煤层气储层特征及伤害影响因素分析

张应建

煤层气储层特征及伤害影响因素分析

张应建1，2

（1. 西安石油大学，陕西 西安 710065； 2. 中石油煤层气有限责任公司临汾分公司，山西 临汾 041000）

在弄清楚国内外研究现状的基础上，从岩石学特征、孔渗特征及流体性质特征三个方面详细分析了煤层气储层的特征。在此前提下，研究钻井对储层的伤害机理，认为钻井液侵入、钻井液固相颗粒、钻井液的不配伍、钻井液滤液引起的水锁以及钻井压力是煤层气储层伤害的主要影响因素。

煤层气；储层特征；伤害；影响因素

煤层即是煤层气的源岩，又是其储集层，由于煤层本身性质的特殊性和煤层气的生、储特征使得与常规天然气有着较大区别，只有弄清煤层气的储层特征，才能更好地去分析其钻进过程中的伤害机理和影响因素，进而为煤层气勘探开发提供有力依据[1-2]。

1 煤层气储层特征

1.1 煤层气储层的岩石学特征

正岩石学特征是研究煤层气储层的基础。受沉积环境的影响，不同煤岩类型的煤由于物理和化学组分的不同而使得煤层气的生成、储存和解吸存在一定的差异化。认为煤储层的含气量的多少受亮煤占比的影响，当亮煤占比较高时，储层的孔渗相对较好，煤层气的含量就会偏高。

而不同煤阶煤对煤层气的吸附能力不同，且煤阶高低影响着煤层气含量的多少，由于煤阶代表着煤演化程度的高低，不同煤阶煤的成岩作用和变质程度差异较大，低煤阶煤的割理不发育，故其含气量和含气饱和度都相对较低，十分不利于煤层气成藏，随着煤阶的增高，煤的演化程度增加，成熟度随之增加，储层含气量和含气饱和度相对较高，较有利于煤层气的成藏，但当煤的变质程度过高时，煤层的储集能力反之下降，不利于成藏。

煤的显微组分能在一定程度上反映出煤的成因、煤相等，对研究煤储层具有很大的意义，煤的显微组分分为有机显微组分和无机显微组分，而有机显微组分又可分为镜质组、壳质组和惰质组。研究表明，镜质组发育的煤层具有较高的含气饱和度，其内生裂隙十分发育，物性条件极好，对储层具有一定的贡献意义。

煤储层极易被伤害的一个重要因素是其本身的化学成分造成的，这也是其与砂岩储集层的一个重要区别，煤分子由多个不同单元构成高分子聚合物，导致其对外来流体十分敏感。

1.2 煤层气储层的孔渗特征

煤层气储层的孔渗结构是反映储层好坏的一个重要参数，其孔渗的高低不仅受到煤层本身在成岩过程中的作用影响，还在很大程度上受到变质作用、构造运动等外在条件的影响。与常规储层不同，煤储层孔隙结构主要为裂隙和基岩孔隙，主要以基岩孔隙为主，是煤层气吸附的主要场所，裂缝孔隙在储集煤层气的同时主要以运移为主。煤层孔隙结构可反映出煤的变质特征，不同的孔隙结构特征其成因类型不同，如原生孔隙中的气孔多是由煤在变质过程中由于气体的形成、聚集而产生的孔隙，进而在一定程度上反映出煤层气储层的生气、储集特征。

渗透性主要反映煤层中流体在一定压差作用下的有效流动能力，与常规储层相比，其受影响的因素较大，且煤层具有较强的敏感性，这主要是由于煤本身的特性造成的，另外，外界条件对煤储层产生较有力的影响，因此，在钻进过程中，煤层的渗透率对大大改变。

1.3 煤层气储层的流体性质特征

煤层储层中的气体状态可分为三种，即：游离态、吸附态和溶解态，其中游离态以自然状态赋存在煤层中，占比相对较低，主要是在一定的压差下发生运移，赋存在不被占据的孔隙和裂隙中，当压力和温度超过一定界限时，部分溶解在流体中，游离态的天然气其赋存特征和常规天然气一致。吸附态是在煤的表面会产生一种朝向煤内部的一种吸力，该吸力吸附周围的气体，煤层气主要以吸附状态存在与煤层表面，占比较高，当在其吸附环境发生变化时，气体会从煤层表面脱离，由吸附态转变为游离态，表现为煤层气的解吸现象。由于煤层气主要以吸附状态存在，故其储层与常规储集层具本质的不同。溶解态主要是在一定的温度压力条件下，溶解在地层水中的天然气，占比相对较低。煤层中有水的存在对煤储层的伤害大大增加，在钻井、完井的施工过程中，当钻井液和煤层水不配伍时，煤层的孔隙和裂缝会被产生的沉淀等堵塞，进而造成储层的渗透率大幅度降低。

2 煤层气储层伤害影响因素

煤层气储层伤害主要是在钻进过程中发生的，只有弄清楚其伤害机理，才能采取更好的措施保护储层，在钻进之前，煤层气储层的物理、化学等条件恰好处在一个相对平衡的状态，当钻进发生时，这种平衡会被打破，储层在外在条件的影响下造成一定的伤害。通过对煤层气储层特征的分析研究，认为煤层气储层与常规储层存在较大的差异，外界环境的改变极易造成储层渗透率的大幅下降，进而伤害储层。论文主要讨论在钻井过程中，钻井液及钻井压力对煤层气储层造成的伤害。

