煤层底板水平井钻井液工艺技术研究与应用

摘要

煤层气（CBM）作为一种新兴的非常规天然气资源，已经引起了世界范围内许多国家和地区的广泛关注。煤层气的大规模商业技术开发是大势所趋。因此充分开发利用煤层气对弥补我国石油、天然气的供应不足具有重要战略意义。随着煤层气开采重要性的提高，煤层气钻井工艺技术发展迅速。由于煤层气储层深度一般较浅、煤层厚度较薄，对钻井液技术的要求不高，导致煤层气钻井液技术发展缓慢。 本文通过煤层气储层地质特征和储层损害机理研究，结合室内实验对沁水盆地煤岩岩样进行岩性、物性分析和敏感性分析，搞清了煤层气钻井液技术的重点与难点。在此基础上，研制了煤层气钻井液用改性淀粉降滤失剂SC-1和JZ-1。通过室内实验，进行钻井液单剂优选和适用于不同层位的钻井液体系配方优化。同时，对煤层气储层进行了储层保护钻井液技术研究，提出了破胶与酸洗工艺相结合的储层解堵方法。最终设计了煤层气钻井液的现场施工方案，并进行了现场试验。 室内研究表明，改性淀粉降滤失剂SC-1在低于120℃的环境下，降滤失性能要好于同类产品，中压滤失量能保持在10mL以内。研发的煤层底板水平井钻井液体系的中压滤失量在8mL以内、润滑系数降低率在60%以上、动塑比在0.5左右、流变性和防塌性能良好。煤层气储层钻井液与破胶和酸洗工艺相结合可以使储层渗透率恢复到90%以上。现场应用表明，现场钻井液技术方案可行，钻井施工总体顺利，没有发生较大的钻井复杂事故。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 面临的主要技术问题

1.1.3 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 煤层气勘探开发研究现状

1.2.3 煤层气钻井液的发展方向

1.3 本文研究主要工作

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术思路

第二章 煤层地质特征与储层损害机理研究

2.1 煤层气地层特征

2.1.1 煤层气地层孔隙特征

2.1.2 煤层气储层的渗透性特征

2.1.3 煤层气储层的非均质性

2.1.4 煤层气的吸附与解吸特征

2.1.5 煤层底板的特征

2.2 煤层气储层损害机理分析

2.2.1 基质颗粒吸水膨胀造成的储层损害

2.2.2 固相颗粒对储层孔隙和裂隙的堵塞

2.2.3 外来流体与储层不配伍所造成的伤害

2.2.4 水锁效应对煤层气储层的损害

2.2.5 外加压力对储层的伤害

2.3 煤层气储层敏感性评价

2.3.1 水敏实验

2.3.2 速敏实验

2.3.3 盐敏实验

2.3.4 碱敏实验

2.3.5 酸敏实验

2.3.6 应力敏感实验

2.4 本章小结

第三章 煤层气钻井液改性淀粉降滤失剂的合成与评价

3.1 无机硅改性淀粉（SC-1）的制备

3.1.1 主要原料和实验仪器

3.1.2 实验原理

3.1.3 合成工艺的选择

3.1.4 实验影响因素分析

3.1.5 实验步骤

3.1.6 正交实验方案设计

3.1.7 正交实验样品性能评价

3.1.8 样品性能进一步优化

3.2 接枝改性淀粉（JZ-1）的制备

3.2.1 主要材料

3.2.2 实验原理

3.2.3 单体和引发剂的选择

3.2.4 影响反应的因素分析

3.2.5 实验步骤

3.2.6 正交实验方案设计

3.2.7 正交实验样品性能评价

3.3 降滤失性能评价

3.3.1 处理剂的抗温性能评价

3.3.2 处理剂的抗盐性能评价

3.3.3 样品加量对降滤失性能的影响

3.4 本章小结

第四章 煤层气水平井钻井液单剂优选和体系优化

4.1 单剂优选

4.1.1 增黏剂优选

4.1.2 降滤失剂的优选

4.1.3 防塌抑制剂优选

4.1.4 封堵剂优选

4.1.5 润滑剂优选

4.2 钻井液体系优化

4.2.1 上部地层钻井液体系优化

4.2.2 煤层底板钻井液体系优化

4.2.3 煤层气储层钻井液体系优选及评价

4.2.4 破胶剂优选

4.2.5 储层保护效果评价与破胶方案优化

4.3 本章小结

第五章 煤层气水平井钻井液技术方案设计与现场试验

5.1 煤层气钻井液技术方案设计

5.1.1 地质分层及岩性分析

5.1.2 事故提示及地质风险分析

5.1.3 分井段钻井液配方设计

5.2 现场应用

5.2.1 钻井液施工工艺概况

5.2.2 二开钻井液施工概况

5.2.3 三开钻井液施工概况

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