欠平衡鉆井技術(shù)全套

欠平衡鉆井技術(shù)一、欠平衡鉆井的類型欠平衡鉆井分為兩種類型，即流鉆和人工誘導欠平衡鉆井。流鉆欠平衡鉆井，就是用合適密度的鉆井液（包括清水、混油鉆井液、原油、柴油、添加空心固體材料鉆井液等）進行的欠平衡鉆井；而人工誘導欠平衡鉆井，就是用充氣鉆井液、泡沫、霧、氣體作為循環(huán)介質(zhì)進行的欠平衡鉆井。一般而言，當?shù)貙訅毫Ξ斄棵芏却笥诨虻扔?.10g/cm3時，用流鉆欠平衡鉆井，否則可用人工誘導欠平衡鉆井。這兩類方法不是絕對的，實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展了空氣鉆井、氮氣鉆井、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)。1.氣體鉆井技術(shù)氣體鉆井技術(shù)是指采用空氣、天然氣、廢氣和氮氣鉆井，密度適用范圍為0～0.02g/cm3。采用空氣欠平衡鉆井可較大地節(jié)約鉆井材料費用。采用氮氣鉆井，主要優(yōu)點是氮氣和烴氣的混合物不易燃燒，可消除井下著火的可能性。采用天然氣鉆井，天然氣排放到大氣時，會形成易燃的混合物，存在著火的潛在危險，對大氣也有污染。2.霧化鉆井技術(shù)霧化鉆井技術(shù)的密度適用范圍為0.002～0.040g/cm3，氣體體積為混合物體積的96.0%～99.9%。在空氣鉆井過程中，如出現(xiàn)少量的地層水，通常做法是將空氣鉆井轉(zhuǎn)變成霧化鉆井。霧化鉆井的具體做法是，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)出的水就會分散成不連續(xù)的液滴。3.泡沫鉆井技術(shù)泡沫鉆井技術(shù)的密度適用范圍為0.04～0.60g/cm3，井口加回壓時可達到0.8g/cm3以上，氣體體積為混合物體積的55%～96%。泡沫用作鉆井的循環(huán)流體，它具有靜液柱壓力低、漏失量小、攜屑能力強、對油氣層損害小等特點，適用于低壓、易漏、水敏性地層。欠平衡泡沫鉆井技術(shù)是應(yīng)用較為廣泛的一項鉆井技術(shù)。4.充氣鉆井液鉆井技術(shù)充氣鉆井液鉆井技術(shù)包括通過鉆桿和井下注氣兩種方式。井下注氣是通過寄生管、同心管在鉆進的同時向鉆井液中連續(xù)注氣。其密度適用范圍為0.7～0.9g/cm3或更高，氣體體積低于混合物體積的55%。充氣鉆井液的連續(xù)相通常為未稠化的液體，如水、鹽水、柴油或原油等，氣相為氮氣、空氣或其他氣體。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數(shù)。5.高壓地層的欠平衡鉆井技術(shù)隨著欠平衡鉆井技術(shù)的進一步發(fā)展及能承受高壓的旋轉(zhuǎn)防噴器引入油田，發(fā)展了使用液體鉆井液對高壓地層進行欠平衡鉆井技術(shù)，這種技術(shù)國外稱為FlowDrilling（國內(nèi)譯為"邊噴邊鉆"）。欠平衡鉆井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)包括產(chǎn)生和保持欠平衡條件、井控技術(shù)、產(chǎn)出流體的地面處理和電磁隨鉆測量技術(shù)等。近年來，欠平衡鉆井技術(shù)的進展主要集中在井控、鉆井液、程序設(shè)計、特殊工具等方面。國外已經(jīng)成熟運用新一代欠平衡鉆井技術(shù)，即在鉆進、接單根、換鉆頭、起下鉆等全部作業(yè)過程中始終保持井下循環(huán)系統(tǒng)中流體的靜水壓力小于目標油氣層壓力。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，在整個作業(yè)過程中因不連接鉆桿，可始終保持負壓條件，能有效地減少地層損害和鉆井安全可靠等優(yōu)點，適合其他欠平衡鉆井方法不適合的高壓和含H2S地層的鉆井。