【正文】 對煤層吸附小的聚合物作提粘劑和降失水劑；進行鉆井液與煤及煤層水相溶實驗，以減少煤層水與濾液和煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；提高濾液的抑制能力，減少煤的吸附；降低鉆井液的失水，減少濾液對煤層的損害；采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo煤層的鉆井工藝措施，如采用近平衡鉆井技術(shù)，降低固相和液相對煤層的損害，減少壓力敏感性對煤層的損害；防止井漏，減少井漏對煤層的大面積污染；優(yōu)化鉆井水力參數(shù)設(shè)計，防止煤層井筒周圍的剪切應(yīng)力過大或過小而引起滲透率的降低；縮短完鉆和測試時間，減少鉆井液對煤層的浸泡時間。用對油層無傷害（或傷害低）的聚合物提高粘度?！Ｓ捎跉怏w本身密度低易行成欠平衡狀態(tài)，極大地提高了機械鉆速，避免了井漏和卡鉆問題，減少了儲層的傷害，避免了井漏和卡鉆問題，減少了儲層的傷害，增加儲量。據(jù)調(diào)研，出于對保護煤層不受傷害的需要，美國現(xiàn)大部分的煤層甲烷垂直井、水平井均采用空氣鉆井。在此范圍內(nèi)，表觀粘度是隨著剪切速率的增加而降低的，特別是在低剪切速率范圍內(nèi)變化幅度較大。硬泡沫用于需要泡沫壽命長，攜屑能力強的場所，其成本較低，但它對電解質(zhì)污染較敏感；穩(wěn)定泡沫則能與各類污染物、地層水配伍，故常被優(yōu)選采用。 聚合物的影響增加泡沫穩(wěn)定性的一種方法是增加液相黏度，比如加入水溶性聚合物，加入的聚合物質(zhì)量濃度越高，泡沫越穩(wěn)定，見圖2。　密度壓力溫度的影響如圖3所示，當(dāng)溫度一定時，泡沫鉆井液密度隨壓力增加而增加，而當(dāng)壓力增加到某一值時，鉆井液密度不再明顯增加；泡沫鉆井液密度隨溫度升高而降低[10]。以形成標準的模塊配置，便于快捷安裝、拆卸、維修和更換，適應(yīng)不同地域用戶的需求。為了能合理使用固控設(shè)備，還應(yīng)編寫固控設(shè)備現(xiàn)場操作指南，并針對不同的鉆井液類型及性能要求，對現(xiàn)場工人進行設(shè)備操作指導(dǎo)。，根據(jù)鉆機型號進行固控系統(tǒng)設(shè)計時，不同型號的固控系統(tǒng)其容量之間保持適當(dāng)?shù)拈g隔。因此，新設(shè)備的研制成功可以大大簡化固控設(shè)備配置及優(yōu)化工藝流程。國外某些振動篩的理論研究充分認識到了這一點，鉆井液從鉆井液分配器流出，在進入振動篩網(wǎng)之前，設(shè)置了一個鉆井液沖擊槽(如圖所示)，避免了鉆井液對篩網(wǎng)的直接沖刷，最大限度地減少井口返出的鉆井液所受的動切應(yīng)力，不但固相顆粒的受力和運動更加合理，而且減少鉆井液跑冒現(xiàn)象并增大鉆井液處理量，延長篩網(wǎng)的使用壽命。為了滿足大排量的要求，有時需要2～3臺振動篩并聯(lián)使用。旋流分離器[14]我國固控設(shè)備制造廠基本上都可制造旋流器，即除砂器、除泥器和微型旋流分離器。既然2臺除砂器的性能參數(shù)相同，應(yīng)該采用并聯(lián)的工藝流程，以互為備用或在快速鉆進時增大鉆井液的處理量。研發(fā)ZJC系列攪拌器，使效率達到85%以上，實現(xiàn)3年免維護?？傊?，鉆煤層氣井時，根據(jù)近平衡壓力鉆井中甲烷氣解吸后滑脫到井口時產(chǎn)生的最大壓力，來選用封井器的壓力級別。據(jù)調(diào)研，出于對保護煤層不受傷害的需要，美國現(xiàn)大部分的煤層。在鉆進中，對于循環(huán)槽和沉淀坑內(nèi)的巖屑要及時清理。因此對砂泵的研制主要采取優(yōu)化砂泵葉輪和渦殼結(jié)構(gòu)，改進砂泵密封結(jié)構(gòu)及材料，對過流部件選用耐磨性和工藝性優(yōu)良的新材料等措施，研制出零泄漏、1年免維護的新型砂泵。所以，很多用戶選擇2臺除砂器代替1臺除砂器、1臺除泥器的配套方案。我國目前生產(chǎn)的40m60m3離心機與國際品牌相比在處理能力、處理質(zhì)量、能量消耗及使用壽命方面有一定差距。在選用振動篩時，除了根據(jù)固相粒度分布選擇適合的篩網(wǎng)外，還應(yīng)考慮的另一個重要因素是篩網(wǎng)的許可處理量，振動篩的處理能力應(yīng)能適應(yīng)鉆井過程中的最大排量。重點放在提高振動篩在現(xiàn)場使用中的處理能力、壽命，使篩網(wǎng)目數(shù)達到200目，可將大于74μm的固相顆?；九懦皇褂秒p軸平動橢圓軌跡篩，合理布置激振器，采用合理的篩網(wǎng)繃緊方式乃至采用高強度材料和可靠的電機固定的裝置。③鉆井液罐體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計根據(jù)罐體容積及結(jié)構(gòu)形式，選擇最優(yōu)的起吊、拖、拽、拉的位置，選擇最優(yōu)制造加工材料，以滿足公路鐵路運輸要求，適合不同環(huán)境地域施工。確定原則：，確定容積的同時必須使罐上的設(shè)備布置合理，方便操作。 標準化制定出一整套標準化的系統(tǒng)設(shè)計，形成標準化零部件產(chǎn)品，并由此建立一套行業(yè)專業(yè)鉆井液固相控制系統(tǒng)產(chǎn)品標準。