欠平衡鉆井知識(shí)

1、、什么是欠平衡鉆井：欠平衡鉆井是指鉆井過(guò)程中鉆井液液柱壓力低于地層孔隙壓力，允許地層流體流入井眼、 循環(huán)出并在地面得到有效控制的一種鉆井方式。欠平衡鉆井具有能提高硬地層的機(jī)械鉆速， 減少循環(huán)漏失和壓差卡鉆等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得發(fā)展。推動(dòng)欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，其主要原因 是減少和防止水平井鉆井中鉆井液對(duì)地層的損害。早期的欠平衡鉆井所采用的循環(huán)介質(zhì)為空氣，后來(lái)相繼發(fā)展了用氮?dú)?、天然氣、霧、泡 沫或空氣的輕質(zhì)低密度鉆井液的欠平衡鉆井技術(shù)，主要用于鉆低壓地層。隨著欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)一步成熟及井控設(shè)備的發(fā)展（承受高壓的旋轉(zhuǎn)防噴器引入油田 后），又發(fā)展了用液體鉆井液（清水、鹽水、油基、水基鉆井液）對(duì)高壓地層進(jìn)行欠

2、平衡鉆 井的技術(shù)，如Flow Drilling（國(guó)內(nèi)譯為邊噴邊鉆）、鉆井液帽鉆井、不壓井鉆井等技術(shù)。 旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)：九十年代得以充分發(fā)展的欠平衡鉆井技術(shù)是旋轉(zhuǎn)鉆井的發(fā)展和繼續(xù)，是鉆井工作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng) 期實(shí)踐針對(duì)中、低壓油藏所采用的科學(xué)對(duì)策。由于減少了壓差，阻止了濾液和固相進(jìn)入儲(chǔ)集 層，因而能夠最大限度地去發(fā)現(xiàn)和保護(hù)中、低壓油藏，以獲取比常規(guī)過(guò)壓鉆井高得多的經(jīng)濟(jì) 效益。另外，欠平衡鉆井還可以克服液柱的壓持效應(yīng)，提高破巖效率，解放鉆速，縮短建井 周期，減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)集層的浸泡時(shí)間，可以安全鉆過(guò)嚴(yán)重水敏性地層及漏失層，避免大量 鉆井液漏失而降低了鉆井成本。這些優(yōu)點(diǎn)，使得美國(guó)和加拿大的欠平衡鉆井?dāng)?shù)已經(jīng)占其

3、總鉆 井?dāng)?shù)目的1/3或更多，欠平衡鉆井技術(shù)還剛剛起步，截止到去年底，大約有100多口井采 用欠平衡施工，且相繼成立了大港欠平衡鉆井公司、四川欠平衡鉆井公司和新疆欠平衡鉆井 公司。二、欠平衡鉆井的分類欠平衡鉆井技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，至目前，國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了空氣鉆井、氮?dú)忏@井、天然氣 鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井液鉆井、邊噴邊鉆等多種欠平衡鉆井技術(shù)?？諝馇菲胶忏@井技術(shù)，是指空氣作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行欠平衡鉆井，是最早發(fā)展的一種欠平衡鉆 井技術(shù)。由于該技術(shù)是直接使用大氣中的空氣，所以可較大地節(jié)約鉆井材料費(fèi)用。氮?dú)忏@井技術(shù)，在欠平衡鉆井中，氮?dú)饽苡米縻@井液，或作為鉆井液的一種組成成分。主要 的優(yōu)點(diǎn)勝過(guò)空

4、氣鉆井，因氮?dú)夂蜔N氣的混合物不易燃燒，這樣，可消除井下著火的可能性。 天然氣鉆井技術(shù)，在天然氣鉆井中，使用天然氣如同使用氮?dú)饣蚴褂每諝庖粯?，可用作欠?衡鉆井的循環(huán)介質(zhì)。在鉆含油氣地層時(shí)，使用天氣然鉆井或防止井下氣體混合物著火。然而， 不同于氮?dú)饣蚩諝?，天然氣?dāng)它排放到大氣中時(shí)，一定會(huì)形成一種易燃的混合物。這種固有 的較高的地面著火的潛在危險(xiǎn)。使用天然氣的鉆井方法與使用空氣或氮?dú)忏@井有一些不同。 霧化鉆井技術(shù)，在空氣鉆井過(guò)程中，如出現(xiàn)少量的地層水流，通常作法是將空氣鉆井轉(zhuǎn)變成 霧化鉆井。霧化鉆井的具體作法是，在壓縮的空氣流未注入鉆柱之前，向其注入少量的含有 起泡劑的水。注入的這種液體與地層產(chǎn)出

