【正文】 再停泵，接單根后先開(kāi)泵再慢慢下放鉆具；起鉆前循環(huán)鉆井液時(shí)，鉆頭應(yīng)避開(kāi)煤層段；起下鉆控制速度，下鉆到底后用小排量慢慢頂通水眼，禁止堵水眼后憋回壓大幅度猛提猛放，防止因操作不當(dāng)產(chǎn)生壓力激動(dòng)損害煤層。壓碎現(xiàn)象是由于鉆具偏心和掃孔引起的．也是由于鉆具、扶正器和鉆鋌等和井壁之間的直接摩擦引起的機(jī)械破壞，可導(dǎo)致像漿糊一樣的微粒層直接進(jìn)入煤層。合理選擇非潤(rùn)性流體是消除或減少反向自吸效應(yīng)的有效方法，絕大多數(shù)煤層是水濕的，所以應(yīng)選擇油基(或混油)鉆井液，而這無(wú)疑增加了鉆井費(fèi)用，這時(shí)可以考慮微過(guò)平衡鉆井工藝，另外在鉆井液中加入表面恬性劑或使用與地層配伍性好的鉆井液，都可降低反向自吸對(duì)地層的傷害程度。此外，還有反向自吸作用引起對(duì)煤層的傷害。在過(guò)平衡鉆井時(shí)，井內(nèi)鉆井液液柱壓力大于煤層的壓力，作用在井筒附近的純應(yīng)力降低，引起煤層的滲透率增加，這樣就加劇了鉆井液對(duì)煤層的侵入速度和侵入半徑，從而造成儲(chǔ)層的滲透率降低。實(shí)驗(yàn)表明，煤樣經(jīng)過(guò)多次加壓—卸壓周期性的過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)，加壓會(huì)使?jié)B透率降低，但卸壓時(shí)滲透率只能得到一定程度的恢復(fù)，從而造成滲透率的損失。 鉆井壓力對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害煤儲(chǔ)層的力學(xué)性質(zhì)與常規(guī)儲(chǔ)集巖不同，煤的彈性模量小，而泊松比較高。由于煤層許多化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造與油氣層相似，決定了其損害機(jī)理與油層及天燃?xì)鈱佑邢嗤?。煤層的裂隙是地層中流體流動(dòng)的基本空間，總的來(lái)說(shuō)這些天然裂隙內(nèi)徑很小，因此可將其看作是無(wú)數(shù)大小不等、形狀各異、曲折的毛細(xì)管，當(dāng)外來(lái)流體侵入裂隙通道后，會(huì)將通道中原有的氣推向儲(chǔ)層深部，并在氣水界面形成一個(gè)凹向水相的彎液面。 (3) 聚合物類漿液侵入煤層造成的傷害。鉆進(jìn)過(guò)程中屬于這種損害類型的有：儲(chǔ)層的水敏性損害。因此，鉆井過(guò)程中鉆井液中任何化學(xué)物質(zhì)對(duì)煤體的接觸都是有害的。微粒的運(yùn)移、粘土膨脹是導(dǎo)致地層滲透率低的主要原因。這種表面電荷對(duì)鉆井、地層傷害和生產(chǎn)有重要的作用。無(wú)因次滲透率隨著圍壓以及有效壓力的增加而降低可以明顯地看出，煤層氣藏的應(yīng)力敏感性具有明顯的不可逆性，即當(dāng)增加圍壓以后，巖心的滲透率降低，隨后減少圍壓，此時(shí)滲透率并不能恢復(fù)到原來(lái)的水平，而且降低幅度很大。這一切都有可能傷害地層。井漏導(dǎo)致的煤層損害主要有以下幾方面：①當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)低，割理縫寬大于50μm時(shí)，會(huì)導(dǎo)致有進(jìn)無(wú)處的大漏失。 煤層氣儲(chǔ)層物理化學(xué)性質(zhì)（1） 煤是有很強(qiáng)吸附能力的大分子結(jié)構(gòu) 煤巖富含有機(jī)質(zhì)（主要為腐殖型），其有機(jī)質(zhì)含量大于90%；煤又是一種多孔、隔離發(fā)育的雙重介質(zhì)，具有非常大的內(nèi)表面，一般為10～40m2/g。劈理是指煤層存在層間滑動(dòng)時(shí)，形成一系列波狀相互平行裂隙。端割理只發(fā)育于兩條面割理之間，常與層面垂直或近似垂直，一般連續(xù)性較差，縫壁不規(guī)則，是煤層中的次內(nèi)生裂隙。