同時，在固控系統(tǒng)的系列化過程中，堅持設(shè)備匹配合理化，主要功能構(gòu)件和零部件模塊化，產(chǎn)品系列化、通用化、標準化、環(huán)?；?，得到一套科學(xué)、簡潔、經(jīng)濟性強、可操作性強的固控系統(tǒng)系列配套技術(shù)方案。靜置時間超過6h后，泡沫鉆井液的穩(wěn)定性變差。圖1　表面活性劑對泡沫性能的影響在泡沫比例達到平穩(wěn)階段之前，增加起泡劑的體積分數(shù)可增加泡沫的體積，但達到一定量后，表面活性劑質(zhì)量濃度對泡沫并沒有影響。泡沫流體一般分為硬膠泡沫和穩(wěn)定泡沫。泡沫流體的表觀粘度隨著泡沫質(zhì)量(氣體體積與泡沫總體積之比)的增大而增大，壓力表現(xiàn)出波動現(xiàn)象，說明此時氣液混合不勻。氣流體鉆井的優(yōu)點是：可大幅度降低壓差，大大提高機械鉆速，延長鉆頭使用壽命；減少對敏感地層的損害，保護低壓油氣層；可安全鉆穿易漏層。該鉆井液具有以下優(yōu)點：循環(huán)壓降小嗎；防塌抑制能力強，能有效的保護井壁；抗溫性能好，一般可達120℃；對鉆具腐蝕性小；極易生物降解，對環(huán)境污染??；易于配制，且維護簡單。此外，體系中還必須如防腐劑。用無機鹽的種類、濃度、配比調(diào)整鉆井完井液密度以滿足井下要求。圖2 負壓差設(shè)計流程圖預(yù)計負壓值鉆具組合數(shù)據(jù)井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)巖石力學(xué)數(shù)據(jù)合理的井底負壓值氣液產(chǎn)量小于設(shè)備除油氣能力計算隨鉆產(chǎn)氣量單位壓差隨鉆氣液產(chǎn)量負壓引起井壁失穩(wěn)負壓值大于水平井段環(huán)空壓好耗 優(yōu)選鉆井流體及固控措施（1） 無固相清潔鹽水鉆井無固相鉆井液適用于地層中存在有異常壓力層或井壁穩(wěn)定性差的煤層中。如果采用節(jié)流循環(huán)排氣降壓法不能將套壓維持在安全套壓范圍內(nèi)，這說明地層壓力比設(shè)計的地層壓力大得多，造成實際的欠壓值過大，給現(xiàn)場施工帶來很大的危險，此時現(xiàn)場應(yīng)采用前述的方法關(guān)井求壓，確定新的地層壓力。其原理可通過如下公式推導(dǎo)證明。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算公式[3] 。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。因此，當(dāng)隨鉆產(chǎn)氣量變化或氣體滑脫上升時，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。所以時，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。在此令Δp=pepw所以，Δp=Δp欠。其大小直接影響地層流體進入井筒內(nèi)的量的多少，其值過大，易造成產(chǎn)層的速敏和井口設(shè)備載荷過大或失控，造成重大的鉆井事故。而排量Q的確定根據(jù)泥漿最小返速： （2—6）根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗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。Ρ——鉆井液密度，g/ cm3。由記錄中查出壓井排量時的壓耗。反之，如果負壓差過小，井底的壓力波動，又容易超過欠平衡壓差量，形成瞬時正壓差或周期性的正壓差，形成對儲集層正壓差傷害。 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，它是影響到欠平衡鉆井的成敗的重要參數(shù)。 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。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。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)。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。（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。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。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。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。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?？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。(3) 大幅度提高鉆井速度。從煤儲層的儲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)點正是所希望的。 磨光現(xiàn)象和壓碎現(xiàn)象對煤儲層的傷害當(dāng)用純空氣作為鉆井介質(zhì)時，由于氣體傳熱能力很弱，如果在循環(huán)介質(zhì)中無液體存在，巖石一鉆頭之間將產(chǎn)生十分高的溫度。