欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

中國石油大學(xué)〔華東〕現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕題目：欠平衡鉆井技術(shù)開展現(xiàn)狀及前景學(xué)習(xí)中心：山東煙臺函授站年級專業(yè)：網(wǎng)絡(luò)11秋石油工程〔鉆井〕學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱：導(dǎo)師單位：中國石油大學(xué)〔華東〕遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時間：2013年6月1日中國石油大學(xué)〔華東〕現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書發(fā)給學(xué)員1．設(shè)計(jì)(論文)題目：欠平衡鉆井技術(shù)開展現(xiàn)狀及前景2．學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限：2013年6月1日至2013年3．設(shè)計(jì)(論文)課題要求：4．實(shí)驗(yàn)〔上機(jī)、調(diào)研〕局部要求內(nèi)容：5．文獻(xiàn)查閱要求：6．發(fā)出日期：2013年6月7．學(xué)員完成日期：2013年8月指導(dǎo)教師簽名：學(xué)生簽名：注：此頁由指導(dǎo)教師填寫摘要欠平衡鉆井是國際上90年代初再次興起的提高勘探開發(fā)效益的鉆井新技術(shù)。本文首先介紹了欠平衡鉆井的基木概念、優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用條件；然后又介紹了實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的主要方法及關(guān)鍵技術(shù)；又介紹了國內(nèi)外欠平衡鉆井的開展歷程及現(xiàn)狀和技術(shù)水平；最后針對欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用條件，例舉了國內(nèi)外成功使用欠平衡鉆井的應(yīng)用實(shí)例，同時也提出了我圍欠平衡鉆井技術(shù)的前景和面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：欠平衡鉆井技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)，鉆井液，壓力系數(shù)，勘探開發(fā)目錄第1章前言11.1欠平衡鉆井技術(shù)的含義11.2欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)勢11.3欠平衡鉆井技術(shù)的分類11.4欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：2l.5適合采用欠平衡鉆井的地層31.6欠平衡鉆井的條件3井眼條件3地面裝備條件3第2章欠平衡鉆井技術(shù)的開展歷程及研究現(xiàn)狀42.1欠平衡鉆井技術(shù)的開展歷程42.2國外欠平衡鉆井技術(shù)開展現(xiàn)狀4高壓旋轉(zhuǎn)分流器一防噴器系統(tǒng)4液流導(dǎo)向系統(tǒng)5地面別離系統(tǒng)5隔水管帽旋轉(zhuǎn)防噴器系統(tǒng)5實(shí)用隔水管裝置5地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52.3國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀6第3章欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用實(shí)例83.1平衡鉆井技術(shù)在國外的應(yīng)用實(shí)例83.2欠平衡鉆井技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用實(shí)例9新疆油田9四川油田10第4章欠平衡鉆井技術(shù)的開展前景展望114.1對欠平衡鉆井技術(shù)的需求114.2欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)勢11減少對油氣層的傷害，有效保護(hù)油氣層，提高油氣井的產(chǎn)量11實(shí)時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況，及時評價低壓低滲油氣層12有效控制漏失，減少和防止壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況的發(fā)生，減少作業(yè)和相關(guān)的費(fèi)用12提高機(jī)械鉆速，延長鉆頭使用壽命，縮短鉆井周期，降低鉆井本錢12可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣124.3應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)注意的問題13地層是否適用欠平衡鉆井13選擇合理的鉆井液13平安問題14第5章結(jié)論15參考文獻(xiàn)17致謝18第1章前言1.1欠平衡鉆井技術(shù)的含義在鉆井過程中，利用自然條件或采取人工方法，在可以控制的條件下，使井筒內(nèi)鉆井液液柱壓力低丁所鉆地層的壓力，從而在井筒內(nèi)形成負(fù)壓，這一鉆井過程叫欠平衡鉆井。