一般煤儲(chǔ)層中的孔隙大小約1～1000μm，而與一般砂巖的孔隙相比小一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果煤層的空隙和裂縫一旦受到損害，其受損害程度將比常規(guī)油氣層嚴(yán)重的多，不僅使氣體的滲流通道受損，而且還會(huì)影響到煤層氣的解吸過(guò)。煤層氣儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分為基質(zhì)孔隙和裂隙孔隙，具有雙重孔隙結(jié)構(gòu)。煤成熟度是煤經(jīng)受化學(xué)變化(也稱為巖化作用)程度的量。例如，一種煤巖主要由鏡質(zhì)組組成，那么這種煤巖看起來(lái)非常亮；相反，富含惰質(zhì)組的煤巖看起來(lái)非常暗。所有這些都可以進(jìn)一步分為煤的單一基本微觀結(jié)構(gòu)。煤層氣儲(chǔ)層特征及傷害機(jī)理分析煤層氣儲(chǔ)層保護(hù)的配套鉆井工藝技術(shù)研究畢業(yè)論文1 煤層氣儲(chǔ)層特征及傷害機(jī)理分析 煤層氣儲(chǔ)層特征煤是一種非常復(fù)雜的有機(jī)巖石，由很小的顯微組分組成，這種顯微組分被稱為煤的基本微觀結(jié)構(gòu)，這與無(wú)機(jī)巖石(如石英)中看見(jiàn)的礦物是相似的。特征相似的煤微觀結(jié)構(gòu)可以組成顯微鏡下可觀察的單元，稱為顯微煤巖，這類似于沉積巖(如砂巖)中的薄層。這種明暗光帶告訴我們有關(guān)煤的不均質(zhì)性以及垂直和橫向上物理組成的變化。煤化作用持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，煤成熟度就越高。煤層中基質(zhì)被天然裂縫網(wǎng)分成許多方塊(基質(zhì)塊體)：基質(zhì)是主要的儲(chǔ)氣空間，而裂隙是主要的滲透通道。(1) 煤層氣儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙基質(zhì)孔隙又稱微孔隙，直徑一般為5～10埃米，煤的微孔隙極其發(fā)育，煤層氣的絕大部分是吸附在微孔隙的表面，由于微孔隙的直徑很小，一般認(rèn)為水不能到達(dá)微孔隙系統(tǒng)中。(2) 煤層氣儲(chǔ)層裂隙特征在總結(jié)前人對(duì)裂隙的分類的基礎(chǔ)上，蘇現(xiàn)波按照裂隙的形態(tài)和成因?qū)⒚旱牧严斗譃槿悾焊罾?(內(nèi)生裂隙)煤層的割理主要是由煤化作用過(guò)程中煤物質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等的變化而產(chǎn)生的裂隙。外生裂隙外生裂隙是指煤層在較強(qiáng)的構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的裂隙，按成因可分為三種：剪性外生裂隙、張性外生裂隙和劈理。 繼承性裂隙繼承性裂隙兼具割理和外生裂隙的雙重性質(zhì)，屬過(guò)渡類型。因此，煤層對(duì)煤層氣具有較強(qiáng)的吸附能力，其吸附量可達(dá)10～35 m3/t。鉆井液中50μm以下的顆粒占90%，煤割理平、直、寬的特點(diǎn)可是顆粒侵入深度達(dá)幾米；②割理發(fā)育的煤層，鉆井液的漏失，易產(chǎn)生煤基質(zhì)的膨脹、聚合物多點(diǎn)吸附、固相堵塞、乳化和沉淀等損害形式，導(dǎo)致有效割理、裂縫和孔隙嚴(yán)重傷害。（4） 煤層的機(jī)械強(qiáng)度低煤層性脆、易碎，機(jī)械強(qiáng)度低，易于壓縮。再過(guò)平衡鉆井中，鉆井液液柱壓力大于煤層壓力，使作用在井筒附近的純應(yīng)力增加，可引起滲透率降低，完井后滲透率也不可能完全恢復(fù)。 煤層氣儲(chǔ)層傷害機(jī)理分析煤層氣鉆井過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害是一個(gè)復(fù)雜因素，主要有鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害及鉆井壓力對(duì)儲(chǔ)層的傷害等。