【正文】 斷井口套壓升高的原因。由于Pa、P欠很難求出，所以只有采用調(diào)整井口回壓來保證欠壓值，即保證其他鉆井參數(shù)不變。(2)確定欠平衡鉆井時所用的鉆井液密度當(dāng)欠壓值確定后，鉆井液的密度可由下式計算: (2—27)式中：Pp——地層壓力，Mpa； Pa——環(huán)空壓耗，Mpa；其值約等于1 Mpa； ——欠壓值，Mpa；h——井深，km；——欠平衡鉆井液密度，g/cm3。因此,本模型可以利用鉆井地面參數(shù)、鉆井液參數(shù)以及返出氣體、液體的流量,進(jìn)行欠平衡鉆井的井口回壓計算,而且當(dāng)氣侵量越小、井越深時,計算精度越高。由于氣體是可壓縮的,氣侵后鉆井液密度在不同深度是不同的。隨著氣體量的增加,計算出的井底壓力逐漸下降,表現(xiàn)在立管壓力值上也是如此。另外,鉆井液循環(huán)裝置能夠?qū)⒎党龅牡貙恿黧w與鉆井液分離,且能夠保持入口鉆井液密度較穩(wěn)定。當(dāng)隨鉆產(chǎn)氣量不變而排氣量變化時，Pp、P外為常量，設(shè)K’=PpP外，即K’為常數(shù)，則PF=K’(P回+Aq+b) (2—25)由此得當(dāng)隨鉆產(chǎn)氣量及入口鉆井液性能不變時，如果排量下降，則井底欠壓值按井口壓力下降值與排量下降值得正比值和同值增加，反之亦然。根據(jù)水力學(xué)關(guān)系： 則： (2—19)所以，結(jié)合上兩式可得： (2—20)2）井底欠壓值與泵壓的關(guān)系根據(jù)各液動壓力之間的關(guān)系，當(dāng)排量、鉆井液入口性能不變，而隨鉆產(chǎn)氣量變化或氣體滑脫上升時，P內(nèi)、PM、Ppi、Pp為常量，設(shè)K=Pp+ PM + Ppi P內(nèi)顯然，K亦為常數(shù)。 當(dāng)雷諾數(shù)R。當(dāng)流動雷諾數(shù)Rec≤，即此時符合達(dá)西定律，由此可得: (2—12)在壓差一定的情況下，越靠近井眼流速越大，即在趨于井眼半徑rw無窮處流速區(qū)得最大值。此時流量與壓差不再成線性關(guān)系，達(dá)西定律被破壞(即已經(jīng)不適用了)。Re——供給邊緣半徑，m；Rw——經(jīng)驗半徑，m；S——表皮系數(shù)，與油井完井方式、井底污染或增產(chǎn)措施等有關(guān)，可由壓力恢復(fù)曲線求得。對于給定儲層都存在一個臨界速度(Vc)，即當(dāng)儲層流體流速小于Vc時不會造成對儲層的損害。井口回壓一般確定在2~5MPa范圍內(nèi)。4)井底壓力:我們根據(jù)鉆井液流體總流的伯努力能量方程，可以得出立管壓力和井底壓力之間的關(guān)系式: (2—8)式中：Pj——鉆頭壓降，Mpa當(dāng)?shù)貙恿黧w侵入井筒環(huán)空，由于氣體的侵入，泥漿粘度提高，密度減少。.當(dāng)?shù)貙恿黧w進(jìn)入環(huán)空后，鉆桿外環(huán)空壓耗： （2—6）式中： Ρ——泥漿密度，g/cm3；η——泥漿塑性粘度，mPa而鉆柱內(nèi)的流體單一密度相對確定起來簡單些，所以我們也可選取鉆柱內(nèi)及關(guān)井立壓求解地層壓力:地層壓力 =即： （2—4）式中：Ps—— 立管壓力，MPa2)鉆井液靜液柱壓力(P內(nèi)):鉆井液靜液柱壓力與鉆井液的流動有關(guān):該壓力直接作用在地層上，直接影響欠壓值的大小。Px——循環(huán)壓耗，Mpa。記下此時的泵出口壓力。當(dāng)鉆遇溢流和鉆時加快時，要停止鉆進(jìn)，近似地求出地層壓力，再根據(jù)所求的地層壓力，調(diào)整鉆井參數(shù)。（1） 鉆井過程中的地層條件1)地層壓力(Pp)的確定:地層壓力是在欠平衡鉆井中首先要搞清楚的基礎(chǔ)的壓力，一切欠平衡的壓力計算，都建立在這個壓力基礎(chǔ)上。對于應(yīng)力敏感性強(qiáng)的地層，過低的井底壓力降低的近井地帶地層的空隙流體壓力，空隙趨于閉合，造成永久性的地層應(yīng)力傷害。進(jìn)行欠平衡壓差設(shè)計，選擇恰當(dāng)?shù)膲翰盍?，是欠平衡鉆井系統(tǒng)設(shè)計首先應(yīng)當(dāng)考慮的事情。