利用自然條件，是指地層壓力較高，采用常規(guī)鉆井液就能夠在井筒內(nèi)形成負(fù)壓。采用這種方式進(jìn)行欠平衡鉆井，小需要向鉆井液中參加使密度降低的外加劑，也小需要向鉆井液中充入外劑的輔助設(shè)備及其它外圍輔助設(shè)備，因而鉆井本錢也較低。國內(nèi)大多數(shù)油出都有利用自然條件進(jìn)行欠平衡鉆井的區(qū)塊。采用人工方法在井筒內(nèi)形成負(fù)壓，主要是因?yàn)榈貙訅毫^低，采用常規(guī)鉆井液無法形成負(fù)壓，需要向鉆井液中充入使鉆井液密度減低的外加劑。造成地層低壓的原因，或者是地層原始壓力本身就比擬低，或者是老開發(fā)區(qū)內(nèi)長期開采使儲層壓力大幅度降低。采用人工方式進(jìn)行欠平衡鉆井，需要在鉆井液中參加減輕劑和使用減輕劑制備與充入設(shè)備包括井筒內(nèi)工具，以及對返出鉆井液進(jìn)行處理的外圍設(shè)備，因而鉆井成木較高。常用的鉆井液減輕劑包括氮?dú)?、天然氣、二氧化碳、空氣、泡沫、柴油等。采用柴油做鉆井液減輕劑需要的輔助設(shè)備較為簡單，其它減輕劑那么需要較復(fù)雜的外圍輔助設(shè)備，因而鉆井本錢相比照擬高。1.2欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)勢應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)可防止鉆井液侵入儲層，有效解決儲層污染問題，大提高產(chǎn)層的初期產(chǎn)量，延長儲層的開采期；同時，有利于提高機(jī)械鉆速，減少和防止井漏和壓差卡鉆事故的發(fā)生，提高鉆井效率。此外，可對產(chǎn)層進(jìn)行隨鉆測試，了解儲層真實(shí)的產(chǎn)能，縮短勘探開發(fā)周期，提高勘探效率。1.3欠平衡鉆井技術(shù)的分類常規(guī)的鉆井屬于過平衡鉆井，鉆井液壓力大于地層流體壓力，小于地層破裂壓力。這樣做主要是防止井噴。欠平衡鉆井時，鉆井液壓力略小于底層流體壓力，仍大于地層破裂壓力。這樣能及早發(fā)現(xiàn)油氣藏。欠平衡鉆井系列分為：1．氣體鉆井，包括空氣、天然氣和氮?dú)忏@井，密度適用范圍0-0.02克／立方厘米；2．霧化鉆井，密度適用范圍克／立方厘米；3．泡沫鉆井液鉆井，包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定泡沫鉆井，密度適用范圍克／立方厘米；4．充氣鉆井液鉆井，包括通過立管注氣和井下注氣兩種方式。井下注氣技術(shù)是通過寄生管、同心管、鉆柱和連續(xù)油管等在鉆進(jìn)的同時往井下的鉆井液中注空氣、天然氣、氮?dú)狻Ｆ涿芏冗m用范圍為克／立方厘米，是應(yīng)用廣泛的一種欠平衡鉆井方法；5．水或鹵水鉆井液鉆井，密度適用范圍1～1．30克／立方厘米；6．油包水或水包油鉆井液鉆井，密度適用范圍為O．8～1．02克／立方厘米：7．常規(guī)鉆井液鉆井(采用密度減輕劑)，密度適用范圍大于0．9克／立方厘米；8．泥漿帽鉆井，國外稱之為浮動泥漿鉆井，用于鉆地層較深的高壓裂縫層或高含硫化氫的氣層。欠平衡鉆井技術(shù)按工藝分類可分為兩種：流鉆是指使用普通鉆井液的欠平衡鉆井；人工誘導(dǎo)欠平衡鉆井是指南于地層壓力太低，必須采用特殊的鉆井液和工藝才能建立欠平衡。1.4欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：欠平衡鉆井技術(shù)主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：1、有效的保護(hù)油氣層采用欠平衡鉆井，能做到鉆井液液柱壓力小于地層壓力，鉆井液對油氣層根本小會污染，從而有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層，提高油氣井產(chǎn)能。2、有效的克服井漏及鉆井事故對低壓、裂縫及溶洞發(fā)育地層，采用欠平衡鉆井，可防止井漏，尤其是能有效的使用允氣鉆井液及泡沫鉆井液來減少鉆井液液柱壓力，減少井漏及粘卡等事故。3、減少水敏性泥頁巖的水化采用欠平衡鉆井，能極人的減少鉆井液特別是鉆井液濾液進(jìn)入地層，有效的控制泥頁巖的水化膨脹及坍塌，使井眼比擬穩(wěn)定。4、提高鉆井速度采用欠平衡鉆井，由于鉆井液液柱壓力小于井底地層壓力，有利于鉆頭破巖，提高機(jī)械鉆速。l.5適合采用欠平衡鉆井的地層正確采用欠平衡鉆井技術(shù)，可以取得巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，反之那么可能成一列負(fù)而效應(yīng)。選擇適合欠平衡鉆井技術(shù)的地層是實(shí)施欠平衡鉆井的關(guān)鍵岡素。所以在進(jìn)行欠平衡鉆井設(shè)計(jì)之前，要認(rèn)真進(jìn)行調(diào)查研究，選準(zhǔn)地層。