煤體具有吸收液體和氣體而膨脹的性質(zhì)，其膨脹程度取決于液體和氣體的化學(xué)性質(zhì)。鉆井過(guò)程中鉆井液的固相顆粒對(duì)煤層裂隙系統(tǒng)的充填堵塞是客觀存在的，鉆井液中的固相顆?？蓙?lái)自鉆井液中的粘土顆粒，也可來(lái)自鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑。當(dāng)進(jìn)入儲(chǔ)層的外來(lái)液體(如泥漿)的礦化度與儲(chǔ)層中的粘土礦物不配伍時(shí)，將會(huì)引起粘土礦物水化膨脹、分散及絮凝沉淀，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低；②儲(chǔ)層的堿敏性損害。聚合物類泥漿侵入煤層，會(huì)因高分子聚合物的吸附作用引起粘土絮凝堵塞和羧基水化作用引起粘土膨脹堵塞，從而降低滲透率。由于表面張力作用，任何彎液面都存在一附加壓力，即毛細(xì)管壓力。煤儲(chǔ)層的力學(xué)性質(zhì)與常規(guī)儲(chǔ)集巖不同，煤的彈性模量小，而泊松比較高。盡管煤基質(zhì)的泊松比較高，但煤中天然裂隙的發(fā)育大大降低了煤的強(qiáng)度，使之比其它巖石更易受壓縮、破碎。鉆井過(guò)程中的壓力變化，很可能引起煤層發(fā)生這種變化。在正壓差作用下，鉆井液中的膠體顆粒和其它微細(xì)顆粒被吸附堵塞在煤層氣的孔隙喉道上，鉆井液濾液的入侵又有可能發(fā)生各類敏感性反應(yīng)，從而生成各類不溶性沉淀物，使儲(chǔ)層的滲透率降低。采用水基鉆井液進(jìn)行欠平衡鉆井時(shí)，地層被打開(kāi)后，由于存在“原始”和“束縛”水飽和度之間的差異，產(chǎn)生很大的毛細(xì)管壓力差，會(huì)導(dǎo)致水基鉆井液濾液和固相逆流吸人近井帶地層，導(dǎo)致煤層傷害在一常規(guī)設(shè)計(jì)的過(guò)平衡鉆進(jìn)中，由于應(yīng)用了合適的架橋和降濾失劑，可以在地層表面形成一滲透率近于零的濾餅來(lái)阻止自吸人發(fā)生，而在欠平衡鉆井過(guò)程中，由于井內(nèi)液柱壓力低于地層壓力，因此投有形成起架橋和密封作用的濾餅動(dòng)力，這相當(dāng)于在與井眼相連處使氣水直接接觸。 磨光現(xiàn)象和壓碎現(xiàn)象對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害當(dāng)用純空氣作為鉆井介質(zhì)時(shí)，由于氣體傳熱能力很弱，如果在循環(huán)介質(zhì)中無(wú)液體存在，巖石一鉆頭之間將產(chǎn)生十分高的溫度。消除的方法是采用潤(rùn)滑性好的鉆井液。從煤儲(chǔ)層的儲(chǔ)層特征及煤層氣的特殊要求可以明顯看出，欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)正是所希望的。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同的流量下，～。(3) 大幅度提高鉆井速度。過(guò)平衡鉆井對(duì)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(méi)有出現(xiàn)，從而影響了油氣的勘探?？諝忏@井要求環(huán)空返速必須達(dá)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(zhǎng)鉆頭壽命。（8）可以降低井漏風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約鉆井成本。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(guò)程中的副產(chǎn)品加以利用或出售，從而補(bǔ)償欠平衡作業(yè)的輔助費(fèi)用。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(shí)調(diào)整鉆井措施和地面操作方法，提高鉆井施工的安全性。