【正文】 鎖。由于煤層氣儲層壓力低，能量小，根本無法通過降壓來驅(qū)開水鎖段塞，因而造成的滲透率損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。室內(nèi)實驗結(jié)果表明，相同的流量下，～。（2）降低低壓煤層井漏風(fēng)險。過平衡鉆井不可避免地會引起鉆井液的輕微滲漏，而且煤層強度低，割理裂隙發(fā)育，極易造成井漏，使大量鉆井液流入地層，這有可能造成復(fù)雜事態(tài)或事故，延長鉆井周期，還會因鉆井液的大量漏失而造成經(jīng)濟損失。采用空氣鉆井可避免井漏，節(jié)約鉆井液成本。(3) 大幅度提高鉆井速度。采用欠平衡鉆進，使井底巖石三向應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，有利于鉆頭對巖石的破碎和減少“壓持效應(yīng)”，從而提高鉆頭的機械鉆速和壽命，縮短鉆井周期，降低綜合鉆井成本。據(jù)統(tǒng)計，美國煤層氣采用空氣鉆井比普通鉆井機械鉆速提高5～12倍，一口500m深的井采用空氣鉆井僅需60h，極大地減少了鉆機等設(shè)備日租賃費用，降低了鉆井成本。(4)良好的產(chǎn)層顯示，有利于達到勘探目的。過平衡鉆井對地層造成的傷害很可能使預(yù)期本應(yīng)該出現(xiàn)的油氣顯示沒有出現(xiàn)，從而影響了油氣的勘探。而欠平衡鉆井條件下，鉆井過程中地層流體可以進入井眼，在井口監(jiān)測返出液就可以適時提供良好的產(chǎn)層信息，從而有利于達到勘探目的。大港油田板深7井成功地利用欠平衡鉆井技術(shù)，在多年勘探?jīng)]有重大發(fā)現(xiàn)的千米橋區(qū)塊，發(fā)現(xiàn)了一個億噸級大油田。(5)延長鉆頭使用壽命?？諝忏@井要求環(huán)空返速必須達到15m/s以上，使鉆屑完全快速地脫離井底，避免了重復(fù)切削，保證井筒的快速清洗干凈，高速循環(huán)空氣能有效地冷卻鉆頭，延長鉆頭壽命。(6)在壓力較低的地層，使用空氣/泡沫作為鉆井液循環(huán)介質(zhì)可最大限度避免或減少井漏的危害，避免了堵漏的鉆井液損失和寶貴鉆井時間。(7)有利于防斜打快。由于井底巖石在負壓作用下不會產(chǎn)生壓實效應(yīng)，因此巖石破碎所需的鉆壓相對常規(guī)鉆井所需鉆壓要小得多，一般為常規(guī)鉆井鉆壓的1/3，該鉆壓既滿足了空氣鉆井的快速鉆進需要又符合常規(guī)鉆井輕壓吊打糾斜的要求，容易鉆成垂直的井眼。（8）可以降低井漏風(fēng)險，節(jié)約鉆井成本。首先，常規(guī)過平衡鉆井不可避免地會引起鉆井液的輕微滲漏，其次，在易漏層段，可能會引起大量鉆井液流入地層，不僅會造成進一步的事故和復(fù)雜，延長鉆井周期，還會因鉆井液的大量流失而造成重大經(jīng)濟損失。而欠平衡鉆井由于井筒內(nèi)鉆井液靜液柱壓力低于地層壓力，從而可以大大降低井漏的發(fā)生機率。（9）可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣。由于欠平衡鉆井是有控制地制造溢流，油氣可有控制地從井內(nèi)返出到地面，經(jīng)分離、處理后，可以作為鉆井過程中的副產(chǎn)品加以利用或出售，從而補償欠平衡作業(yè)的輔助費用。