根據(jù)欠平衡鉆井技術(shù)的特點(diǎn)和實(shí)施欠平衡鉆井的經(jīng)驗(yàn)，適合采用欠平衡鉆井的地層有：1、高滲并膠結(jié)良好的結(jié)品砂巖地層和碳酸巖地層2、高滲、膠結(jié)較籌的砂巖地層3、微裂縫地層4、枯竭油氣層5、對水基鉆井液敏感成分含量過高的地層6、與鉆井液濾液嚴(yán)重不相容的地層7、低束縛水或低含油飽和度的脫水地層1.6欠平衡鉆井的條件井眼條件欠平衡鉆井井段應(yīng)該是在地層壓力清楚、壓力系數(shù)單、不會坍塌的穩(wěn)定的地層中進(jìn)行，其套管應(yīng)該卜在這井段的頂部。以下情況不能進(jìn)行欠平衡鉆井作業(yè)：1、探井(野貓子井)；2、井壁不穩(wěn)定；3、地層孔隙壓力不清；4、流體中含H2s；5、地層壓力高、裂縫性、產(chǎn)量大、風(fēng)險大的井；6、同裸眼壓力系數(shù)差異太大的井。地面裝備條件除具有常規(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)控制頭(旋轉(zhuǎn)防噴器)、液動閘閥及四相別離器、真空除氣器，放噴火炬管及火炬、平安可靠的點(diǎn)火系統(tǒng)，防回火裝置、循環(huán)系統(tǒng)的再種電器防爆裝置、流量計(jì)、六方(三方)鉆桿和18度斜坡鉆桿，當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)小于1.10時，要實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井還應(yīng)另配充氣(或霧化、泡沫、氮?dú)?裝置[1]。第2章欠平衡鉆井技術(shù)的開展歷程及研究現(xiàn)狀2.1欠平衡鉆井技術(shù)的開展歷程欠平衡鉆井技術(shù)開始于20世紀(jì)50年代，美國在1953年使用空氣作為循環(huán)介質(zhì)成功地完成了一口鉆井，而后很長段時問內(nèi)由于設(shè)備和技術(shù)的限制因素欠平衡衡鉆井技術(shù)并沒有得到很好的開展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，欠平衡鉆井技術(shù)迅速開展，尤其是近十年來，欠平衡鉆井技術(shù)在北美地區(qū)〔如美同、加拿大、墨兩哥灣)得到了較為廣泛的應(yīng)用。據(jù)1997年資料統(tǒng)計(jì)，美國1997年采用欠平衡衡鉆井技術(shù)完成4000余口井。預(yù)計(jì)到2000年將到達(dá)6500口，2005年將達(dá)12000口。加拿大1997年采用欠平衡鉆井技術(shù)鉆1500口。在美同，欠平衡鉆井技術(shù)被稱為上游石油工業(yè)新技術(shù)，已經(jīng)成為繼水平井技術(shù)之后的第個鉆井技術(shù)開展熱點(diǎn)。另外在墨西哥灣、加拿大北部油田、北海油田、伊朗、也門、俄羅斯及印度尼兩亞、澳大利亞和歐洲等地區(qū)欠平衡鉆井已經(jīng)成為一種降低開發(fā)本錢、保護(hù)油氣層必小可少的技術(shù)了。近幾年，我國局部油田從國外引進(jìn)欠平衡鉆井設(shè)備，開始了欠平衡鉆井的實(shí)驗(yàn)，1999年大港油田應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)現(xiàn)了千米橋億噸級油氣田，從此在全國各油田掀起了研究和應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)的高潮。各油田相繼引進(jìn)了美國先進(jìn)的欠平衡鉆井設(shè)備，截止目前為止，我國購置了各種欠平衡設(shè)備25套。采用該項(xiàng)技術(shù)完成60余口井。其中大港油田應(yīng)用效果最好。2.2國外欠平衡鉆井技術(shù)開展現(xiàn)狀欠平衡鉆井所用的地面常規(guī)裝備有：氮或壓縮氣供給裝置、容積小且壓力大的注液泵、液一氣混合管匯、節(jié)流管匯、鉆屑或鉆井液取樣器、化學(xué)劑注射泵、采油別離系統(tǒng)和自動燃燒氣體系統(tǒng)，以下是國外目前比擬先進(jìn)的專用裝備。高壓旋轉(zhuǎn)分流器一防噴器系統(tǒng)高壓旋轉(zhuǎn)分流囂一防噴器系統(tǒng)又稱旋轉(zhuǎn)防噴器〔BOP)。國外有好幾個廠家都有專利產(chǎn)品，其中美國williums工具公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)防噴頭使用最多，壓力級別最為齊全。該公司供給的高壓系統(tǒng)有7000型和7100型兩種，：7000型的靜試驗(yàn)壓力為21MPa，工作壓力為10.5MPa；7100型包括旋轉(zhuǎn)控制頭總成、熱傳遞一潤滑裝置、遙控監(jiān)控臺和遙控防爆電源設(shè)備。旋轉(zhuǎn)控制頭總成殼體試驗(yàn)動壓力可達(dá)70MPa，靜壓力為35MPa，工作壓力為17.5MPa。液流導(dǎo)向系統(tǒng)國外研制了一種電磁閥導(dǎo)向系統(tǒng)，可增加鉆深。馬達(dá)被設(shè)計(jì)成種金屬對金屬的葉片，采用非彈性體制成的正容積馬達(dá)，不會由于失速而使轉(zhuǎn)速過快。地面別離系統(tǒng)2006年前后，國外加強(qiáng)了地面別離系統(tǒng)硎制，包括壓力額定值為35MPa的地面別離裝置、自動節(jié)流系統(tǒng)及各種別離器，這些設(shè)備可處理大量液體、巖屑和鉆井液。