摘　要：針對國內尚缺少統(tǒng)一有效的鉆井液損害煤層評價方法的現狀，基于煤層氣產出及損害機理，提出了解吸量比值法和滲透率恢復率法聯(lián)合評價鉆井液對煤層損害效果的評價方法和指標，并對煤樣解吸量比和滲透率恢復率的概念進行了定義。在此基礎上，重點闡述實驗評價方法以及煤層氣自降解鉆井液(CBMD)和常規(guī)無固相聚合物鉆井液(WGJH)對煤層的保護和損害能力。實驗結果表明：①CBMD降解后，滲透率恢復率較高，可達100％，對煤儲層基本不傷害，而WGJH鉆井液滲透率恢復率最高不超過30％；②CBMD污染過的煤樣解吸量比達95.89％與清水接近，WGJH鉆井液污染過的煤樣解吸量比為20.11％。實驗結果同時也解釋了現場應用WGJH后煤層產氣量低甚至不產氣的原因，即煤層滲流通道恢復能力變差、煤層氣解吸能力降低。結論認為，該方法實用、有效，可作為鉆井液損害及保護煤層效果的評價方法。

關鍵詞：煤層氣??鉆井完井液??煤層損害??評價方法??解吸量??解吸量比值??滲透率恢復率

Abstract：Currently，there is no unified and effective evaluation methods for coalbed damages induced by drilling fluids in China．With consideration to CBM production and damage mechanisms，combination of desorption ratio and permeability recovcrv rate and relevant indexes were proposed to evaluate coalbed damages．In addition，concepts of desorption ratio and permeabilitv rccoverv rate were defined．On this basis，the experimental evaluation techniques，together with protection and damage potentials of coalbed methane degradable drilling fluids(CBMD)and conventional solid free polymer drilling fluids(WGJH)，were described in detail．Research results show that：(1)upon degradation，the permeability recovery rate of CBMD reaches as high as 100％，indicating that the fluid may basically produce no damage to coalbed，whereas the permeability recovery rate of WGJH is no higher than 30％；(2)the CBMD contaminated samples have a desorption ratio up to 95.89％，which is similar with those of freshwater，while the WGJH contaminated samples have a desorption ratio of 20.1l％．Moreover，the test results clarify the reasons for low CBM Droductivity or no production upon application of WGJ H on site，namely，a poor recovery capacity of flow channels in coal beds and a low desorption capacity of CBM gas．This practical and effective method can be deployed for evaluating damagcs caused by drilling fluids and performances of combed protection．

Keywords：CoMbed methane(CBM)；Drilling and well completion；Coalbed damage；Evaluation method；Desorption quantitv：Desorption ratio method；Rate of permeability recovery

近年煤層氣水平井、U型井等鉆采煤層氣資源，取得了較好的效果^[1-6]。然而，不可否認國內對煤層損害的機理仍然認識不清，缺少有效地評價鉆井液對煤層損害與保護效果的評價方法和指標^[7-8]，造成國內煤層氣企業(yè)不能有效辨識何種鉆井液更適用于煤層鉆井。依據煤層氣產出及損害機理，提出了解吸量比值法和滲透率恢復率法聯(lián)合評價鉆井完井液對煤層保護效果的評價方法，并建立了相應評價指標，根據該方法評價了保護煤層自降解鉆井完井液和常規(guī)無固相聚合物鉆井液損害儲層情況，結果與現場應用效果一致，表明該評價方法簡單、實用、有效。

煤巖具有特殊的物理力學性質，鉆井方式、工藝、鉆井液、完井方式與常規(guī)油氣鉆采明顯不同，因鉆井液引起的井壁失穩(wěn)、煤層損害、完井效果差等難題一直困擾著煤層氣的高效勘探開發(fā)。

1)為最大限度保護煤儲層，現場多采用清水作為鉆井液鉆進煤層。但清水黏度低、濾失量大、攜巖效果差，易引起井下事故復雜。同時，清水鉆進時，井壁掉塊嚴重，井徑不規(guī)則、鉆成的井眼重入性差，加之采用裸眼完井，由于無套管或篩管支撐井壁，煤層氣開采幾年后井壁便會坍塌，大大縮短了煤層氣井采氣壽命。而國外煤層氣井平均可開采20～30年，有些井可達40年^[9]。

