煤层气储层保护钻井液技术研究

论文摘要

做好煤层气储层保护工作,对于有效开发、利用煤层气,弥补我国石油、天然气供应的不足,降低温室气体排放,减少环境污染以及预防矿难事故频发,具有重要意义。本文首先采用X射线衍射、扫描电镜、泥页岩膨胀实验和页岩分散实验等手段,综合分析了和顺、延川南工区煤层气钻井中上部泥页岩的组构与理化性能,研究认为和顺、延川南工区煤层气钻井中上部泥页岩地层的井壁失稳机理主要为:延川南工区粘土矿物含量较高,含有膨胀型粘土矿物,微裂缝发育少、构造较致密,易水化膨胀而缩径;和顺工区粘土矿物含量较低,微缝隙较发育,易剥落掉块,导致井壁坍塌。通过实验优选了包被抑制剂、封堵防塌剂、降滤失剂和润滑剂等,研制出煤层气井上部泥页岩井段防塌钻井液配方。在对煤层气储层特性深入分析基础上,实验研究了煤层气储层特征与损害机理:(1)煤岩主要成分是炭,膨胀性与分散性小,一般都发育有一定趋向性的微裂缝,割理发育明显,连通性良好,渗透率与孔隙度都很低,亲水性弱;(2)不同粒度级配的固相颗粒可对煤层气储层造成不同程度的损害;(3)煤岩对应力敏感,随应力增加渗透率迅速下降,当净应力为0.9MPa时,渗透率损害率已达90%,应力撤销,渗透率恢复值不足50%;(4)煤岩内部呈弱酸性,强碱性或含有过多与储层不配伍离子的外来流体进入储层,因发生沉淀结垢而损害储层。进一步研究了煤层气储层钻完井液保护技术对策,研制出储层保护效果显著的无固相低伤害钻完井液—煤层气储层清洁完井液,现场试验证明,采用清洁完井液对煤岩湿测气体渗透率恢复值明显提高;初步研制出应用于煤层气井泥页岩井段与储层的钻井、完井液一体化配方,该配方抑制性、封堵性、储层保护性能良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 煤层气储层保护研究意义
• 1.2 煤层气储层损害因素
• 1.2.1 煤层气储层损害内在因素
• 1.2.2 钻井液对煤层气储层的损害因素
• 1.3 本文主要研究工作
• 第二章 煤层气储层基本特征与煤层气钻井完井技术研究现状
• 2.1 煤层气储层基本特征
• 2.1.1 煤层的结构特征
• 2.1.2 煤岩的岩石学特征
• 2.2 煤层气储层成藏条件
• 2.2.1 气源条件
• 2.2.2 封存条件
• 2.2.3 地质构造条件
• 2.2.4 渗透条件
• 2.3 煤层气井钻井工艺
• 2.3.1 欠平衡钻井
• 2.3.2 平衡钻井或近平衡钻井
• 2.3.3 微过平衡钻井
• 2.4 煤层气井完井技术
• 2.4.1 裸眼完井
• 2.4.2 套管完井
• 2.4.3 裸眼/套管混合完井
• 2.4.4 裸眼洞穴完井
• 2.4.5 水平排孔衬管完井
• 2.4.6 定向羽状水平井技术
• 2.5 煤层气井钻完井液技术
• 第三章 实验技术与方法
• 3.1 X-射线衍射分析技术
• 3.2 扫描电子显微镜分析技术
• 3.3 页岩分散实验
• 3.3.1 实验仪器
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 计算公式
• 3.4 泥页岩膨胀实验
• 3.4.1 实验仪器
• 3.4.2 实验步骤
• 3.4.3 计算公式
• 3.5 流变性测试
• 3.5.1 实验仪器
• 3.5.2 实验步骤
• 3.5.3 计算公式
• 3.6 常温常压滤失量测试
• 3.6.1 实验仪器
• 3.6.2 实验步骤
• 3.7 煤岩气体渗透率的测定
• 3.7.1 实验原理
• 3.7.2 实验流程
• 3.7.3 实验步骤
• 3.8 多功能油层保护实验仪测试方法
• 3.8.1 仪器简介
• 3.8.2 实验操作步骤
• 3.9 砂床封堵实验
• 3.9.1 实验原理与仪器
• 3.9.2 实验步骤
• 3.10 裂缝封堵实验
• 3.10.1 实验仪器
• 3.10.2 实验步骤
• 3.11 岩石单向抗压强度测定
• 3.11.1 仪器设备
• 3.11.2 测定步骤
• 3.11.3 测定结果的计算
• 第四章 煤层气井泥页岩井段失稳机理与防塌钻井液技术研究
• 4.1 煤层气井泥页岩井段失稳机理研究
• 4.1.1 研究区块地层概况
• 4.1.2 地层岩样组构分析
• 4.1.3 理化性能分析
• 4.1.4 煤层气井泥页岩井段失稳机理综合分析
• 4.2 煤层气井泥页岩井段防塌钻井液技术研究
• 4.2.1 单剂优选
• 4.2.2 煤层气井泥页岩井段钻井液体系优选
• 4.2.3 HD-1 体系对泥页岩单向抗压强度的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 煤层气储层损害机理与保护钻完井液技术研究
• 5.1 煤层气储层损害机理研究
• 5.1.1 研究区块煤层气储层特征
• 5.1.2 煤层气储层矿物组成分析
• 5.1.3 煤层气储层微观构造分析
• 5.1.4 煤层气储层水化性能分析
• 5.1.5 煤层气储层润湿性分析
• 5.1.6 煤层气储层固相损害实验研究
• 5.1.7 煤层气储层应力损害实验研究
• 5.1.8 煤层气储层外来流体与储层配伍性实验研究
• 5.1.9 煤层气储层保护钻完井液性能要求
• 5.2 煤层气储层保护钻完井液技术研究
• 5.2.1 现场水样分析
• 5.2.2 无固相钻完井液研究
• 5.2.3 煤层气井钻井、完井液一体化技术研究
• 5.2.4 现场试验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