此外，有種密封循環(huán)別離器，每天可處理566336立方水容量的液流；還有種高效小型別離器，適川于近海地區(qū)。委內(nèi)瑞拉Mamdbo。湖有一口近岸井，為了降低化學(xué)劑成木，首次使用密封循環(huán)地面別離系統(tǒng)，還使用配有仝套連續(xù)油管的駁船和2000bbl(原油標(biāo)準(zhǔn)桶)容量的泡沫裝置。池沫循環(huán)液密度降低到179.74～359.4千克／立方水，住別離后，泡沫可再循環(huán)使用，以降低配制化學(xué)劑和水的本錢。隔水管帽旋轉(zhuǎn)防噴器系統(tǒng)種回流裝置，所用主要設(shè)備是旋轉(zhuǎn)控制頭，裝在水上隔水管頂部，可代替隔水管系統(tǒng)的滑動接頭、球形接頭和分流器。將高壓軟管接到旋轉(zhuǎn)控制頭雙流管出幾端，可提高井控能力，防止鉆井液流失。高壓機(jī)械密封裝置置于鉆臺下面的鉆桿與隔水管之問，鉆井液通過軟管同流井下。實(shí)用隔水管裝置該裝置包括旋轉(zhuǎn)控制頭、封隔器鎖定總成和環(huán)形壓力控制排放系統(tǒng)三大部件，其中封隔器一鎖定總成是個經(jīng)改良的直徑508mm可膨脹套管封隔器，起到控制頭及井口下面套管間的壓力密封作用。其元件是個3m長的密封，置于660.40～914.40mm套管里面，用遙控船可遙控該封隔器。地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)欠平衙鉆井時，要測量并記錄壓力、速度、氣含量、液含量和溫度，并實(shí)時顯示這些數(shù)據(jù)，防止出現(xiàn)過平衡和井噴現(xiàn)象。該系統(tǒng)可在鉆井作業(yè)時，通過與現(xiàn)有鉆井控制與監(jiān)測系統(tǒng)接口，提供實(shí)時信息，還可與動態(tài)多相流量模型接口，允許將實(shí)際參數(shù)與計(jì)算參數(shù)加以比擬。欠平衡鉆井技術(shù)是繼水平井技術(shù)之后在各國鉆井工程技術(shù)界廣為宣傳和推廣的技術(shù)，但將些零星的資料加以認(rèn)真分析就可發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)開展最快，較為成熟。效益最好的只有美國和加拿人，其它地區(qū)和國家所進(jìn)行的欠平衡鉆井作業(yè)也基木是美、加兩國的專業(yè)技術(shù)效勞公司。為什么這項(xiàng)技術(shù)能在美國和加拿人迅速開展，主要原因是這兩個國家的局部油氣田有的是地層壓力已經(jīng)衰竭，有的是本身地層壓力就很低。因此，不采用欠平衡鉆井技水些油氣田就根本無法開采；所以，針對這些油氣田開采，又迅速開展了霧化鉆井、泡沫鉆井、空氣、天然氣鉆井和氮?dú)忏@井。由于現(xiàn)場使用的輕便制氮設(shè)備已投入業(yè)生產(chǎn)，因此又大量采用氮?dú)忏@井。連續(xù)油管和頂驅(qū)在水平井鉆進(jìn)中也廣泛采用欠平衡鉆井技術(shù)。因此，欠平衡鉆井技術(shù)無論到國外培訓(xùn)，還是請美、加專家來講課都主要介紹上述裝備和工藝技術(shù)。我們所參觀的Nothland公司近年來就進(jìn)行了2200多口井的欠平衡鉆井作業(yè)，無論油公司還是效勞公司都獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2.3國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀隨著從國外現(xiàn)代欠平衡鉆井技術(shù)的引進(jìn)，我國較大的油氣陽都先后或正在進(jìn)行欠平衡鉆井試驗(yàn)，根據(jù)1999年全國昆明井控會上的介紹，我國所引進(jìn)的主要是旋轉(zhuǎn)控制頭，也有旋轉(zhuǎn)防噴器，其中1715MPa旋轉(zhuǎn)控制頭己達(dá)16臺。新疆局還引進(jìn)了1套霧化鉆井裝置。實(shí)現(xiàn)欠平衡方法根本上都是采用自然法。效益最好的是大港油田，在千米橋占潸山所開展的欠平衡鉆井，發(fā)現(xiàn)了一個1億噸級的油陽，岡此大港油田花3000萬兒引進(jìn)3套裝置。到目前為止，國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)控制頭(旋轉(zhuǎn)防噴器)比擬成熟的產(chǎn)品，僅有四川石油管理局鉆采工藝技術(shù)研究院(以下簡稱“鉆采院”)一家己形成系列配套裝備及技術(shù)。目前，已有315MPa、5MPa、7MPa產(chǎn)品在現(xiàn)場使用。分別在川西南礦區(qū)24口井、四川自貢鹽業(yè)鉆井大隊(duì)羅145井、川中礦區(qū)美國安然公司反承包井角59E井和金106井、川西北礦區(qū)白淺29井以及川東鉆探公司渡5井等應(yīng)用，1999中原油田購置了一套四川石油局鉆采院研制的動密封壓力為7MPa的旋轉(zhuǎn)防噴器應(yīng)用于該油田。國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)近年來開展較快。國內(nèi)采用該項(xiàng)技術(shù)完成60余口井，所用設(shè)備主要以引進(jìn)為主。新疆、中原、大港、勝利等油田引進(jìn)了一批設(shè)備，鉆成了一批欠平衡井，具有了一定的經(jīng)驗(yàn)?！