2)常規(guī)鉆井完井液能有效解決清水鉆井引起的復雜問題，但煤層損害嚴重，基本不產氣。分析認為，常規(guī)鉆井液鉆井，引起煤層流體敏感、固相侵入以及應力敏感損害，妨礙煤層甲烷解吸、滲流。此外，由于儲層壓力低，侵入的工作液難以返排，煤層氣滲流通道極易受阻。

??3)國內尚缺少統(tǒng)一有效的鉆井液損害與保護煤層的評價方法和指標。以往，國內主要以常規(guī)油氣藏相關評價方法為基礎，多數仍以滲透率恢復率為指標評價煤層損害與保護情況，該方法并沒有考慮煤層氣解吸這一微觀產出機理，得到的評價結果并不能反映鉆井液保護煤層的真實能力。

煤層損害主要分為滲流損害和解吸損害兩種類型^[10-16]。研究表明，應力敏感、流體及固相侵入、水相圈閉為煤層滲流損害的主要類型，其損害煤層的滲流通道，主要表現在降低煤層甲烷的擴散能力和煤層的滲流能力。聚合物吸附、含水飽和度上升等為煤層解吸損害的主要類型。因此，保護煤層就必須對煤層微觀解吸、擴散能力和宏觀滲流能力進行保護。

煤層氣開采具有空間和時間多尺度性?？臻g尺度涉及煤巖裂隙系統(tǒng)的基塊孔喉尺度、割理尺度、水力裂縫尺度及宏觀氣井尺度。時間尺度表現為煤層甲烷在傳遞過程中具有時間尺度效應，即在基塊和微孔中解吸擴散耗時長，在孔喉、割理中滲流耗時較短，在水力裂縫及井筒中運移耗時最短。煤層氣開采過程中的這種多尺度效應，要求煤層甲烷在基塊尺度具有一定的解吸速率和解吸量，以便其供氣能力滿足割理滲流及井筒管流的需要。因此，提出采用解吸量比值法評價鉆井完井液對煤樣甲烷解吸能力的保護效果。

解吸量比是在一定時間內將鉆井完井液污染煤樣的甲烷解吸量與清水水濕煤樣(或污染前煤樣)的甲烷解吸量進行對比，得到的比值稱為解吸量比，相應的評價方法叫解吸量比值法。解吸量比越高，則表明鉆井完井液對煤層甲烷解吸能力的保護就越好。解吸量比是基塊解吸氣量和解吸速率的綜合反映，能較為客觀地從微觀角度評價基塊被鉆井完井液污染后的供氣能力。

滲流是解吸發(fā)生的前提，有了滲流，才有降壓，降壓之后才有解吸。割理和孔隙是鉆井完井液返排通道，亦是煤層甲烷擴散滲流通道，只有對煤層滲流通道進行有效的保護，保證完井后滲流通道暢通，才能高效勘探開發(fā)煤層氣資源。

傳統(tǒng)切割法評價煤樣滲透率恢復率，主要針對射孔完井設計，不能有效模擬裸眼及篩管完井情況下的滲透率恢復情況，而煤層氣復雜結構井多采用裸眼或PVC篩管完井。因此，結合現場生產實際，認為采用增加返排壓差，通過自然返排的方法，測試煤樣滲透率恢復率，可更好反映鉆井液對煤層滲流能力的保護和損害情況。

評價時，首先反向測量煤巖滲透率，然后用鉆井液正向污染巖心，一段時間后反向測量巖心滲透率，最后將污染后與污染前反向測得的巖心滲透率進行對比，得到的比值稱為滲透率恢復率。滲透率恢復率越高，代表完井作業(yè)后期煤層滲流通道得到保護的程度越高。

2．1．1壓碎煤巖巖塊

對Mg(以裝滿煤樣罐為準)0.2～0.3mm(80～60目)篩間煤粒40℃條件下烘干，然后進行真空脫氣(本次實驗的煤巖來自于端氏煤礦3號煤層高階煤，不是來源于煤層氣井現場取心，下同)。