在正壓差作用下，鉆井液中的膠體顆粒和其它微細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，使儲層的滲透率降低。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度，使之比其它巖石更易受壓縮、破碎。由于表面張力作用，任何彎液面都存在一附加壓力，即毛細管壓力。當(dāng)進入儲層的外來液體(如泥漿)的礦化度與儲層中的粘土礦物不配伍時，將會引起粘土礦物水化膨脹、分散及絮凝沉淀，導(dǎo)致儲層滲透率降低；②儲層的堿敏性損害。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)。再過平衡鉆井中，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)。鉆井液中50μm以下的顆粒占90%，煤割理平、直、寬的特點可是顆粒侵入深度達幾米；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、裂縫和孔隙嚴重傷害。 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)，屬過渡類型。(2) 煤層氣儲層裂隙特征在總結(jié)前人對裂隙的分類的基礎(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程中煤物質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等的變化而產(chǎn)生的裂隙。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)是主要的儲氣空間，而裂隙是主要的滲透通道。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。煤層氣儲層特征及傷害機理分析煤層氣儲層保護的配套鉆井工藝技術(shù)研究畢業(yè)論文1 煤層氣儲層特征及傷害機理分析 煤層氣儲層特征煤是一種非常復(fù)雜的有機巖石，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)，這與無機巖石(如石英)中看見的礦物是相似的。例如，一種煤巖主要由鏡質(zhì)組組成，那么這種煤巖看起來非常亮；相反，富含惰質(zhì)組的煤巖看起來非常暗。煤層氣儲層孔隙結(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)。一般煤儲層中的孔隙大小約1～1000μm，而與一般砂巖的孔隙相比小一個數(shù)量級。劈理是指煤層存在層間滑動時，形成一系列波狀相互平行裂隙。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，會導(dǎo)致有進無處的大漏失。無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，此時滲透率并不能恢復(fù)到原來的水平，而且降低幅度很大。微粒的運移、粘土膨脹是導(dǎo)致地層滲透率低的主要原因。鉆進過程中屬于這種損害類型的有：儲層的水敏性損害。煤層的裂隙是地層中流體流動的基本空間，總的來說這些天然裂隙內(nèi)徑很小，因此可將其看作是無數(shù)大小不等、形狀各異、曲折的毛細管，當(dāng)外來流體侵入裂隙通道后，會將通道中原有的氣推向儲層深部，并在氣水界面形成一個凹向水相的彎液面。 鉆井壓力對煤儲層的傷害煤儲層的力學(xué)性質(zhì)與常規(guī)儲集巖不同，煤的彈性模量小，而泊松比較高。在過平衡鉆井時，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煤層的侵入速度和侵入半徑，從而造成儲層的滲透率降低。合理選擇非潤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，而這無疑增加了鉆井費用，這時可以考慮微過平衡鉆井工藝，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地層的傷害程度。煤層段鉆井技術(shù)措施是：放大鉆頭噴嘴尺寸，減少壓降及循環(huán)壓耗，防止射流沖蝕井壁；鉆具組合采用光鉆挺加隨鉆震擊器結(jié)構(gòu)，當(dāng)煤巖垮塌井下出現(xiàn)復(fù)雜情況時，能及時處理；煤層氣井的鉆井參數(shù)與常規(guī)油氣井相比，鉆壓、排量和泵壓較低；接單根前將井底煤層巖屑循環(huán)干凈，上提下放無阻卡后先提出方鉆桿再停泵，接單根后先開泵再慢慢下放鉆具；起鉆前循環(huán)鉆井液時，鉆頭應(yīng)避開煤層段；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)生壓力激動損害煤層。采用空氣鉆井可避免井漏，節(jié)約鉆井液成本。(5)延長鉆頭使用壽命。（9）可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣。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