熬盼濉逼陂g大港油田針對前三系深層勘探進(jìn)行了欠平衡鉆井完井技術(shù)綜合研究，在千米橋潛山和烏馬營潛山采用低密度無固相鉆井液休系實(shí)施了欠平衡鉆井工藝技術(shù)，完井采用射孔完成，成功的發(fā)現(xiàn)了千米橋潛山億噸級的凝析油氣田，揭示了烏馬營潛山儲油氣藏特征。截止到目前，大港油田已經(jīng)先后引進(jìn)了三套主要欠平衡裝置，成立了專業(yè)化技術(shù)效勞隊(duì)伍，從設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)上都具有了很好的根底。在以液體為介質(zhì)進(jìn)行欠平衡鉆井施工上，從設(shè)計(jì)及施工人員的水平、欠平衡裝備、現(xiàn)場施工中井口回壓控制等技術(shù)上都取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)產(chǎn)生了良好的影響。隨著國內(nèi)欠平衡技術(shù)認(rèn)識的不斷加深，該技術(shù)開始逐漸被應(yīng)用于老油田的開發(fā)，今后欠平衡技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用范圍將逐漸擴(kuò)大，設(shè)備配套國產(chǎn)化的進(jìn)程將逐漸加快，實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡將成為今后同內(nèi)各油田開展的目標(biāo)。第3章欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用實(shí)例3.1平衡鉆井技術(shù)在國外的應(yīng)用實(shí)例不是所有的儲層都適合欠平衡鉆井，經(jīng)驗(yàn)說明，只有為適合的地區(qū)精心制定欠平衡鉆井方案，才能獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，與設(shè)計(jì)合理的常規(guī)過平衡鉆井相比，設(shè)計(jì)與施工不當(dāng)?shù)那菲胶忏@井往往反而增加作業(yè)費(fèi)用，加重地層傷害，降低油井產(chǎn)量。要想獲得最正確效果，在設(shè)計(jì)欠平衡鉆井之前，必須首先了解儲層相關(guān)特性參數(shù)，如地層的壓力、滲透率、孔隙度以及孔喉分布尺寸、地層流體物性等參數(shù)，然后在室內(nèi)引進(jìn)欠平衡鉆井評價實(shí)驗(yàn)，分析欠平衡鉆井可能造成的傷害種類及程度，并以此作為篩選欠平衡鉆井是否合理的重要依據(jù)。下而列舉了欠平衡鉆井技術(shù)在國外成功應(yīng)用的實(shí)例：1982年美國?？松驹诘驴怂_斯州威爾遜縣，瑪薩里納瑞克油田鉆了24口井。該油田為裂縫性油藏，油層孔隙度為4％～9％，滲透率為0．01×10-3～O．25×lO-3μm2井深約2500m左右。24口井中，采用兩種循環(huán)體系鉆進(jìn)，即常規(guī)鉆井液鉆井和低壓鉆井。其中2l口采用常規(guī)鉆井液鉆井(19口井為普通鉆井液，2口為加重鹽水鉆井液)，3口采用低壓鉆井(2口是霧化，1口是輕質(zhì)鹽水)。據(jù)奧斯汀白堊系地層完井的lO口井統(tǒng)計(jì)，其中用普通鉆井液完井6口，開采24個月，占總開采量的18％，平均每井每月占總開采量的0．1％；而用霧化鉆井2口，開采23個月，占總開采量的69％，平均每井每月占總丌采量的1．5％，比前者增加15倍。在德克薩斯州兩南有個丌采20年的老氣田，儲層壓力降到116Mpa，井深4267m，壓力系數(shù)為O．272。這樣低的壓力，用常規(guī)鉆井方式(普通鉆井液鉆井)和修井技術(shù)實(shí)際上是不可行的。因?yàn)樗豌@井液會傷害和淹沒氣井。所以，在原來油井附近又鉆了一口補(bǔ)充井，用穩(wěn)定泡沫鉆生產(chǎn)層，泡沫流體防止了明顯的地層傷害。在裸眼完井后還未進(jìn)行酸化壓裂，這口井的產(chǎn)氣量就達(dá)70800m3／d。另外，欠平衡鉆井還在美國貝克油田，科羅拉多州的石灰?guī)r和白云巖儲層以及加利福利亞州的裂縫性黑碳頁巖儲層等獲得了成功的應(yīng)用。3.2欠平衡鉆井技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用實(shí)例我國的欠平衡鉆井技術(shù)主要應(yīng)用丁：1、油／氣層，預(yù)防置換性漏失傷害儲層一些油田的碳酸鹽巖、火成巖儲層，由于構(gòu)造作用和后期成巖作用，縫洞特別發(fā)育，鉆井過程中時常會出現(xiàn)置換性漏失，多數(shù)時候表現(xiàn)為只進(jìn)不出，有的那么是泵入鉆井液，甚至是稠化水都會發(fā)生大規(guī)模漏失，但停泵后時常因油氣密度較鉆井液或鹽水小而將縫洞中的油或氣置換出米，即表現(xiàn)為先前漏失了大量的鉆井液或鹽水，而后井口又返出大量油／氣。現(xiàn)場般有效措施，以防止因這種置換性漏失對儲層所造成的傷害。2、低滲儲層，提高單井產(chǎn)量吐哈油田三塘湖地區(qū)石炭系火山巖裂縫性儲層屬“三低”儲層，在常規(guī)鉆井條件下易于發(fā)生惡性漏失。以前鉆井近200口，雖然采取了酸化、壓裂等儲層改造措施，但單井原油產(chǎn)量直不夠高，開發(fā)效果較差。