2．1．2脫氣結束后，開展煤粒吸附平衡實驗

2．1．3煤樣解吸量測定

1)使用清水(蒸餾水)污染樣品0.5～1min，瀝清水相。

2)測定并記錄甲烷解吸量Qoi及對應的記錄時間toi(單位為min)，直至相鄰記錄時間所記錄的甲烷解吸量增量小于2％。

3)重復步驟l)～2)，使用降解后的鉆井液污染樣品0.5～1min，瀝清水相。

4)測定并記錄煤樣鉆井液污染后甲烷解吸量Qwi及對應的記錄時間twi(單位為min)，直至相鄰記錄時間所記錄的甲烷解吸量增量小于2％。

2．1．4解吸量比測定

解吸量比按式(1)計算：

Jx＝Qwi/Qoi×100????????(1)

式中Jx為twi時間內的煤樣甲烷解吸量比最大值；Qoi為toi時間內煤樣污染前甲烷解吸量，mL／g；Qwi為twi時間內煤樣污染后甲烷解吸量，mL／g。

2．2．1煤樣準備

沿煤心水平方向鉆成直徑2.5cm、長度介于4～5cm的圓柱，40℃條件下烘干后裝入干燥皿中備用。要求煤心圓柱的兩端面要垂直于軸線，以便于進行滲透率恢復試驗；選取有代表性煤心圓柱，抽真空飽和3％KC1溶液。

2．2．2煤樣初始滲透率測定

采用鉆井液解堵評價儀，在圍壓3～5MPa條件下，用3％KC1溶液以0.3～1.5MPa的流動壓力反向測定煤樣的初始滲透率Koi，并記錄流動壓力。

2．2．3正向污染煤樣端面

采用鉆井液解堵評價儀，在圍壓介于3～5MPa，流動壓力3.5MPa下，用鉆井液正向循環(huán)污染巖心1h。

2．2．4降解煤樣端面鉆井液

保持圍壓不變，煤樣于鉆井液解堵評價儀中密閉存放0.5～120h，具體時間以鉆井液降解率達到85％時對應的時間為準，降解率Rj按式(2)計算：

Rj＝mi/mo×100?　　　???(2)

式中Rj為降解率；mi為i時間時鉆井液表觀黏度，mPa·s；mo為鉆井液初始表觀黏度，mPa·s。2．2．5污染后煤樣滲透率測定

采用鉆井液解堵評價儀，圍壓3～5MPa，分別以0.3MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa流動壓力，用3％KC1溶液測定反向煤樣滲透率及對應的流動壓力(單位為MPa)。

2．2．6滲透率恢復率測定

滲透率恢復率(St)按式(3)計算：

St＝Kfi/Koi×100????????(3)

式中St為各流動壓力點下的煤樣滲透率恢復率最大值；Koi、Kfi分別為各流動壓力點對應的煤樣初始滲透率、煤樣污染后滲透率，mD。

評價鉆井液損害和保護煤層能力時，煤層保護效果按表1所示進行評價，評價采用就低不就高的原則，即當解吸量比與滲透率恢復率指標屬于同一級別，煤層保護效果才能判定為該級別，否則保護效果按低級別判定。例如，當鉆井液污染煤層后，甲烷解吸量比和煤層滲透率恢復率均大于85％，則判定煤層保護效果為好；當鉆井液污染煤層后，甲烷解吸量比大于85％，而煤層滲透率恢復率介于50％～70％，則判定煤層保護效果為一般；同理，當鉆井液污染煤層后，甲烷解吸量比介于30％～50％，而煤層滲透率恢復率大于85％，則判定煤層保護效果為較差。

采用如上評價方法和指標，對煤層氣自降解鉆井完井液(CBMD)和常規(guī)聚合物鉆井液(WGJH)進行了評價。CBMD配方為：清水+0.2％～0.6％增黏劑+0.3％～1.2％pH值調節(jié)劑+0.5％降失水劑+3.0％～4.0％儲集層保護劑+0.5％～4.0％降解劑。WGJH配方為：清水+0.2％～0.5％碳酸鈉+有機鹽(根據密度需要調整加量)+0.2％～0.4％提切劑+0.5％～1.0％抑制劑+1.5％～2.5％降濾失劑+2％～3％防塌劑。