美國得克薩斯州的一些井采用欠平衡鉆井，在鉆井過程中生產(chǎn)的油氣幾乎可以把全部鉆井成本收回，而加拿大政府為了鼓勵油公司采用欠平衡鉆井技術(shù)達到保護油氣層的目的，規(guī)定在鉆井過程中生產(chǎn)的油氣免交資源稅，所以油公司都積極采用欠平衡鉆井技術(shù)，以在鉆井過程中盡可能多地生產(chǎn)油氣。（10）可以及時對地層進行較為準(zhǔn)確的評價。欠平衡鉆井期間，可以綜合從井眼返出的地層流體等信息及時評價產(chǎn)層的生產(chǎn)能力或地層特性。這不僅可提高油氣勘探的效率和準(zhǔn)確性，而且也可為鉆井施工本身提供有用的信息，便于隨時調(diào)整鉆井措施和地面操作方法，提高鉆井施工的安全性。采用欠平衡鉆進，鉆井液壓力始終保持低于儲層(或地層)壓力，可以避免煤層因外加壓力而受到壓縮，避免煤層孔隙度和滲透率受到嚴(yán)重傷害。同時，這還可最大限度地避免鉆井液成分進入地層(或儲層)，使得煤儲層在整個鉆進過程中處于產(chǎn)出狀態(tài)，不存在任何意義上的傷害。當(dāng)然由于儲層的流體產(chǎn)出，可能在較厚的儲層段會出現(xiàn)鉆井液進入地層的現(xiàn)象，不過對于像煤層這樣的低滲儲層，滲流速度不會很大，尤其在較薄的煤層。在欠平衡鉆進過程中，所鉆巖層巖屑能夠自動崩落，同時也取消了壓持效應(yīng)，避免井底重復(fù)破巖，能極大地提高機械鉆速，減少純鉆時，從而降低鉆井成本。有資料表明，在油氣井開發(fā)成本中，鉆井成本占到30%～50%，當(dāng)然在煤層氣鉆井中尤其如此。 煤層氣井勘探技術(shù)的核心是采用特殊的鉆井和完井工藝，最大限度地保護好煤儲層，使其盡量減少損害。與常規(guī)油氣井比較，在鉆入煤層之前的鉆井工藝基本相似，而在煤儲層的鉆井工藝就有明顯的差異。然而不同的鉆井方式，不同的鉆井液體系，對煤儲層造成的傷害程度不同。為評價煤層水敏水鎖傷害程度，采用空氣、泡沫液、清水、鉆井液濾液對晉城3號煤進行煤心流動實驗。103～103μm2(一般小于1103μm2)，%～%，～。 (部分實驗數(shù)據(jù)見表1)表1 不同鉆井液對煤巖滲透率的影響鉆井液配方污染條件污染前氣測滲透率/103μm2污染后氣測滲透率/103μm2滲透率損害率/%時間/h壓力/MPa溫度/℃清水+4%KCl245清水+3%搬土245去離子水2145鉆井液濾液245泡沫245空氣0注：試驗煤樣取自山西晉城礦務(wù)局成莊煤礦3號煤層同一塊煤樣。結(jié)果表明：空氣對煤層無傷害；泡沫具有很好的防濾失作用，在相同的條件下，其濾失量比清水和普通鉆井液要小得多，且密度低，對煤層有效應(yīng)力小，因此，泡沫對煤層傷害最小。 鉆井液性能影響因素在采用欠平衡鉆井過程中，不同的鉆井液體系決定著鉆井方式的差異性，并且在鉆井過程中當(dāng)鉆井液受到某些客觀因素的影響時，很有可能影響到整個鉆井施工過程，特別在煤層中鉆進時，由于煤儲層本身一些性質(zhì)的影響，這就要求對欠平衡鉆井過程中鉆井液性能的影響引述及整個鉆井過程中采用哪種欠平衡鉆井方式來達到高效安全鉆井顯得更加重要。欠平衡鉆井液選擇依據(jù)及影響因素：（1） 鉆井液與地層流體的相容性在欠平衡鉆井中，如實現(xiàn)了真正的欠平衡，地層中的油水氣就會進入井眼，同循環(huán)的鉆井液接觸，可能出現(xiàn)生成高粘度乳狀液、潤濕反轉(zhuǎn)、結(jié)垢和沉淀物以及注入介質(zhì)的氧化作用問題。