(5) 負(fù)壓差是保證欠平衡鉆井成功的重要參數(shù)，負(fù)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(jìn)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(qiáng)度的80%及地層破裂壓力三者最小者；2）負(fù)壓差小于旋轉(zhuǎn)控制頭連續(xù)工況下的承壓能力；3）負(fù)壓差小于裸眼地層強(qiáng)度，防止地層剪切破壞，造成井眼復(fù)雜化；4）負(fù)壓差太大，產(chǎn)出的氣液量就大，因此負(fù)壓差不能使產(chǎn)出的氣液量超過地面設(shè)備的分離能力。井底負(fù)壓值一般取1～3Mpa。因此，要求鉆井液具有良好的抑制性。所以必須加強(qiáng)鉆井液封堵能力，阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層。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(fù)壓設(shè)計值，kPa；H——井深，m；ρm——鉆井液密度，g/cm3。因此，可按式(1)計算層流時鉆井液的環(huán)空壓耗。地層孔隙壓力確定之后，應(yīng)根據(jù)已確定的負(fù)壓差進(jìn)行鉆井液密度的計算。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。 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(jī)械碰撞等均會對煤巖穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。（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(jìn)行欠平衡鉆井時!即使在欠平衡狀態(tài)下，毛細(xì)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。如果地層產(chǎn)出氣中含有H2S腐蝕問題會更嚴(yán)重。如氧含量超過5%就可能發(fā)生井下或地面著火，甚至爆炸。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。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(jìn)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。103～103μm2(一般小于1103μm2)，%～%，～。 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(hù)好煤儲層，使其盡量減少損害。同時，這還可最大限度地避免鉆井液成分進(jìn)入地層(或儲層)，使得煤儲層在整個鉆進(jìn)過程中處于產(chǎn)出狀態(tài)，不存在任何意義上的傷害。（10）可以及時對地層進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評價。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(jī)率。(7)有利于防斜打快。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。據(jù)統(tǒng)計，美國煤層氣采用空氣鉆井比普通鉆井機(jī)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(jī)等設(shè)備日租賃費(fèi)用，降低了鉆井成本。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(qiáng)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(jì)損失。