] 席凤林.无固相钻井液在煤层气井中的应用[J].钻井液于完井液，1998，15（6）：37-39
[3] 孙建平.煤层气井钻井液特点的探讨[J].中国煤田地质，200，15（4）61-62，71
作者簡介
符礼，男，助理工程师，2008年毕业于长江大学应用化学系，现在中石化华东石油局钻井工程公司，主要从事现场钻井液研究工作。
【关键词】煤层气 低固相钻井液 绒囊钻井液 水平井
1 煤层气井特点
在山西延川南区块完成的井口煤层气钻井作业中，发现延川南区块表层段都有黄土层，黄土层厚度从70m到150m多不等。由于黄土层松软孔隙大，极易发生失返性漏失，在延1井组中表层施工，都发生严重的漏失，井口无钻井液返出，堵漏造成钻井周期变长。中部和下部地层以泥岩和砂岩为主，夹粗细砾岩。而泥岩和砂岩比较古老，大多数比较稳定。在个别的井会出现地层垮塌现象。在砂岩发育比较好的井段，会发生漏失现象。煤层气的目的是煤层，煤层节理微裂缝发育，胶结疏松，脆性大，容易发生破裂造成坍塌。煤层毛细效应突出，比表面大，容易吸附水，这就要求在煤层水平段钻井中应提高钻井液的抑制防塌能力，而且要有严格制钻井液失水在3ml以内。煤层气属于低压解析气藏，稍有污染就会影响其开采价值。所以煤层段的防塌、防漏、防污染就成为钻井液的难点和重点。
2 钻井液技术难点
2.1 井壁稳定性
通过延1-52-38UP井现场取出的岩心观察，取出的2号煤煤心，上部比较完整，下部比较破碎，呈块状，片状，而且煤层中部还含有一层夹矸。煤岩内外生裂隙发育，形成多期裂缝。而且2号煤机械强度弱，脆而软，即容易出现压性破裂又易张性破裂。因此，在2号煤层段施工水平井，煤层水平段的井壁稳定是水平井工艺的关键。先前，煤层气水平井使用清水钻进，清水在井壁不能形成有效的泥饼来支撑井壁，故存在很大的井壁失稳风险。
2.2 煤层保护
煤层气和天然气的储层不同，主要表现在煤层孔隙和裂隙发育；而且煤层一般是低压储层；机械强度低，应力敏感，低渗透率，煤层中的水容易与外来的流体发生化学反应等等。因此，在钻井施工过程中，钻井液的固相颗粒、处理剂分子流体的入侵、煤层的长时间浸泡以及钻井液的液柱压力都会对煤层产生影响。而且在煤层段也极易发生井漏的风险。
3 钻井液技术
3.1 钻井液体系优选
煤层气水平井钻井液技术关键：一是如何保障水平段煤层的稳定性，保证井下施工的安全；二是如何最大限度的降低钻井液对煤层是伤害，以获得较好的产量；三是如何有效避免在钻井过程中出现井漏现象，降低由于堵漏而给煤层带来的伤害；四是如何保证大斜度井及水平段的润滑性。通过上述分析，煤层水平段可以采用钻井液体系有2种，低固相聚合物钻井液和绒囊钻井液体系。
3.2 低固相聚合物钻井液体系
针对上部地层特点，配制高粘度高切力的膨润土浆，提高携砂能力，稳定井眼，防止漏失。进入下部地层和煤层水平段，由于煤层上部地层比较古老，钻速慢，容易形成很细的钻屑，增加钻井液的密度，进而增加了漏失的风险，针对这种情况，我们在钻井液中加入一定量的聚合物NH4HPAN和KPAM进行处理，改成低固相聚合物钻井液，这种钻井液滤失量小，絮凝能力强，固相容易分离，易于维持低密度，能够很好的起到防漏和防塌能力，在钻进中及时补充聚合物让其含量始终维持在2%左右。维持钻井液的粘度控制在45～50s，API失水控制在在3ml以内，pH值控制在7～8，固相含量控制在5%以下。这种钻井液体系在煤层段钻进中，钻井液能够迅速在井壁形成一层薄而致密的泥饼，可以有效的封堵煤层的微裂缝，并在水平段长时可以在钻井液中加入5%的乳化石蜡，来提高其润滑性，而且该钻井液的API失水可以控制在3ml以内，这样可以尽量减小滤液对煤层的侵害。而且低固相钻井液体系可以很好的控制其动速比，进而加强钻井液的携岩能力，保证井眼清洁。
3.3 绒囊钻井液体系
绒囊钻井液是一种新型的无固相钻井液体系，室内实验仿照长有绒毛的细菌外貌，研发的仿生绒囊技术，是针对煤层气钻井特点由水和表秒活性剂，聚合物等处理剂组成的流体。绒囊粒径在15～150微米、壁厚3～10微米，均匀的分散在连续相中形成稳定的气液体系。分散在体系中的囊泡能够自匹配漏失通道，形成封堵作用，进而有效提高地层承压能力暂堵地层，控制漏失。绒囊钻井液具有很好的携岩能力动速比可以达到1.0以上。有很好的抑制性，稳定井壁功效，进而保证井下安全。
3.4 2种体系的对比
低固相聚合物钻井液具有成本低，所需助剂在国内比较普遍，对煤层伤害较小，对后期开采作业几乎没有影响。而绒囊钻井液成本很高，材料目前在国内不普遍，虽然绒囊钻井液是无固相，但是绒囊进入煤层裂缝后，不容易消散，而且在完井时需要通过破胶剂来解除。并对后期的开采作业影响较大。利用绒囊钻井液采气比较困难，而利用低固相聚合物钻井液体系不会出现这种现象。
4 认识与建议
（1）低固相聚合物钻井液体系能够满足钻探煤层气水平井的要求。
（2）pH值较低、滤失量小、形成的泥饼致密光滑，可以有效的保护井壁稳定。
（3）和绒囊钻井液相比，由于固相含量低，钻井液性能稳定，维护处理比较方便，可以节约钻井成本。
（4）低固相钻井液体系对井径扩大率影响小，平均井径扩大率为7%。
（5）绒囊钻井液钻完后，需要进行破胶洗井作业，工序比较繁琐，加深钻井周期。
参考文献
[1] 郑立会，孟尚志，曹园.绒囊钻井液控制煤层气储层伤害室内研究[J].煤炭学报，2001，35（3）：439-422
[2] 席凤林.无固相钻井液在煤层气井中的应用[J].钻井液于完井液，1998，15（6）：37-39
[3] 孙建平.煤层气井钻井液特点的探讨[J].中国煤田地质，200，15（4）61-62，71
作者簡介
符礼，男，助理工程师，2008年毕业于长江大学应用化学系，现在中石化华东石油局钻井工程公司，主要从事现场钻井液研究工作。