5、的水就會(huì)分散成不連續(xù)的（獨(dú)立的）液滴的霧，這 種霧流速度與氣流速度相同。泡沫鉆井技術(shù)，泡沫可用作鉆井的循環(huán)流體，泡沫流體為氣液兩相構(gòu)成的乳化液，它具有靜 液柱壓力低、漏失量小、攜屑能力強(qiáng)、對(duì)油氣層損害小等特點(diǎn)。適用于低壓、易漏、水敏性 地層、欠平衡泡沫鉆井技術(shù)是目前國(guó)外應(yīng)用較為廣泛的一項(xiàng)鉆井技術(shù)。充氣鉆井液鉆井技術(shù)，雖然充氣鉆井液很早就用于油氣工業(yè)，但是，在50年代早期在美國(guó) 猶他州的Emery縣才第一次使用充氣鉆井液鉆井。當(dāng)時(shí)，是使用充氣泥漿作為鉆井液，主 要用途是避免因使用泥漿鉆井時(shí)的井漏，而不是特定用于欠平衡鉆井，近年來(lái)，由于水平井 鉆井的迅速發(fā)展，為了避免水平鉆井中的地層損害，在加拿大

6、、美國(guó)及世界上其他地區(qū)，使 用充氣液體作為鉆井液已被用于欠平衡鉆井。充氣鉆井液的連續(xù)相通常為未稠化的液化，如 水、鹽水、柴油、或原油等，氣相為氮?dú)狻⒖諝饣蚱渌鼩怏w。充氣鉆井液一般不含有表面活 性劑，在井下具有較高的液體體積分?jǐn)?shù)。使用充氣鉆井流的井底壓力通常高于用霧、泡沫等 其它輕質(zhì)鉆井液的井底壓力。充氣鉆井液的有效密度通常為 4ppg7ppg （0.48g/cm30.48g/cm3）。邊噴邊鉆技術(shù)，隨著欠平衡鉆井技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成熟及能承受高壓的旋轉(zhuǎn)也噴器引入油田 后，發(fā)展了使用液體鉆井液對(duì)高壓地層進(jìn)行欠平衡鉆井技術(shù)，這種技術(shù)國(guó)外稱為Flow Drilling （國(guó)內(nèi)譯為邊噴邊鉆）。嚴(yán)格地講，

7、欠平衡鉆井都是邊噴邊鉆，本部分所介紹的邊噴邊鉆系 指涉及到用液體鉆井液進(jìn)行的欠平衡鉆井作業(yè)，另外的含意是利用自然欠平衡狀態(tài)進(jìn)行的鉆 井作業(yè)。三、欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)欠平衡鉆井技術(shù)已經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，但人們對(duì)欠平衡鉆井的優(yōu)點(diǎn)是逐漸認(rèn)識(shí)的，早期， 人們只認(rèn)識(shí)到欠平衡鉆井能提高硬地層的機(jī)械鉆速，減少井漏及壓差卡鉆，而現(xiàn)在已進(jìn)一步 認(rèn)識(shí)到，欠平衡鉆井還能減少地層損害，提高產(chǎn)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣井地層等眾多優(yōu)點(diǎn)，這些 均到現(xiàn)場(chǎng)證實(shí)。欠平衡鉆井能提高鉆井的機(jī)械鉆速欠平衡鉆井能提高鉆頭使用壽命欠平衡鉆井可防止壓差卡鉆和減少井眼循環(huán)漏失欠平衡鉆井能減少地層損害正由于欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用，特別是在水平井中的應(yīng)用，