由于我國大部分煤層氣儲層屬于低壓低滲儲層，采用常規(guī)鉆井液鉆井，煤層割理裂縫中的粘土吸水膨脹或化學(xué)反應(yīng)生成不溶性沉淀物堵塞甲烷氣通道，導(dǎo)致煤儲層產(chǎn)能降低或喪失；濾液在毛細(xì)管作用下進(jìn)入割理裂縫，產(chǎn)生水鎖。在煤層段制定鉆井參數(shù)的原則是，既要做到安全生產(chǎn)，又能有效地保護(hù)煤層。改用泡沫鉆井，可以有效地消除這種“表面釉化”現(xiàn)象。因此，如果欠平衡狀態(tài)遭到破壞，即使是短時間遭到破壞，傷害性流體及其中的固體顆粒會非常迅速地侵入地層。鉆柱壓力變化和起下鉆時引起的壓力激動，會引起井筒附近煤層的變形，從而使煤層裂隙發(fā)生變形，同時也會加劇鉆井液的侵入對儲層造成傷害，降低儲層的滲透率，所以在損害機(jī)理上又有其特殊性。這些因素引起的儲層傷害，完井后也不可能完全恢復(fù)?？陀^上煤的孔隙度、滲透率隨壓力的增加而降低，同時煤層裂隙和割理在高圍壓下閉合，并且是不可恢復(fù)的。因此，在鉆井過程中，很小的壓力變化都會引起滲透率的較大變化。 地層損害通常是由于固體微粒的運(yùn)移和堵塞，或者是由于化學(xué)反應(yīng)和熱動力因素，以及兩者同時發(fā)生作用。(4)水鎖損害。無機(jī)垢堵主要是由于外來流體與儲層流體不配伍生成無機(jī)垢所造成的，有機(jī)垢一般以煤中的煤焦油沉淀而成，這些垢既可能形成于儲層的孔喉、裂隙里，也可能沉積集聚在裝置與管匯中，由此，除引起氣產(chǎn)量下降外，還是造成設(shè)備早期損壞的重要因素。(2) 外來流體與儲層巖石、儲層流體不配伍所造成的損害。研究表明，煤吸收液體并隨之引起的基質(zhì)膨脹和滲透率下降，這個過程幾乎時不可逆的，也就是說，用減壓的辦法來把煤體吸收的液體化學(xué)物質(zhì)除掉基本上是不可能的。(1) 微粒運(yùn)移、粘土膨脹造成的儲層傷害。更令人感興趣的是它的電荷趨勢隨著環(huán)境的pH值而變化。（5） 壓力敏感性對煤層滲透率的影響宏觀上，孔隙度、滲透率隨地層壓力的增加而降低；同時煤層裂縫和割理在高圍壓下閉合，并且這種閉合有時是不可能恢復(fù)的。（3） 煤層水的性質(zhì)由于煤層氣開發(fā)區(qū)煤層埋藏淺、低溫低，當(dāng)煤層壓力和溫度降低或鉆井液與地層水不匹配是，產(chǎn)生CaCO3，CaSO4，Ca(OH)2等無機(jī)沉淀，對煤層割理、裂縫產(chǎn)生堵塞；高礦化度的煤層水引起進(jìn)入煤層段的鉆井液發(fā)生鹽析；高pH值的外來液侵入煤層中，與煤層中的可溶性腐植酸發(fā)生反應(yīng)，形成沉淀；甲烷氣和地表面張力的外來液發(fā)生反應(yīng)，可促成有機(jī)垢的形成。（2） 低孔隙壓力煤儲層壓力普遍偏低，疏松易碎，已發(fā)生井漏，對煤層產(chǎn)生大面積的損害。煤中裂隙的孔隙度較小，變化范圍為1%～6%，一般在2%左右。張性外生裂隙與巖石的張性裂隙一樣，規(guī)模較小，雁行排列。其中面割理通常是與層面平行或近平行，一般呈板狀延伸，連續(xù)性較好，是煤層中的主要內(nèi)生裂隙。在煤層的微孔中常填充了不同組成的物質(zhì)，這些物質(zhì)的組成和體積常隨著煤階的改變而變化。當(dāng)鉆開煤層后氣體從煤層內(nèi)表面解吸、擴(kuò)散，通過割理裂縫流到井內(nèi)。 煤層氣生儲空間結(jié)構(gòu)特征與常規(guī)天然氣儲層不同，煤既是生氣層又是儲氣層。煤成熟度是另一個重要的物理持性。煤巖根據(jù)亮度進(jìn)行分類，類似于沉積巖中的巖床。煤的基本微觀結(jié)構(gòu)可分為三個主要類別：鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和類脂組。煤的基本微觀結(jié)構(gòu)由各種各樣的巖化植物碎屑組成，諸如孢子、花粉、蠟、表皮和樹脂等。顯微煤巖進(jìn)一步結(jié)合形成宏觀的可見單元，稱為煤巖。每一種煤巖都有其不同的物理性質(zhì)，這些物理性質(zhì)或提高或阻礙煤層氣的生產(chǎn)。隨著煤成熟度的變化，鏡質(zhì)組含量也變化，對煤層氣有影響的其他重要物理性能也是如此。煤層具有不同于常規(guī)油氣層的特點(diǎn)，決定了煤層比常規(guī)油氣層更易受到損害。