2.1 钻井液对煤层气储层的伤害

2.1.1 钻井液侵入对储层的伤害

钻井液侵入煤层气储层后，在一定程度上会使得煤岩发生膨胀，且对煤层气储层的敏感性造成破坏，当钻井液与煤层气储层中的地层水不配伍时，会产生一定的沉淀，进而造成储层孔隙和裂缝的堵塞，钻井液中固相颗粒对储层孔隙的封堵等，这些都有由于钻井液的侵入引起的，进而导致煤层气储层的孔隙度和渗透率大大降低，严重伤害煤层气储层。

2.1.2 钻井液固相颗粒对储层的伤害

在钻进过程中，钻井液携带固相颗粒会对煤储层的孔隙和裂缝造成一定的封堵，进而造成储层的渗透率下降，当钻井液携带的颗粒相对较细时，颗粒在流体的作用下会更加容易侵入煤层的孔隙和裂缝中，进而使得储层的孔隙变小，渗透率下降。此外，固相颗粒的存在会在很大程度上影响煤层气的解吸速率，研究表明，煤层气的解吸速率变化率会随着侵入固相颗粒的增加而减小。由于我国煤层气储层的孔隙和裂缝相对较为发育，故在钻进过程中，应尽量避开固相颗粒物，或采取一定的措施来控制固相颗粒对储层的伤害。

2.1.3 钻井液的不配伍对储层的伤害

正当钻井液和地层水不配伍时，会使得煤层的敏感性遭到破坏，具体表现为对储层水敏性伤害、碱敏性伤害及有机垢和无机垢的伤害等。当不配伍的钻井液进入煤储层后，能引起水敏型矿物水化膨胀，使得储层渗透率下降。煤层中有机质含量相对较高，当与碱反应时导致矿物结构破坏，进而引起储层渗透率下降。

2.1.4 钻井液滤液引起的水锁对储层的伤害

水锁对储层的伤害是较为普遍且较难避免的，钻井液滤液在煤层含水饱和度相对较低时产生毛细管力，增加了储层的含水饱和度，储层本身孔隙的内外压力差小于该毛细管力，无法克服，这使得气相渗透率大大降低。研究表明，当液体的饱和度在35%左右时，气体几乎失去了渗透能力。可见水锁对储层的伤害非常大。

2.2 钻井压力对煤层气储层的伤害

煤层的力学性质与常规储集层存在较大差异，具有泊松比较高、弹性模量小等特点，由于天然裂缝的存在使得煤的强度大大降低，因此，较小的外界压力变化使得煤层的渗透产生较大的变化，可见钻井压力对煤层气储层具有较大的伤害性。钻井压力主要来自钻柱的压力、钻井液液柱压力以及下钻过程中产生的压力等。研究表明，钻井压力对渗透率相对较差的储层伤害更大。煤层渗透率会随着围压的增大而逐渐降低，但当围压减小后，其渗透率只能恢复到原渗透率的一部分，不可能完全恢复，可见，钻井压力对储层渗透率的影响具有不可逆性。

3 结束语

论文从岩石学特征、孔渗特征、流体性质特征三个大的方面详细分析了煤层气储层特征，认为煤储层的含气量的多少受亮煤占比的影响，低煤阶煤不利于煤层气成藏，随着煤阶的增高，较有利于煤层气的成藏；镜质组发育的煤层具有较高的含气饱和度，对储层具有一定的贡献意义；煤储层孔隙结构主要以基岩孔隙为主，是煤层气吸附的主要场所，煤层气主要以吸附状态存在，其储层与常规储集层具本质的不同。钻井液侵入、钻井液固相颗粒、钻井液的不配伍、钻井液滤液引起的水锁以及钻井压力是煤层气储层伤害的主要影响因素。

［1］张克琼,安崇清,严冬. 煤层气钻井过程中的储层伤害及保护技术[J]. 辽宁化工,2013,42(11):1371-1373.

［2］续化蕾,李焕文,王云飞,等. 煤层气储层水锁伤害影响因素及防治措施研究[J]. 钻采工艺,2019,42(06):110-112.

Analysis on Characteristics of Coalbed Methane Reservoirs and Influencing Factors of Formation Damage

1,2

（1. Xi'an Shiyou University, Xi'an Shaanxi 710065, China;2. Linfen Branch of PetroChina Coalbed Methane Co., Ltd., Linfen Shanxi 041000, China）

Based on the research status at home and abroad, the characteristics of coalbed methane reservoir were analyzed from three aspects of petrology, porosity and permeability and fluid properties. On this premise, the mechanism of formation damage caused by drilling was studied. It was considered that invasion of drilling fluid, solid particles of drilling fluid, incompatibility of drilling fluid, water lock caused by drilling fluid filtrate and drilling pressure were the main influencing factors of coalbed methane reservoir damage.

Coalbed methane; Reservoir characteristics; Damage; Influencing factors

2020-09-15

张应建（1986-），男，工程师，在读硕士研究生，四川省广汉市人，就读于西安石油大学，研究方向：气田开发，从事气田生产技术管理。

TE357

A

1004-0935（2020）12-1574-03