同時，欠平衡鉆井技術(shù)也越來越多地與水平井、開窗側(cè)鉆、多分支井及小井眼鉆井技術(shù)相結(jié)合，有效地開發(fā)了一些新老油田，其應(yīng)用范圍日益廣泛。欠平衡完井是欠平衡鉆井的延伸，如欠平衡鉆井后不能進行欠平衡完井，那么就不能充分發(fā)揮欠平衡鉆井發(fā)現(xiàn)和保護油氣層的優(yōu)勢。二、欠平衡鉆井的必備條件1.準確掌握地層壓力欠平衡鉆井必須首先準確掌握所鉆地層的三個壓力系數(shù)（破裂、孔隙、坍塌）。只有準確掌握地層壓力系數(shù)，特別是地層孔隙壓力，才能有效確定井身結(jié)構(gòu)、鉆井流體密度、欠壓值、所采用的井口裝置及鉆井施工措施，否則易使欠平衡鉆井達不到預(yù)期目的。2.所鉆井或井段井壁穩(wěn)定、儲層適合欠平衡鉆井經(jīng)驗認為，實施欠平衡井段以上地層應(yīng)是穩(wěn)定的，或?qū)Σ环€(wěn)定井段下入技術(shù)套管加以封隔。同時要掌握欠平衡井段層位的物化性能，判定是否可進行欠平衡鉆井。3.配備相應(yīng)的地面裝備除具有常規(guī)鉆井井口井控裝置和節(jié)流管匯外，井口還應(yīng)增加一個相應(yīng)尺寸的單閘板防噴器和旋轉(zhuǎn)防噴器、液動閘閥及液氣分離器、油水分離器、真空除氣器、燃燒管線及火炬、安全可靠的點火系統(tǒng)、防回火裝置、循環(huán)系統(tǒng)的各種電器防爆裝置、流量計等。當?shù)貙訅毫ο禂?shù)較小時，要實現(xiàn)欠平衡鉆井還應(yīng)另配充氣（或霧化、泡沫、氮氣）裝置。在條件允許的情況下，應(yīng)配備強行起下管串設(shè)備，以滿足低壓低滲產(chǎn)層欠平衡鉆井作業(yè)不壓井強行起下管柱的需要。4.配備相應(yīng)的監(jiān)測儀器該種鉆井需配備地質(zhì)錄井儀、套壓表、立管壓力表、環(huán)空壓力測試儀、二氧化碳、硫化氫、天然氣報警儀、天然氣流量計等儀器儀表。5.制定一套安全操作規(guī)程和因地制宜的施工措施該種鉆井需制定行之有效的工藝技術(shù)措施、應(yīng)急措施、井控操作規(guī)程和HSE規(guī)定等。6.配齊訓練有素的技術(shù)人員和熟練的操作人員在欠平衡井場，要求指令下達果斷、準確和及時，人員操作熟練、持證上崗、態(tài)度端正、工作細致，組織分工明確、管理嚴格。三、欠平衡鉆井工藝技術(shù)欠平衡鉆井技術(shù)與常規(guī)鉆井技術(shù)不同之處主要在于它是允許地層流體進入井筒內(nèi)，核心就是井底壓力的研究與控制。井底負壓值的大小直接影響到地層流體進入井筒內(nèi)量的多少，關(guān)系到能否安全、快速鉆進。井底壓力控制是欠平衡鉆井成功的關(guān)鍵，能否設(shè)計和保持—個理想的欠平衡狀態(tài)會影響到整體勘探開發(fā)效果。1.欠平衡鉆井技術(shù)中井底的壓力控制欠平衡鉆井技術(shù)將平衡控制的概念應(yīng)用于井筒壓力體系中，采用控制環(huán)空井口回壓的方法達到使井底環(huán)空壓力低于地層流體壓力，從而實現(xiàn)壓力欠平衡。通常，對于地層壓力系數(shù)為1.00～1.10的地層，采用常規(guī)鉆井液欠平衡鉆進;對于地層壓力系數(shù)在0.50～1.00的地層，利用充氣無固相鉆井液實現(xiàn)欠平衡較好;而對于地層壓力系數(shù)在0.5以下的地層，則可采用泡沫、空氣等鉆井流體鉆進。因此，在對地層壓力系數(shù)充分了解的前提下，通過對鉆井液液柱壓力的控制來對井底壓力進行有效控制，使欠平衡鉆井的實施具備了可行性。受井口裝置、地質(zhì)條件等因素的制約，井口壓力需保持在設(shè)計的范圍內(nèi)，井底負壓值也不宜過大，在實鉆中需通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制井口壓力和井底負壓差。在調(diào)節(jié)節(jié)流閥時需收集立壓、套壓、油（氣）量、鉆井液密度等相關(guān)參數(shù)，并制定相關(guān)操作規(guī)程。（1）油氣侵入量增大時的調(diào)節(jié)原則