8、可減少或消除鉆井時(shí)的地層損害， 增加油氣產(chǎn)量，推動(dòng)了美國(guó)和加拿大廣泛開(kāi)展欠平衡鉆井的熱潮。如Joseph 1995年報(bào)道， 在路易斯安中部的奧期丁的白堊地層采用欠平衡鉆井方式鉆了一口深水平井，該井天然氣產(chǎn) 量為該地區(qū)用常規(guī)過(guò)平衡鉆的水平井的最高產(chǎn)量的7倍。在加拿大，一些公司應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)鉆水平井的產(chǎn)量，比用常規(guī)方法鉆的井高10倍。 欠平衡鉆井，除上述優(yōu)點(diǎn)外，還有利于環(huán)境保護(hù)和降低增產(chǎn)措施作業(yè)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。四、實(shí)施欠平衡鉆井的條件有很多不同技術(shù)能確保達(dá)到預(yù)期的欠平衡條件，目前，主要的方法是控制用于循環(huán)的鉆井液 的密度，使鉆井液在井筒內(nèi)形成的靜液液柱壓力低于地層孔隙壓力，而鉆井液可以是單獨(dú)的 氣

9、相或液相，也可以是氣液兩相混合。氣相和氣液兩相鉆井液可人工誘導(dǎo)產(chǎn)生欠平衡條件， 而液相鉆井液可利用地層較大的壓力而自然形成欠平衡條件。氣態(tài)鉆井液，在欠平衡鉆井技術(shù)中，最簡(jiǎn)單最早的欠平衡鉆井技術(shù)是采用干燥空氣作為鉆井 液。后來(lái)選用天氣然作為鉆井液。當(dāng)在產(chǎn)氣區(qū)鉆井或接近天然氣管線的區(qū)域使用天然氣鉆井， 成本是較低的。另一種選擇的氣體是用惰性氮?dú)獯婵諝庾鳛檠h(huán)介質(zhì)。氮?dú)饪梢允且旱?或在現(xiàn)場(chǎng)用中空纖維膜制氮裝備生產(chǎn)的氮?dú)狻，F(xiàn)場(chǎng)制氮這種方法，目前國(guó)外普遍采用。兩相鉆井液，從單一的氣相和單一的液體的所液兩相的混合就可獲得任一所期望得到的鉆井 液密度。氣體和液體的混合物，有時(shí)也稱為輕質(zhì)鉆井液（低密度鉆井

10、液），按氣相和液相的 結(jié)構(gòu)及相對(duì)體積數(shù)，輕質(zhì)鉆井液又分為霧、泡沫和充氣鉆井液，在通常的壓力和溫度情況下， 它們的結(jié)構(gòu)及性能取決了氣相和液相的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)。不同的鉆井液具有不同的密度。液態(tài)鉆井液，當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫νǔ３^(guò)同一深度的淡水或鹽水靜液壓力時(shí)，使用常規(guī)液鉆井 液，控制鉆井液的密度就可利用地層壓力自然形成欠平衡條件。五、國(guó)內(nèi)開(kāi)展欠平衡鉆井情況在國(guó)內(nèi)，主要在四川，早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了邊噴邊鉆作業(yè)實(shí)踐，在90年代中后期， 該技術(shù)在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展，并已取得顯著的成效。盡管如此，與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井技 術(shù)在規(guī)模及裝備方面存在較大差距，基于上述情況，提出如下建議：進(jìn)一步研究欠平衡鉆井工藝技

11、術(shù)。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)已進(jìn)行了一些理論上的研 究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范圍較窄，過(guò)去的研究工作，主要放在自然形成 欠平衡條件下的邊噴邊鉆技術(shù)上，其它方式的欠平衡鉆井技術(shù)，如使用空氣、氮?dú)?、泡沫?充氣鉆井液進(jìn)行欠平衡鉆井，還很少涉及到，或者還沒(méi)有深入地涉及到，所以需擴(kuò)大研究?jī)?nèi) 容。欠平衡鉆井是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)性大、施工難度高的系統(tǒng)工程，為確保施工安全，達(dá)到 預(yù)期的欠平衡鉆井的效果，做到有預(yù)見(jiàn)性和科學(xué)性，在欠平衡鉆井中應(yīng)開(kāi)展數(shù)值模擬研究， 在研究中需建立精細(xì)的多個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行欠平衡鉆井?dāng)?shù)值模擬，以此優(yōu)化各項(xiàng)鉆井參數(shù)，為 欠平衡鉆井設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。國(guó)外欠平衡鉆井主要用