在欠平衡鉆進(jìn)過(guò)程中，所鉆巖層巖屑能夠自動(dòng)崩落，同時(shí)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(jī)械鉆速，減少純鉆時(shí)，從而降低鉆井成本。然而不同的鉆井方式，不同的鉆井液體系，對(duì)煤儲(chǔ)層造成的傷害程度不同。結(jié)果表明：空氣對(duì)煤層無(wú)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(duì)煤層有效應(yīng)力小，因此，泡沫對(duì)煤層傷害最小。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(lái)抑制穩(wěn)定乳狀液的形成。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。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(shí)，石蠟不會(huì)結(jié)晶析出。（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?yàn)楦哒扯鹊你@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。用氣體作為鉆井介質(zhì)，不但會(huì)引起鉆屑輸送和井眼清潔不良等潛在問(wèn)題，而且還可能產(chǎn)生干研磨現(xiàn)象，致使鉆頭溫度過(guò)高，鉆屑過(guò)細(xì)，從而顯著降低低滲彈性地層的油氣產(chǎn)量。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(jì)算后確定，同時(shí)要考慮泥頁(yè)巖夾層的穩(wěn)定問(wèn)題。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(cè)試壓力及RFT(MFT)測(cè)試壓力，所鉆井的壓力可根據(jù)油層深度校正。常規(guī)過(guò)平衡及近平衡鉆井現(xiàn)場(chǎng)泵排量是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，鉆井液循環(huán)足以達(dá)到紊流狀態(tài)。s 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(zhǎng)度，m； Yp——屈服值，Pa。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)詳細(xì)研究、評(píng)估所測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，以確保安全鉆進(jìn)。合理的流變性既滿足攜砂要求又能減少對(duì)井壁穩(wěn)定的不利影響。 確定合理的井底負(fù)壓值：(1) 井底負(fù)壓值下限是零，上限為地層空隙壓力與地層坍塌壓力之差。(4) 泡沫鉆井，井底負(fù)壓值設(shè)計(jì)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(fù)壓值可設(shè)計(jì)得大一些，防止出現(xiàn)過(guò)平衡，但要兼顧井壁穩(wěn)定和地面處理能力。 欠平衡鉆進(jìn)欠壓值的確定實(shí)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，它是影響到欠平衡鉆井的成敗的重要參數(shù)。如果負(fù)壓差過(guò)大，流體產(chǎn)出速度很高，對(duì)于速敏感性地層，極易引起儲(chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移，堵塞孔喉，導(dǎo)致近井地帶的儲(chǔ)層傷害。反之，如果負(fù)壓差過(guò)小，井底的壓力波動(dòng)，又容易超過(guò)欠平衡壓差量，形成瞬時(shí)正壓差或周期性的正壓差，形成對(duì)儲(chǔ)集層正壓差傷害。而對(duì)于勘探井，由于地層壓力有許多的不確定性，所以只能作為參考。