1）地層產(chǎn)出水和循環(huán)油紊流混合，形成極稠的穩(wěn)定乳狀液增加了泵壓，導(dǎo)致欠平衡狀態(tài)破壞，且氣體難以分離，另外高粘也破壞了環(huán)空流體的紊流狀態(tài)。2）在大多數(shù)欠平衡鉆井作業(yè)中，一般使用表面活性劑來抑制穩(wěn)定乳狀液的形成。對油基鉆井液體系，如果表面活性劑搭配不當(dāng)，可能導(dǎo)致鉆屑分離不良，鉆屑成團或卡鉆。而且含有表面活性劑的鉆井液漏失到地層，易引起地層的潤濕性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性。3）不相容的地層產(chǎn)出水和水基鉆井液濾液混合，生成結(jié)垢和沉淀物（或者產(chǎn)出油與油基鉆井液混合，形成瀝青沉積物）。如果注入氣中含有CO2，CO2溶解在產(chǎn)出油和循環(huán)油中，在很高的井底循環(huán)壓力下就可能產(chǎn)生瀝青，出現(xiàn)結(jié)垢和沉淀物。4）在欠平衡鉆井作業(yè)中!如果使用空氣，隔膜產(chǎn)生的氮氣（一般含1%~10%的氮）或柴油機煙道氣（一般含有8%~16%的氧）作為注入氣，也可能發(fā)生氧化反應(yīng)，在高溫下鉆井液與氧接觸，也會產(chǎn)生瀝青和高粘性的污泥。如氧含量超過5%就可能發(fā)生井下或地面著火，甚至爆炸。（2） 地層產(chǎn)出流體對鉆井液的稀釋在任何欠平衡鉆井作業(yè)中，循環(huán)流體會被地層產(chǎn)出的混相流體迅速稀釋，即便使用調(diào)控的很好的油基鉆井液體系也可能受到污染，多數(shù)泡沫鉆井液體系與油和地層鹽水接觸后會迅速稀釋，并產(chǎn)生不良反應(yīng)，應(yīng)測量儲層中產(chǎn)出的原油的苯胺點和濁點，以確定產(chǎn)出油是否會影響到鉆井液重復(fù)使用。另外還要確保產(chǎn)出液與溫度較低的循環(huán)鉆井液接觸時，石蠟不會結(jié)晶析出。（3） 鉆井液的防腐問題如果用充有空氣或氮氣的鉆井液體系，則咸鹽水（產(chǎn)自地層或用作循環(huán)流體）與其中的微量（跡量）氧接觸具有極強腐蝕性。如果地層產(chǎn)出氣中含有H2S腐蝕問題會更嚴(yán)重。因此，需要使用腐蝕抑制劑來防止鉆柱、連續(xù)軟管和井下裝置過早失效，應(yīng)詳細分析游離氣、溶解氣以及地層中可能產(chǎn)生的地層水，以評價它們的可燃性和腐蝕性。（4） 鉆井液的粘度在人工誘導(dǎo)的欠平衡作業(yè)中，一般不考慮使用高粘度的鉆井液，這是因為高粘度的鉆井液難以維持充分清潔井眼所需的紊流，而且難以控制固相和分離氣體。另外泵送高粘度鉆井液產(chǎn)生的高摩擦壓力也可能導(dǎo)致鉆頭處欠平衡狀態(tài)的喪失。（5）對流自吸作用在低滲、親水、地下殘余水飽和度異常低的儲層（氣藏）進行欠平衡鉆井時!即使在欠平衡狀態(tài)下，毛細管壓力效應(yīng)也可能會導(dǎo)致水基鉆井液濾液對流自吸入近井帶地層!對儲層構(gòu)成潛在的危害。一般在欠平衡鉆井過程中杜絕使用液體介質(zhì)（直接用氣體鉆進）或選用非潤濕性流體(如柴油、穩(wěn)定的冷凝油或植物油類的惰性碳氫化合物液體)作為基液來避免這一問題發(fā)生。