2007年推廣應(yīng)用氮?dú)馇菲胶忏@井后，有效防止了漏失，保護(hù)了儲層，牛東8一12井等15口井的單井產(chǎn)量顯著提高，其中有幾口井突破了日產(chǎn)百噸的大關(guān)。3、漏失性地層(非目的層)，減少井下復(fù)雜事故鉆井過程中，時常碰到漏失頻繁、漏失量極大的井區(qū)和層段。有的井同一井段漏失量可達(dá)1000m3以上，有的井那么連續(xù)漏失，表現(xiàn)為一打新層段又繼續(xù)漏失，一幾井專門堵漏可達(dá)10屢次。漏失易引發(fā)其他井下復(fù)雜事故，是導(dǎo)致鉆井周期長、本錢高的主要因素。4、可鉆性差的地層，有效提高機(jī)械鉆速準(zhǔn)噶爾盆地陸東地區(qū)石炭系火成巖地層，巖性變化大，可鉆性差，由于裂縫發(fā)育還時常發(fā)生漏失。為了提高該區(qū)石炭系硬地層的鉆井速度，根據(jù)地質(zhì)條件，在優(yōu)選鉆頭的同時，選擇局部壓力系數(shù)偏低、靠近斷層的井進(jìn)行欠平衡鉆井，不僅有效地防止了漏失，減少了井下復(fù)雜情況，控制了事故，還大幅度提高了機(jī)械鉆速。根據(jù)不同的地理?xiàng)l件，欠平衡鉆井技術(shù)在新疆油田和四川油田得到了應(yīng)用，并取得了很好的效果。新疆油田準(zhǔn)噶爾盆地陸東滴西地區(qū)，上部地層內(nèi)部斷層、裂隙發(fā)育，石炭系地層基底斷裂發(fā)育，南北兩側(cè)的豐斷層從石炭系斷至白堊系，受斷層的影響較重，加上地層壓力系數(shù)多小于1，表現(xiàn)為靠近斷層的井更加易于發(fā)生漏失。上鉆期，鄰近的井有的漏失嚴(yán)重，而有的根本不漏，給現(xiàn)場人員造成漏失層段無規(guī)律可循的錯覺，但從該地區(qū)的分層構(gòu)造圖及過井地震剖面上可以清楚地發(fā)現(xiàn)，上部地層的漏失除地層壓力系數(shù)低之外，還受內(nèi)部小斷層和區(qū)域大斷裂的共同控制。從第2輪井開始，根據(jù)斷層發(fā)育和分布規(guī)律，針對靠近斷層的井選擇泡沫久平衡和液相欠平衡鉆井技術(shù)，并在上部非目的層段配套采取隨鉆防漏和堵漏措施，有效降低了該區(qū)鉆井復(fù)雜時率和事故時率，大大提高了鉆井速度[4]。四川油田該地區(qū)的特點(diǎn)是：(1)縱向上，油／氣層多，壓力系數(shù)差異大。上部地層易垮塌；須家河地層研磨性強(qiáng)，鉆速低；雷口坡和嘉陵江地層有多段較厚的石膏，縮徑卡鉆事故時有發(fā)生；嘉二地層超高壓。(2)橫向上，受縫洞發(fā)育和分布嚴(yán)重不均的影響，在鉆井過程中，同樣按設(shè)計(jì)密度鉆進(jìn)，有的井漏失嚴(yán)重，而有的井卻溢流、井噴，致使井下鉆井復(fù)雜事故有發(fā)生，鉆井液密度因受地層縫洞發(fā)育不均的影響而難以確定。針對縱向和橫向的地層地質(zhì)特點(diǎn)，在采用欠平衡鉆井技術(shù)的同時，加大無固相或低固相鉆井液的使用井段，從而有效地降低鉆井復(fù)雜時率和事故時率，提高鉆井速度。并在油／氣層段實(shí)現(xiàn)了帶壓欠平衡的邊鉆邊點(diǎn)火鉆井作業(yè)，有效解放和保護(hù)了油／氣層，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。第4章欠平衡鉆井技術(shù)的開展前景展望4.1對欠平衡鉆井技術(shù)的需求目前世界各國對石油需求越來越多，可動用石油儲量越來越少，新探明油氣儲量增加緩慢，勘探開發(fā)難度日益增大。從世界范圍的勘探形式米看，陸地和近海發(fā)現(xiàn)巨型、大型油氣田的可能性越來越小，而現(xiàn)有的技術(shù)水平和綜合經(jīng)濟(jì)評價又不能進(jìn)行深海油氣資源的勘探和丌發(fā)。為了滿足世界各國對石油的需求，目前石油勘探丌發(fā)的重點(diǎn)己轉(zhuǎn)移到中、小型油田、復(fù)雜地質(zhì)地表?xiàng)l件下的油田、非常規(guī)油氣資源以及中、后期油田的改造、挖潛上米。這種形式導(dǎo)致勘探開發(fā)的難度日益增大，投入本錢日益增高，迫切需要油氣勘探開發(fā)新技術(shù)。另外國際油價的持續(xù)走高，對世界經(jīng)濟(jì)造成了很大的影響。高油價促使世界各國進(jìn)一步增強(qiáng)了對石油資源重要性的認(rèn)識，加強(qiáng)了對自己國內(nèi)石油資源的勘探開發(fā)和利用，增加國內(nèi)石油供給，減少對國際石油的依賴程度。其關(guān)鍵因素就是石油的勘探丌發(fā)本錢。因而降低石油的勘探開發(fā)本錢那么是目前石油工業(yè)上游領(lǐng)域的重要任務(wù)之一。就我國來說，特殊油氣資源分布丁全國各大油田，其儲量占總探明儲量的三分之以上。同時，還有相當(dāng)局部開發(fā)中、后期油田由于壓力遞減而進(jìn)入低壓油田范疇。欠平衡鉆井的主要技術(shù)特點(diǎn)很適合開發(fā)這類油田。因此，欠平衡鉆井自身具有的技術(shù)優(yōu)勢與世界石油工業(yè)勘探丌發(fā)形式的需求決定了欠平衡鉆井技術(shù)必定具有廣闊的應(yīng)用前景。4.2欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)勢欠平衡鉆井技術(shù)能夠迅速開展是因?yàn)樗芎芎玫目朔@井作業(yè)過程中的難題并防止一些復(fù)雜情況的發(fā)生，能有效地降低油氣田的勘探開發(fā)本錢。