Drilling muds for coal deposits

• Autorzy: Błaż Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.10.05

Warianty tytułu

PL

Płuczki do przewiercania pokładów węgla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The instability of coal beds, both in the overburden and in the production zone during drilling, in particular with directional borehole, is well known. One of the main coal attributes is presence of cracks and micro-fractures in it. This linked network of cracks is considered as the main source of many problems related to coal instability. Stresses occurring in such formations exceed the coal compressive strength. During drilling, coal becomes unstable, which can result in borehole wall collapsing, stuck pipe, or even complete loss of the borehole. Using improper drilling muds can cause additional problems. In coal, a poorly selected drilling mud can damage the natural permeability of the near-well zone. Drilling muds penetrating the pores and cracks in the coal can lead to permanent destruction of the near-well zone, partially or completely limiting the supply of methane to the borehole. Muds used for drilling in coal deposits should therefore both stabilize the borehole wall and affect minor damage to the drilled formation. The experience acquired while drilling low-permeability shale rocks generally does not correlate with the practices and guidelines used to drill holes in coal deposits due to the unique physical and mechanical characteristics of coal. One of the ways to improve the stability of coal deposits when using water-based drilling muds is to prevent the penetration of mud filtrate into the rock matrix, which can be achieved by chemical modification of the drilling mud composition or physical sealing of pores and fractures with special materials. The article presents research on the development of a new drilling mud system dedicated to coalbed methane (CBM) drilling.

PL

Niestabilność pokładów węgla zarówno w nadkładzie, jak i w strefie produktywnej podczas ich rozwiercania, w szczególności otworami kierunkowymi, jest powszechnie znana. Jedną z głównych cech węgla jest występowanie w nim systemu spękań i mikroszczelin. To właśnie tę połączoną sieć spękań uważa się za źródło wielu problemów związanych z niestabilnością węgla. Występujące naprężenia w takich formacjach przewyższają wytrzymałość węgla kamiennego na ściskanie. Podczas realizacji prac wiertniczych węgiel kamienny staje się niestabilny, może dochodzić do obsypywania ścian otworu, przychwycenia przewodu, a niekiedy do całkowitej utraty otworu. Zastosowanie do wiercenia niewłaściwych płuczek wiertniczych może powodować dodatkowe problemy. W skale, jaką jest węgiel kamienny, źle dobrana płuczka wiertnicza może uszkodzić naturalną przepuszczalność strefy przyotworowej. Płuczka, wnikając w pory oraz spękania węgla, może doprowadzić do trwałego zniszczenia strefy przyotworowej, ograniczając częściowo lub całkowicie dopływ metanu do otworu. Płuczka wiertnicza stosowana do przewiercania pokładów węgla powinna zatem zarówno stabilizować otwór podczas fazy wiercenia, jak też wpływać na niewielkie uszkodzenie przewiercanej formacji. Doświadczenia nabyte podczas przewiercania skał łupkowych o niskiej przepuszczalności na ogół nie korelują z praktykami i wytycznymi w zakresie wiercenia otworów w pokładach węgla z uwagi na wyjątkową charakterystykę fizyczno-mechaniczną węgli. Jednym ze sposobów poprawy stabilności utworów węgla przy wykorzystywaniu wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych jest przeciwdziałanie wnikaniu filtratu płuczkowego do matrycy skały, co można osiągnąć poprzez chemiczną modyfikację składu płuczki wiertniczej lub fizyczne uszczelnianie porów i szczelin specjalnymi materiałami. W artykule przedstawiono badania nad opracowaniem nowego systemu płuczki wiertniczej przeznaczonej do rozwiercania złóż metanu zlokalizowanego w pokładach węgla kamiennego.

Słowa kluczowe

EN

drilling mud; coalbed methane (CBM); coal seams; borehole instability; lost circulation

PL

płuczka wiertnicza; metan z pokładów węgla; pokłady węgla; niestabilność otworu; zaniki płuczki

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 10
• Strony: 701--709
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Błaż Sławomir