用氣體作為鉆井介質(zhì)，不但會引起鉆屑輸送和井眼清潔不良等潛在問題，而且還可能產(chǎn)生干研磨現(xiàn)象，致使鉆頭溫度過高，鉆屑過細，從而顯著降低低滲彈性地層的油氣產(chǎn)量。此現(xiàn)象可通過加入少量的液體（“霧”鉆進）來清除。 穩(wěn)定煤巖井壁鉆井液性能要求煤巖是破碎性易坍塌巖體，井壁極易失穩(wěn)，所用鉆井液體系及性能、鉆井液的流變性和流態(tài)、鉆井工藝措施(鉆柱組合、水力參數(shù)等)、鉆柱的機械碰撞等均會對煤巖穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。其中，所用鉆井液體系及性能起著至關(guān)重要的作用，煤巖井壁穩(wěn)定的鉆井液技術(shù)對策是：（1） 合理的鉆井液密度煤巖強度低，受鉆井液及其濾液浸泡后強度進一步下降，所以鉆井液的密度不要過大，大了會壓裂煤層；也不要過小，小了會造成應(yīng)力釋放，使煤層沿節(jié)理和裂縫崩裂坍塌。合理鉆井液密度要根據(jù)煤巖物理力學(xué)參數(shù)、煤層壓力、煤層地應(yīng)力等參數(shù)綜合分析計算后確定，同時要考慮泥頁巖夾層的穩(wěn)定問題。同時要求鉆井液密度不要大幅度改變。鉆井液密度的計算過程是：先確定地層孔隙壓力、環(huán)空壓耗，然后求出鉆井液密度。（2） 地層孔隙壓力由于各種地層壓力的監(jiān)測方法(dc指數(shù)法、聲波時差法、C指數(shù)法等)的計算結(jié)果誤差可達10%左右，深井中的計算誤差遠遠超過了負壓差值，因此這些監(jiān)測方法對于鉆井液密度的確定意義不大。油藏地質(zhì)工程提供的地層孔隙壓力主要是試油靜壓、鉆桿測試壓力及RFT(MFT)測試壓力，所鉆井的壓力可根據(jù)油層深度校正。另外，在探井中可根據(jù)隨鉆過程中試井?dāng)?shù)據(jù)進行解釋分析，得出地層孔隙壓力。地層孔隙壓力確定之后，應(yīng)根據(jù)已確定的負壓差進行鉆井液密度的計算。（3） 環(huán)空壓耗環(huán)空壓耗與鉆井液密度的設(shè)計有直接關(guān)系。常規(guī)過平衡及近平衡鉆井現(xiàn)場泵排量是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進行設(shè)計，鉆井液循環(huán)足以達到紊流狀態(tài)。但是，對于欠平衡鉆井而言，為降低泵、井口旋轉(zhuǎn)防噴器及節(jié)流管匯等設(shè)備的負荷，增加井控的可靠性，并且避免紊流對裸眼油氣層的沖刷作用，一般以滿足鉆井液攜巖要求為原則，認為欠平衡鉆井鉆井液排量不宜太大，流動狀態(tài)應(yīng)以層流為主。因此，可按式(1)計算層流時鉆井液的環(huán)空壓耗。 （2—1）式中： pfr——環(huán)空壓耗，kPa； γv——鉆井液塑性粘度，mPas Qm——鉆井液排量，L/s； Dp——鉆柱直徑，mm； Dh——井眼直徑和套管直徑，mm； Lp——鉆桿長度，m； Yp——屈服值，Pa。（4） 鉆井液密度鉆井液密度的計算應(yīng)在井口回壓為0，正常鉆進中負壓差達到設(shè)計值的情況下進行。鉆井液密度的計算式為 （2—2）Pp——預(yù)測地層孔隙壓力，kPa； Pn——井身負壓設(shè)計值，kPa；H——井深，m；ρm——鉆井液密度，g/cm3。