從目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用情況來看，其具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：4.2.常規(guī)鉆井一般都是過平衡鉆井，由于鉆井液液柱壓力高于地層壓力，不可防止地會造成鉆井液濾液和有害同相進(jìn)入產(chǎn)層，從而造成對產(chǎn)層的傷害。尤其在鉆水平井時，傷害更大。在某些情況下這種傷害將永久地降低油井的產(chǎn)量，而使用欠平衡鉆井技術(shù)鉆井，由于井筒內(nèi)鉆井液液柱壓力低于地層壓力，鉆井液濾液和有害固相的侵入就會減輕或消除，從而有效地保護(hù)油氣層，減少或免去油氣層改造等作業(yè)措施及昂貴的費(fèi)用。4.2.過平衡鉆井對產(chǎn)層造成的傷害很可能使預(yù)期出現(xiàn)的油氣顯示不能出現(xiàn)，從而影響油氣的勘探開發(fā)。在進(jìn)行欠平衡鉆井過程中，實(shí)時采集和分析數(shù)據(jù)有助于工程和地質(zhì)人員及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況，防止復(fù)雜情況的發(fā)生：同時根據(jù)在井口監(jiān)測返出流體提供的產(chǎn)層信息，實(shí)時評價油藏，從而為勘探開發(fā)整體方案設(shè)計(jì)提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)。4.2.在常規(guī)過平衡鉆井時，井漏問題會經(jīng)常發(fā)生，尤其在易漏層段更為嚴(yán)重。井漏的發(fā)生將大大增加鉆井本錢、完井周期和勞動強(qiáng)度；同時還可能因?yàn)榫┒斐删劭逅ㄣ@等一系列井下復(fù)雜事故，增加相關(guān)的費(fèi)用。而欠平衡鉆井由于井筒內(nèi)鉆井液液柱壓力小于地層孔隙壓力，從而大大降低井漏發(fā)生的幾率，防止鉆井過程中的井漏問題發(fā)生。4.2.平衡鉆井過程中南于鉆頭端面上液柱壓力減小，正在被鉆的巖石更易破碎；另外，低密度的循環(huán)液體有助于減少“壓持效應(yīng)”，使鉆頭繼續(xù)切削新的巖石而不是重復(fù)碾壓已破碎的巖石，減少了巖屑的重復(fù)破碎現(xiàn)象，能夠有效的提高機(jī)械鉆速，延長鉆頭的使用壽命，從而提高鉆井效率，縮短鉆井周期，降低鉆井本錢。欠平衡鉆井的這一技術(shù)優(yōu)勢在鉆水平井和大尺寸、長井段井眼時表現(xiàn)得尤為突出。在水平井鉆井時，隨著水平井段長度的增加，鉆具和井眼之間的摩阻也相應(yīng)地增加，作用于鉆頭上的有效鉆壓就會相應(yīng)地減少，機(jī)械鉆速將會明顯下降，而欠平衡鉆井僅需要較低的鉆壓就能維持較高的鉆速；另外，在大尺寸、長井段井眼鉆井時，現(xiàn)有的泥漿注入設(shè)備所提供的泥漿在井眼環(huán)空中的返速很難滿足攜砂能力的要求，如果用氣基流體鉆井，這一問題就會迎刃而解。4.2.由于欠平衡鉆井時有控制的制造溢流，鉆井過程中油氣可以有控制的從井內(nèi)返出到地面，經(jīng)別離處理后，可以作為鉆井過程中的副產(chǎn)品加以利用或出售，從而補(bǔ)償欠平衡鉆井作業(yè)的輔助費(fèi)用。美國德克薩斯州的一些井采用欠平衡鉆井，在鉆井過程中生產(chǎn)的油氣幾乎可以把全部鉆井本錢收回，而加拿大政府為了鼓勵油公司實(shí)施欠平衡鉆井到達(dá)保護(hù)油氣層的目的，規(guī)定在鉆井過程生產(chǎn)的油氣免交資源稅。4.3應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)注意的問題4.3.不是所有的儲層都適合欠平衡鉆井，經(jīng)驗(yàn)說明，只有為適合的地區(qū)精心制定欠平衡鉆井方案，才能獲得顯著的技術(shù)繹濟(jì)效益，與設(shè)計(jì)合理的常規(guī)過平衡鉆井相比，設(shè)計(jì)與施工不當(dāng)?shù)那菲胶忏@井往往反而增加作業(yè)費(fèi)用，加重地層傷害，降低油井產(chǎn)量。要想獲得最正確效果，存設(shè)計(jì)欠平衡鉆井之前，必須首先了解儲層一些相關(guān)特性參數(shù)，如地層的壓力、滲透率、孔隙度以及孔喉分布尺寸、地層流體物性等參數(shù)，然后在室內(nèi)引進(jìn)欠平衡鉆井評價實(shí)驗(yàn)，分析欠平衡鉆井可能造成的傷害種類及程度，并以此作為篩選欠平衡鉆井是臺合理的重要依據(jù)。4.3.2選擇合理的鉆井液在欠平衡鉆井作業(yè)中，要始終維持欠平衡壓力狀態(tài)是很困難的，有時甚至是不可能的。因?yàn)橛性S多因素可能導(dǎo)致欠平衡狀態(tài)的喪失。而在欠平衡鉆井中，又沒有濾餅充當(dāng)防止傷害性流體和固相顆粒侵入地層的屏障。因此，如果欠平衡狀態(tài)時不時地遭到破壞，即使是短時間遭到破壞，傷害性流體及其中的固相顆粒也會非常迅速地侵入地層，由此可能造成嚴(yán)重的地層傷害。所以，我們一方面要盡可能維持欠平衡狀態(tài)，另一方面，鉆井液的選擇對欠平衡鉆井的成敗也很重要。設(shè)計(jì)欠平衡鉆井液時所考慮的因素之一就是同地層流體的相容性。欠平衡鉆井中存在的潛在問題包括產(chǎn)出水或循環(huán)水同產(chǎn)出油或循環(huán)油發(fā)生紊流混合，形成極稠的穩(wěn)定乳狀液。