由記錄中查出壓井排量時(shí)的壓耗。尺=泵出口壓力壓井排量時(shí)的壓耗。Ρ——鉆井液密度，g/ cm3。鉆桿內(nèi)靜液柱壓力： 環(huán)空靜液柱壓力： （2—5）——環(huán)空混合液密度，g/cm33)環(huán)空壓耗(Ppa):環(huán)空壓耗是由于鉆井液的流動(dòng)而產(chǎn)生的，與鉆井液性能和鉆井參數(shù)有很大的關(guān)系。而排量Q的確定根據(jù)泥漿最小返速： （2—6）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)公式得到最小排量為： （2—7）式中 ——環(huán)空最低返速，m/s； Qa——最低排量，L/s； Ρ——泥漿密度，g/cm3； D——井眼半徑，cm； Dn——鉆桿外徑，cm。5)井口回壓(P回):當(dāng)?shù)貙恿黧w不斷進(jìn)入井筒內(nèi)，環(huán)空的靜液柱壓力不斷下降，欠壓值也急劇升高，如果不在井口控制一定的回壓，從而控制地層流體的流入量，將會(huì)給欠平衡鉆井帶來(lái)很大的危害。其大小直接影響地層流體進(jìn)入井筒內(nèi)的量的多少，其值過(guò)大，易造成產(chǎn)層的速敏和井口設(shè)備載荷過(guò)大或失控，造成重大的鉆井事故。由于實(shí)際儲(chǔ)層為徑向流，所以在應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室冊(cè)得的臨界流量時(shí)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的線性臨界流量(或臨界流速)轉(zhuǎn)化為實(shí)際礦場(chǎng)的徑向臨界流量(或臨界流速)，使井壁流速滿足下式: (2—9)由滲流力學(xué)達(dá)西定律可以得到油井產(chǎn)量Q地與井底壓差的關(guān)系公式達(dá)西公式。在此令Δp=pepw所以，Δp=Δp欠。s； φ——孔隙度，小數(shù)。所以時(shí)，則有: (2—13) (2—14)可得:Qc(x)與Δp欠成線性正比關(guān)系，即Δp欠隨著Qc(x)的增大而增大。(B)氣井: Δp欠＜Δp欠3max，則不會(huì)發(fā)生速敏。因此，當(dāng)隨鉆產(chǎn)氣量變化或氣體滑脫上升時(shí)，靠調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓保持不變即可保持井底欠壓值不變。研制出欠平衡鉆井地面數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),可依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的鉆井作業(yè)參數(shù)和產(chǎn)出流體的量,以及立管壓力和套管壓力與實(shí)際井底壓力間的數(shù)學(xué)關(guān)系及軟件計(jì)算,調(diào)節(jié)鉆井液密度和井口回壓來(lái)控制井底負(fù)壓差。根據(jù)鉆井液流體的伯努利能量方程,立壓與井底壓力間的關(guān)系式為： (2—25)式中： Ps——立管壓力，kPa； Pb——井底壓力，kPa； Pj——鉆頭壓降，kPa； Pd——鉆柱內(nèi)循環(huán)壓耗，kPa； g——重力加速度，m/s2。（2）　利用井口回壓控制井底負(fù)壓差當(dāng)原始的地面注入條件使井底處于欠平衡條件時(shí),由于氣侵環(huán)空存在氣—液兩相流動(dòng),井底壓力將減小。利用環(huán)空氣液兩相流數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出如下井口回壓的計(jì)算公式[3] 。另外，確定欠壓值時(shí)，還應(yīng)考慮使用鉆井液的成本問(wèn)題。其原理可通過(guò)如下公式推導(dǎo)證明。則: （2—28）由于地面管匯壓耗、鉆柱內(nèi)的壓耗和鉆頭噴嘴壓耗沒(méi)有因地層流體的侵入而改變，所以這些壓力是相等的，通過(guò)簡(jiǎn)化上式即變成如下的等式:整理后便得出：根