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

Bibliografia

• Baltoiu L.V., Warren B.K., Natros T.A., 2016. State-of-the-Art in Coalbed Methane Drilling Fluids. Society of Petroleum Engineers. DOI. 10.2118/101231-PA.
• Benguang G., Zheng L., Shangzhi M., Zhiheng Z., 2013. The “U-type” Wells History of Fuzzy Ball Drilling Fluids for CBM Drilling in China. Advanced Materials Research, 748: 1273–1276. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.748.1273.
• Błaż S. (kier. zespołu), 2013, Opracowanie składu płuczki do przewiercania warstw o niskim ciśnieniu złożowym. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu –Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków. Nr zlecenia: 0778/KW/2013: 1–76.
• Cai J., Gu S., Wang F., Yang X., Yue Y., Wu X., Chixotkin V.F., 2016. Decreasing Coalbed Methane Formation Damage Using Microfoamed Drilling Fluid Stabilized by Silica Nanoparticles. Journal of Nanomaterials, 2016, ID 9037532Z: 1–11. DOI:10.1155/2016/9037532.
• Chakhmakhchev A., 2007. Worldwide Coalbed Methane Overview. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/106850-MS.
• Clarkson C.R., Bustin M., 2011. Coalbed Methane: Current Field-Based Evaluation Methods. Society of Petroleum Engineers. DOI:10.2118/131791-PA.
• Clarkson C.R., Bustin R.M., Seidle J.P., 2007. Production-Data Analysis of Single-Phase (Gas) Coalbed-Methane Wells. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/100313-PA.
• Gentzis T., 2009. Stability analysis of a horizontal coalbed methane well in the Rocky Mountain Front Ranges of southeast British Columbia, Canada. International Journal of Coal Geology, 77: 328–337. DOI: 10.1016/j.coal.2008.05.016.
• Gentzis T., Deisman N., Chalaturnyk R.J., 2009. Effect of drilling fluids on coal permeability: Impact on horizontal wellbore stability. International Journal of Coal Geology, 78: 177–191. DOI: 10.1016/j.coal.2009.01.001.
• Habera Ł., 2016. Szczelinowanie gazowe gazonośnych pokładów węgla kamiennego – badania poligonowe. Nafta-Gaz, 12: 1063–1068.DOI: 10.18668/NG.2016.12.08.
• Hadro J., Wójcik I., 2013. Metan pokładów węgla: zasoby i eksploatacja. Przegląd Geologiczny, 61(7): 404–410.
• Josh M., Esteban L., Delle Piane C., Sarout J., Dewhurst D.N., Clennell M.B., 2012. Laboratory characterisation of shale properties. Journal of Petroleum Science and Engineering, 88–89: 107–124. DOI: 10.1016/j.petrol.2012.01.023.
• Jureczko J. (kier.zespołu), 2016. Pakiet danych geologicznych do postępowania przetargowego na poszukiwanie złóż węglowodorów. Obszar przetargowy „Międzyrzecze”. Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa.
• Li H., Lau H. C., Huang S., 2017. Coalbed Methane Development in China: Engineering Challenges and Opportunities. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/186289-MS.
• Li H., Lau H. C., Huang S., 2018. China’s coalbed methane development: A review of the challenges and opportunities in subsurface and surface engineering. Journal of Petroleum Science and Engineering, 160: 621–635. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.03.047.
• Lu Y., Liu Y., Li X., Kang Y., 2010. A new method of drilling long boreholes in low permeability coal by improving its permeability. International Journal of Coal Geology, 84: 94–102. DOI: 10.1016/j.coal.2010.08.009.
• Moore T.A., 2012. Coalbed methane: A review. International Journal of Coal Geology, 101: 36–81. DOI: 10.1016/j.coal.2012.05.011.
• Qiong L., Jie C., Jianjun H., 2016. Laboratory measurements of the acoustic velocity and elastic property of coal rocks and their link to micro-features. SEG International Exposition and 86th Annual Meeting: 3359–3363. DOI: 10.1190/segam2016-13877215.1.
• Robbins S.J., Evans P.N., Esterle J.S., Golding S.D., Tyson G.W., 2016. The effect of coal rank on biogenic methane potential and microbial composition. International Journal of Coal Geology, 154–155: 205–212. DOI: 10.1016/j.coal.2016.01.001.
• Słoczyński T., Drozd A., 2017. Metan z pokładów węgla (CBM) – doświadczenia światowe i perspektywy rozwoju w Polsce. Nafta-Gaz, 11: 1063–1068. DOI: 10.18668/NG.2017.11.04.
• Wang S., Liu Y., Bai J.H., Meng X., Song J., 2015. The Review of Construction Technologies Using Fuzzy-Ball Workover Fluid in Well C22 and Well F20 of SZ36-1 Offshore Oilfield. International Conference on Material Science and Application (ICMSA 2015): 799–803.
• Wu H., Dong S., Li D., Huang Y., Qi X., 2015. Experimental study on dynamic elastic parameters of coal samples. International Journal of Mining Science and Technology, 25: 447–452. DOI: 10.1016/j.ijmst.2015.03.019.
• Yan T., Yao Y., Liu D., Bai Y., 2014. Evaluation of the coal reservoir permeability using well logging data and its application in the Weibei coalbed methane field, southeast Ordos basin, China. Arabian Journal of Geosciences, 8(8): 1–10. DOI: 10.1007/s12517-014-1661-y.
• Zhang L., Yan X., Yang X., Zhao X., 2010. An analytical model of coal wellbore stability based on block limit equilibrium considering irregular distribution of cleats. International Journal of Coal Geology, 152: 147–158. DOI: 10.1016/j.coal.2015.10.011.
• Zhang S., Tang S., Li Z., Pan Z., Shi W., 2016. Study of hydrochemical characteristics of CBM co-produced water of the Shizhuangnan Block in the southern Qinshui Basin, China, on its implication of CBM development. International Journal of Coal Geology, 159: 169– 182. DOI: 10.1016/j.coal.2016.04.003.
• Zhao H., Chen M., Li Y., Zhang W., 2012. Discrete element model for coal wellbore stability. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 54: 43–46. DOI: 10.1080/10916466.2011.631070.
• Zheng L., Chen B., Zhang Z., Tang J., Sun H., 2016. Anti-collapse mechanism of CBM fuzzy-ball drilling fluid. Natural Gas Industry, B3: 152e157. DOI: 10.1016/j.ngib.2016.03.011.
• Zheng L., Su G., Li Z., Peng R., Wang L., Wei P., Han S., 2018. The wellbore instability control mechanism of fuzzy ball drilling fluids for coal bed methane wells via bonding formation. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 56: 107–120. DOI:10.1016/j.jngse.2018.05.008.
• Zheng L.H., Kong L., Cao Y., Wang H., Han Z., 2012. A New Fuzzy Ball Working Fluid for Plugging Lost Circulation Paths in Depleted Reservoirs. Petroleum Science and Technology, 30(24): 2517–2530. DOI: 10.1080/10916461003792286.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).