這種高粘乳狀液將增加泵送鉆井液的泵壓，使欠平衡狀態(tài)難以維持，并使氣體難以在地面別離，使固控問題變得更加復(fù)雜。另一問題是不相容的產(chǎn)出地層水和水基鉆井液濾液混合，生成結(jié)垢或沉淀物；或者產(chǎn)出油與油基鉆井液混合，形成瀝青沉積物，還有就是形成氣油乳狀液或泡沫。設(shè)計(jì)欠平衡鉆井的基液時所要考慮的第二個因素是產(chǎn)出地層水引起的稀釋問題。在任何欠平衡鉆井作業(yè)中，循環(huán)流體可能被地層產(chǎn)出的流體迅速稀釋。如有地層水產(chǎn)出，水基鉆井液體系也可能受到污染。許多泡沫基體系對油和地層鹽水的接觸及稀釋有不良反響。腐蝕是需要考慮的第三個因素。如果用空氣或氮?dú)鈦斫⑶菲胶鈮毫顟B(tài)，那么鹽水(產(chǎn)自地層或用作循環(huán)流體)與循環(huán)系統(tǒng)中的微量氧接觸時，就具有極強(qiáng)的腐蝕性。如果地層產(chǎn)出氣中含有H2s，這一腐蝕問題就會變得史加嚴(yán)重。需要使用腐蝕抑制劑來防止鉆柱、連續(xù)軟管和井下裝置過早失效，應(yīng)詳細(xì)分析游離氣、溶解氣以及地層中可能產(chǎn)出的地層氣，以評價它們的口可燃性和腐蝕性。粘度是需要考慮的第四個因素。如果欠平衡狀態(tài)喪失，基液的固有粘度會明顯減緩它向地層的侵入。自發(fā)的逆流吸入是需要考慮的第五個因素。在欠平衡壓力狀態(tài)下鉆低滲、親水、地下剩余水飽和度可能異常低的氣藏時，即使仔存連續(xù)的欠平衡壓力梯度，毛細(xì)管壓力效應(yīng)也會導(dǎo)致水基鉆井液濾液逆流吸入近井地帶，而且這種逆流吸入具有潛存的傷害性。只有存鉆井過程中完全杜絕液體介質(zhì)(直接用氣體鉆井)，或者在欠平衡鉆井作業(yè)中選擇非潤濕性流體作為基液，一般才能防止這一問題的發(fā)生?？傊孢x擇基液時，應(yīng)綜合考慮儲層、流體、作業(yè)和經(jīng)濟(jì)因素。4.3.欠平衡鉆井不同于常規(guī)鉆井，主要就在于在鉆進(jìn)過程中，地層流體，甚至有害氣體，如H2S等進(jìn)入井筒，可能造成井下著火爆炸或在地面引起事故，造成生命財產(chǎn)傷害。欠平衡鉆井對井控也提出了特殊的要求，因此，人們總是擔(dān)憂鉆井的安傘性問題。要防止欠平衡鉆井意外事故的發(fā)生，首先對地層要有較為完善而準(zhǔn)確的了解，精心進(jìn)行欠平衡鉆井的優(yōu)化設(shè)計(jì)，鉆前進(jìn)行欠平衡鉆井?dāng)?shù)值模擬或仿真，可以及時發(fā)現(xiàn)問題或隱忠。這一點(diǎn)對欠平衡鉆井尤為重要。第二，強(qiáng)化施工組織管理，精心安排，定崗定責(zé)；其次注意欠平衡鉆井過程的監(jiān)測與預(yù)報工作，尤其地層壓力的預(yù)測，因?yàn)榈貙訅毫κ菦Q定是否欠平衡，欠多少的最重要因素之一，因此，隨鉆地層壓力預(yù)測是十分必要的。另外，做好可能發(fā)生事故的防范措施。按這樣進(jìn)行欠平衡鉆井，平安應(yīng)該具有保障。第5章結(jié)論通過查文獻(xiàn)和資料，我對欠平衡鉆井技術(shù)有了更深刻的認(rèn)識和了解。欠平衡鉆井技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢存特殊的油藏開發(fā)過程中解決了很多的實(shí)際問題。分析比照國內(nèi)外欠平衡鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀，我國的欠平衡鉆井技術(shù)還有很長的路要走。1．鉆井以其特有的技術(shù)優(yōu)勢，展示了良好的應(yīng)用前景。從國內(nèi)外的應(yīng)用情況來看，存特殊油氣藏開發(fā)過程中，欠平衡鉆井比常規(guī)鉆井具有更顯著的技術(shù)優(yōu)勢。2．衡鉆井存特殊油氣藏的開發(fā)過程中能減少對油氣層的傷害、有效保護(hù)油氣層、提高油氣井的產(chǎn)量、實(shí)時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況、及時評價低壓低油氣層，有效控制漏失、減少和防止壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況的發(fā)生、提高機(jī)械鉆速、延長鉆頭使用壽命、縮短鉆井周期、降低鉆井本錢等優(yōu)點(diǎn)。3．衡鉆井技術(shù)在國外已經(jīng)很成熟，各大石油公司已作為一種常規(guī)鉆井技術(shù)來開發(fā)一些衰竭、低滲、易漏油藏，而日圍外欠平衡鉆井的數(shù)量在逐年增加。4．雖已進(jìn)行了一批欠平衡鉆井攻關(guān)試驗(yàn)，取得了一定的成績，但其關(guān)鍵技術(shù)及主要設(shè)備均是從國外引進(jìn)的，龐大的資金投入增加了鉆井成木，也是制約我圍欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)一步拓展其應(yīng)用空間的一大障礙。另外石油公司對欠平衡鉆井的優(yōu)勢認(rèn)識不夠、有些應(yīng)用具有一定的盲目性；沒有建立一支長期穩(wěn)定的欠平衡鉆井綜合技術(shù)根底理論研究隊(duì)伍和一套完善的欠平衡鉆井作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及