煤基質(zhì)微孔隙與一般砂巖孔隙結(jié)構(gòu)不同的是，煤層的孔隙大都是煤層本身整體結(jié)構(gòu)的一部分。根據(jù)在層面上的形態(tài)和特征，可以將割理分為面割理和端割理。剪性外生裂隙與煤層面以各種角度相交，可出現(xiàn)在煤層任何部位，裂隙凹凸不平，且有滑動痕跡多呈羽毛狀、波狀；裂隙間距較寬，常兩組并存。如果割理形成前后的構(gòu)造應(yīng)力場方向不變，早先的割理就會被進(jìn)一步強(qiáng)化，表現(xiàn)為部分割理由其發(fā)育的煤層向相鄰分層延伸擴(kuò)展，但方向保持不變，這部分裂隙稱為繼承性裂隙。當(dāng)用鉆井液鉆開煤層后，液體和高分子聚合物也會吸附在煤層上，一方面會誘發(fā)煤基質(zhì)的膨脹從而使?jié)B透率受到損害；另一方面聚合物在煤表面的多點(diǎn)吸附而形成膠凝層堵塞煤層的裂縫和割理系統(tǒng)，進(jìn)而傷害煤層。由于煤層割理裂縫發(fā)育，固相和液相侵入太深，鉆井液難以返排。在鉆開煤層時，鉆頭不適，會產(chǎn)生大量煤粉，堵塞井筒，使煤層中的氣體不能有效地流向井筒。（6） 電化學(xué)性質(zhì)煤的表面比常規(guī)砂巖或碳酸鹽巖的表面有更多的化學(xué)電荷。 鉆井液對煤儲層的傷害鉆井液對儲層的傷害主要有兩個因素：一是煤層對鉆井液的吸附或吸收，二是鉆井液中固相顆粒對煤層中裂隙通道的充填堵塞。由于煤中裂隙的孔隙度很低(1%～2%) ，且只有它才與煤層的滲透率有關(guān)， 并作為煤基質(zhì)中所含氣體的流通通道，所以，煤吸收液體后，即使煤基質(zhì)有輕微膨脹，也會引起裂隙孔隙度和滲透率的大幅度降低。鉆井液中顆粒分散的越細(xì)，越容易沿裂隙流動，使侵入半徑增大并“鑲嵌”在孔隙之中而無法清除，從而對儲層造成永久性的傷害。堿液進(jìn)入儲層，有利于粘土水化膨脹與分散，還可能與儲層流體中的無機(jī)離子形成鹽垢；③無機(jī)垢、有機(jī)垢堵塞。少量的膠體顆粒還有可能進(jìn)入煤層的基質(zhì)孔隙而影響氣體的解吸、擴(kuò)散和運(yùn)移，從而導(dǎo)致儲層的產(chǎn)氣量下降。如果儲層的能量不足以克服這附加的毛細(xì)管壓力，氣就不能將水段塞驅(qū)開而流向井筒，從而形成水鎖損害，導(dǎo)致氣層滲透率下降。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。因此，在鉆井過程中，很小的壓力變化都會引起滲透率的較大變化。鉆井壓力變化對儲層的傷害，通常由以下因素造成：一是鉆井液壓力有變化，二是鉆柱壓力有變化，三是起下鉆時引起的壓力激動。在欠平衡鉆井中，井內(nèi)鉆井液液柱壓力小于煤層的壓力，使作用在井筒附近的純應(yīng)力增高，引起煤層塑性變形，造成滲透率降低。另外，在欠平衡作業(yè)中，不相容流體及其懸浮的鉆屑侵入近井帶地層造成地層傷害的可能性明顯減少了，但因沒有濾餅充當(dāng)防止傷害性流體和固體顆粒探探地侵入地層的屏障而使地層喪失保護(hù)能力。在鉆進(jìn)中，由于巖粉和水的存在，加之鉆頭的磨光作用，會在孔壁表面形成一層很薄，但是滲透率很低，象陶瓷一樣的東西，這就是磨光或稱鉆孔拋光現(xiàn)象，拋光面在取出巖心的側(cè)面和巖心的表面能夠觀察到。第97頁（共96頁）保護(hù)煤層氣儲層的鉆井工藝技術(shù)2 保護(hù)煤層氣儲層的鉆井工藝技術(shù) 合理選擇鉆井工藝煤巖機(jī)械強(qiáng)度低，可鉆性好，但易破碎垮塌，造成井下復(fù)雜情況。煤層鉆進(jìn)過程中采用欠平衡鉆井方式的優(yōu)點(diǎn)有：（1）減少損害、有效保護(hù)煤層。（2）降低低壓煤層井漏風(fēng)險。采用欠平衡鉆進(jìn)，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(jī)械鉆速和壽命，縮短鉆井周期，降低綜合鉆井成本。而欠平衡鉆井條件下，鉆井過程中地層流體可以進(jìn)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(dá)到勘探目的。(6)在壓力較低的地層，使用空氣/泡沫作為