隨著油氣侵入量的增大，環(huán)空液柱壓力減小，井底負壓值增大，同時由于大量油氣的侵入，套壓隨之升高。為了使井底負壓差值穩(wěn)定在設(shè)計范圍內(nèi)，應(yīng)關(guān)小節(jié)流閥，使泵壓升高（泵壓升高值即為減少的井底負壓值）。由于需要一個循環(huán)周才能將侵入的油氣攜帶出來，控制效果只有在—個循環(huán)后才能有顯示。因此，在這期間，絕不能因油氣量的增加而繼續(xù)增大回壓，以免造成過平衡鉆進或壓漏、壓死目的層。（2）排量不變、泵壓下降時的調(diào)節(jié)原則

在欠平衡鉆進時，排量不變，如果泵壓下降，在排除鉆頭水眼、鉆具或泵等故障的前提下，可以判斷為鉆過油氣層，因為油氣柱在環(huán)空中上升、膨脹而造成液柱壓力降低。此時，應(yīng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升到原值以便控制井底壓力不變。在此期間應(yīng)隨時注意泵壓的變化，當泵壓繼續(xù)減小時，繼續(xù)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升，避免欠平衡鉆進過程中油氣侵入量急劇增加而導致壓力失控。2.欠平衡鉆井井控技術(shù)（1）欠平衡鉆井井控

由于欠平衡鉆井井底存在負壓，所以井控技術(shù)是欠平衡鉆井安全實現(xiàn)的保證。實現(xiàn)欠平衡鉆井，必須使用技術(shù)規(guī)定的井控設(shè)備，并保持設(shè)備完好、靈活。欠平衡鉆井是通過旋轉(zhuǎn)防噴器（或旋轉(zhuǎn)控制頭）和節(jié)流管匯控制井底壓力，允許井涌和適度井噴。只有在井口回壓（套壓）超過一定值時，才采用常規(guī)井控技術(shù)來控制井底壓力，以防止井噴失控。欠平衡鉆井不存在一級井控階段。欠平衡鉆進過程中若套壓升高，升高值至7MPa不再變化，可選用密度稍高的鉆井液循環(huán)或采用回壓控制。若套壓逐漸升至7MPa以上，并且繼續(xù)升高，應(yīng)關(guān)井，適度放噴，進行壓井作業(yè)。（2）井口裝置

目前，常用的欠平衡鉆井井口可以分為三級。①一級井口裝置。一級井口裝置自下而上分別是套管頭、單閘板防噴器、鉆井四通、雙閘板、環(huán)形防噴器和旋轉(zhuǎn)頭。圖1是最基本的一級井口裝置。一級井口裝置風險最大，對裝備級別要求最高，地面環(huán)境要求高，適用于探井和含少量硫化氫或二氧化碳氣井?？筛鶕?jù)具體井下情況增加雙閘板防噴器、單閘板防噴器和四通及高壓排除管匯。②二級井口裝置。二級井口裝置自下而上分別是套管頭、鉆井四通、雙閘板、環(huán)形防噴器和旋轉(zhuǎn)頭，見圖4。二級井口裝置屬中等裝備級別，適用于風險不大，地層壓力低于35MPa的井，適用于無硫化氫的生產(chǎn)井以及對產(chǎn)層壓力和流體性質(zhì)資料掌握較好的油氣藏。③三級井口裝置。三級井口裝置自下而上分別是套管頭、鉆井四通、雙閘板和旋轉(zhuǎn)頭，見圖5。三級井口裝置裝備級別最簡單，適用于無大風險、低壓油井、原油稠和溶解氣少的生產(chǎn)井。3.欠平衡鉆井的鉆具組合欠平衡鉆井一般采用斜坡接頭鉆桿，如果在欠平衡狀態(tài)下進行起下鉆作業(yè)，鉆具組合中嚴禁使用螺旋鉆鋌，不帶頂驅(qū)的鉆機應(yīng)使用六方鉆桿。為防止接單根、起下鉆過程中鉆柱內(nèi)液氣外溢或失控，在鉆具組合中應(yīng)安裝內(nèi)防噴工具。內(nèi)防噴工具的連接主要考慮工作方便和不互相干擾，在保證安全的前提下，以少接為妥（內(nèi)防噴工具安裝的位置和數(shù)量沒有固定的模式，應(yīng)根據(jù)施工的具體需要而定）。常規(guī)鉆具組合如下。①鉆頭＋鉆鋌＋回壓閥＋投入式止回閥＋18°斜坡接頭鉆桿＋下旋塞十六方鉆桿＋上旋塞。②鉆頭＋回壓閥＋鉆鋌＋投入式止回閥＋18°斜坡接頭鉆桿＋下旋塞＋六方鉆桿＋上旋塞。根據(jù)需要，還有在井內(nèi)鉆柱中適當位置接旁通閥的，也有接下旋塞的;旋塞與箭形回壓閥成對使用時，旋塞在上，回壓閥在下。其中回壓閥也有串接兩只的，回壓閥也可用閥瓣帶小孔的浮閥。要求六方鉆桿與鉆桿接頭外徑接近，如88.9mm