欠平衡鉆井中鉆井液密度的設(shè)計以地層孔隙壓力的預(yù)測技術(shù)為前提，預(yù)測的精確程度直接關(guān)系到鉆井液密度設(shè)計及鉆井作業(yè)的成敗。因此在設(shè)計過程中應(yīng)詳細研究、評估所測數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，以確保安全鉆進。 (5) 鉆井液具有強封堵能力及優(yōu)良造壁性煤層往往呈條帶狀或線狀分布，而煤層的割理、節(jié)理以及裂縫發(fā)育，鉆井液濾液進入煤層層理和裂縫中容易引起煤巖強度降低，煤中粘土礦物水化膨脹和分散，加劇煤層坍塌，良好的封堵能力是液柱壓力有效支撐、減少濾液進入煤層的先決條件。所以必須加強鉆井液封堵能力，阻止鉆井液濾液進入地層。(6) 優(yōu)化鉆井液流變參數(shù)鉆井液粘切不宜太低，粘切太低，在井眼內(nèi)形成紊流，對井壁的沖刷能力增強，容易造成煤層坍塌，同時鉆井液攜砂能力減弱；粘切太高，鉆井液結(jié)構(gòu)太強，活動鉆具或起下鉆時波動壓力增大，容易引起井壁煤塊的松動，也不利于井壁穩(wěn)定。合理的流變性既滿足攜砂要求又能減少對井壁穩(wěn)定的不利影響。(7) 良好抑制性煤巖中粘土礦物含量雖然很低，但泥頁巖夾層粘土礦物含量高，水化分散和膨脹性較強，抑制性差的鉆井液濾液進入泥頁巖會產(chǎn)生水化膨脹壓，改變井周應(yīng)力分布，誘發(fā)或加劇井壁失穩(wěn)，泥頁巖坍塌會導(dǎo)致煤巖坍塌，二者相互影響、相互促進。因此，要求鉆井液具有良好的抑制性。(8) 良好潤滑性保證鉆井液良好潤滑性，減少鉆具與泥餅之間的摩擦力，能減少起下鉆阻卡的可能，防止井下復(fù)雜發(fā)生。 確定合理的井底負壓值：(1) 井底負壓值下限是零，上限為地層空隙壓力與地層坍塌壓力之差。(2) 液相欠平衡鉆井技術(shù)，井底負壓值應(yīng)盡可能小，以降低井口壓力。井底負壓值一般取1～3Mpa。(3) 氣體和霧化鉆井，井底負壓值不作特別設(shè)計。(4) 泡沫鉆井，井底負壓值設(shè)計余地較大，考慮到循環(huán)系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性（有氣相存在），井底負壓值可設(shè)計得大一些，防止出現(xiàn)過平衡，但要兼顧井壁穩(wěn)定和地面處理能力。立管充氣鉆井，井底負壓值應(yīng)考慮大于2Mpa。(5) 負壓差是保證欠平衡鉆井成功的重要參數(shù)，負壓差設(shè)計應(yīng)從井口裝置、套管泵壓能力、旋轉(zhuǎn)控制頭（或旋轉(zhuǎn)防噴器）的性能、井眼的穩(wěn)定性、地面對產(chǎn)出液量分離能力等幾個方面進行綜合考慮：1）最大關(guān)井套壓小于井口裝置的額定工作壓力、套管抗內(nèi)壓強度的80%及地層破裂壓力三者最小者；2）負壓差小于旋轉(zhuǎn)控制頭連續(xù)工況下的承壓能力；3）負壓差小于裸眼地層強度，防止地層剪切破壞，造成井眼復(fù)雜化；4）負壓差太大，產(chǎn)出的氣液量就大，因此負壓差不能使產(chǎn)出的氣液量超過地面設(shè)備的分離能力。但負壓差太小，給施工又帶來一定的難度。 欠平衡鉆進欠壓值的確定實施欠平衡鉆井不但要有良好的井控裝備，而且欠壓值大小的確定也十分關(guān)鍵，它是影響到欠