12、于鉆水平井，因水平井段暴露在鉆井液中的地層面積較多，時(shí)間也 較長(zhǎng)，易于被污染，而欠平衡鉆井具減少地層損害的最大優(yōu)勢(shì)，由此可獲得巨大效益，對(duì)于 這種情況，國(guó)外已有較多的鉆井事例。而國(guó)內(nèi)目前已由用欠平衡鉆的井多數(shù)是直井，為了進(jìn) 一步增大欠平衡鉆井的效益，國(guó)內(nèi)應(yīng)擴(kuò)大欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用研究，使其不僅適用于直井， 也適用于水平井和定向井。國(guó)外在欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用中，重視欠平衡鉆井技術(shù)的選擇和正確的設(shè)計(jì)，這也是欠平 衡鉆井成敗的關(guān)鍵，這點(diǎn)也值得我們重視。國(guó)內(nèi)雖然利用欠平衡鉆井技術(shù)鉆了一定數(shù)量的井，但與國(guó)外，特別是加拿大和美國(guó)的欠平 衡鉆井?dāng)?shù)相比，差跟甚大，所以應(yīng)增大欠平衡鉆井井?dāng)?shù)，以提高欠平衡鉆井的規(guī)

13、模效益。欠平衡完井，是欠平衡鉆井的延伸，如欠平衡鉆井后不能進(jìn)行欠平衡完井，那么，欠平衡 鉆井就失云了應(yīng)有的作用。這方面的技術(shù)，國(guó)內(nèi)雖然有一些簡(jiǎn)單的完井方法，但非常欠缺， 急需研究提高。隨著欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展外發(fā)展了一些較先進(jìn)的欠平衡鉆井地面設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)防噴器 （額定的動(dòng)密封壓力已達(dá)17.5MPa）、閉式四相分離處理系統(tǒng)等，這為安全、有效地欠平衡鉆井提供了必要條件，有些設(shè)備國(guó)內(nèi)有些油田已引進(jìn)。而國(guó)內(nèi)也早在80年代就開(kāi)始進(jìn)行研 制旋轉(zhuǎn)防噴器和鉆井液/氣體分離器，但這些設(shè)備在某些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上及技術(shù)指標(biāo)上，與國(guó)外 相比，還有一些差距，因此，還需在吸收國(guó)外設(shè)備先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)的研制工作， 使其

14、系列配套，滿足欠平衡鉆井的需要。在使用可壓縮性氣體或充氣鉆井液的鉆井中，應(yīng)用常規(guī)的脈沖隨鉆測(cè)量工具和泥漿馬達(dá)受 到限制。雖然國(guó)外在這方面作了研究改進(jìn)，發(fā)展了電磁隨鉆測(cè)量工具和空氣馬達(dá)，但電磁測(cè) 量工具受一定深度的限制，空氣馬在使用壽命還存在一定問(wèn)題，在這些方面，國(guó)內(nèi)可作一些 探索性的研究。9.欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，具有鉆井效率高，在整個(gè) 作業(yè)過(guò)程中因不連接鉆桿，可始終保持負(fù)壓條件，能有效地減少地層損害，鉆井安全可靠等 優(yōu)點(diǎn)，由于這些優(yōu)點(diǎn)，適合其它欠平衡鉆井方法不適合的高壓和含H2S地層的鉆井。國(guó)外 已大力發(fā)展，而我們國(guó)內(nèi)不未涉及，對(duì)此，國(guó)內(nèi)就手對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行一些理論上的探索和研 究，以便了解和認(rèn)識(shí)該項(xiàng)技術(shù)，為發(fā)展該技術(shù)打下基礎(chǔ)。欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，最適宜淺油氣層、小井眼鉆井、老井加深 及側(cè)鉆，特別是低壓或枯竭油氣藏的側(cè)鉆水平井，我們國(guó)內(nèi)有一定數(shù)量的老井加深、老井側(cè) 鉆、小井眼鉆井、淺氣層及低壓油氣藏的鉆井，而目前國(guó)內(nèi)有些油田正在大力開(kāi)展欠平衡鉆 井。因此，利用該項(xiàng)技術(shù)提高這些井的鉆井效率、降低鉆井成本、提高油氣采收率具有較大 的潛力，建議發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。為了縮短研究周期的減少研制費(fèi)用，在發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)中，充發(fā)利用國(guó)內(nèi)趕緊的用于修井 作業(yè)的連續(xù)油管裝置，在此基礎(chǔ)上，有選擇性的引進(jìn)或自行