《欠平衡鉆井技術(shù)》PPT課件.ppt

1、欠平衡壓力鉆井技術(shù),2002.01,1、欠平衡壓力鉆井的概念 2、欠平衡壓力鉆井的優(yōu)越性 3、欠平衡壓力鉆井適用的地層 4、欠平衡壓力鉆井技術(shù)、負(fù)壓差設(shè)計(jì)與控制 5、欠平衡條件的產(chǎn)生 6、欠平衡壓力鉆井裝備 7、欠平衡鉆井作業(yè) 8、欠平衡壓力鉆井完井技術(shù) 9、勝利油田欠平衡鉆井試驗(yàn)情況,提 綱,欠平衡壓力鉆井是指在鉆井過(guò)程中鉆井液的循環(huán)壓力（包括液柱壓力和循環(huán)回壓），低于地層的孔隙壓力，允許產(chǎn)層流體流入井眼，并可將其循環(huán)到地面，地面可有效控制，這一技術(shù)稱為欠平衡壓力鉆井技術(shù)。,一、欠平衡壓力鉆井的概念,1、鉆井液的循環(huán)壓力（包,括液柱壓力和循環(huán)流動(dòng)阻力）低于,地層的孔隙壓力,2、允許產(chǎn)層流體,

2、進(jìn)入井眼,3、在有效控制下將其,循環(huán)到地面,為了防止井噴,在井底形成一個(gè)正壓差 鉆井液侵入地層對(duì)油層 造成污染,油氣層,井鉆力壓衡平欠,油氣層,泵入泥漿,在井底形成負(fù)壓差，不僅可以有效地防止鉆井液侵入地層，而且允許產(chǎn)層流體（石油和天然氣）流入井眼，在井口有效控制下循環(huán)到地面。,極大地減輕鉆井過(guò)程中鉆井液對(duì)油氣層的污染，對(duì)于提高低滲透儲(chǔ)層、潛山灰?guī)r裂縫性油藏的產(chǎn)能以及探井的勘探成功率具有十分重要的意義。,二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性,1、防止地層傷害、提高油井產(chǎn)能 欠平衡鉆井可防止常規(guī)鉆井造成的地層損害，常規(guī)鉆井造成地層損害的原因主要有以下幾個(gè)方面： （1）鉆井液濾失速度高，造成地層細(xì)顆粒和粘土顆粒的

3、運(yùn)移； （2）鉆井液中加入的固相或鉆井中產(chǎn)生的固相侵入地層； （3）存在可能發(fā)生鉆井液嚴(yán)重侵入的高滲層； （4）地層對(duì)侵入的水相、油相敏感，導(dǎo)致鉆井液濾液留在地層 中，影響了近井眼地區(qū)的滲透率，產(chǎn)生永久性產(chǎn)能下降； （5）侵入液與產(chǎn)層或地層液發(fā)生不利反應(yīng)（如粘土膨脹、化學(xué) 吸附、潤(rùn)濕性改變、乳化沉淀、結(jié)垢等）。,2、良好的產(chǎn)層顯示： 欠平衡作業(yè)中由于鉆井液循環(huán)壓力低于地層壓力，鉆井過(guò)程中地層流體會(huì)進(jìn)入井眼。在井口可以檢測(cè)產(chǎn)出液，可以提供良好的產(chǎn)層顯示；,二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性,二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性,3、減輕工程復(fù)雜、提高機(jī)械鉆速 （1）提高了防噴能力，防止井噴失控; （2）降低了液柱壓力，減

4、輕井漏和壓差卡鉆； （3）消除壓持效應(yīng)，有利于提高機(jī)械鉆速。,三、適合欠平衡鉆井的地層,壓力衰竭儲(chǔ)層 低機(jī)械鉆速的硬地層 井漏地層 老井重入和修井 敏感性損害地層 高滲高孔地層 裂縫和溶洞,好選擇,三、適合欠平衡鉆井的地層,差選擇,高滲高壓 未知儲(chǔ)層或地層 高產(chǎn) 疏松地層 薄弱塑性地層，鹽，膨脹頁(yè)巖 有硫化氫 壓力系數(shù)不同的多套儲(chǔ)層,四、欠平衡鉆井技術(shù)、負(fù)壓差設(shè)計(jì)與控制,目前采用欠平衡壓力鉆井技術(shù)：,2）低壓欠平衡鉆井：干空氣鉆井、氮?dú)忏@井、天然氣鉆井、霧鉆井泡沫鉆井、充氣鉆井,1）控流鉆井技術(shù)：使用常規(guī)鉆井液（水基鉆井液）進(jìn)行欠平衡鉆井：Flowdrilling,在地層壓力系數(shù)小于1.05的

5、地層采用 充氣(氮?dú)猓┣菲胶忏@井技術(shù),欠平衡鉆井兩種主要的技術(shù),在地層壓力系數(shù)大于1.05 的地層采用常規(guī)鉆井液施工的控流欠平衡鉆井技術(shù)Flowdrilling,負(fù)壓差的確定涉及多個(gè)因素，主要包括地面設(shè)備的分離能力、井口裝置的承壓能力、井壁穩(wěn)定、氣液兩相流的不穩(wěn)定性、速敏、應(yīng)力敏感性以及地層壓力的不確定性等； 其中，氣液兩相流的不穩(wěn)定性因素要求負(fù)壓差不能太小，以防止由于壓力波動(dòng)造成周期性的瞬時(shí)正壓差，而其他因素則要求負(fù)壓差小一些為好。,負(fù)壓差設(shè)計(jì),Flowdrilling欠平衡鉆井技術(shù) 在停鉆接單根時(shí)，因失去了環(huán)空摩阻，負(fù)壓差會(huì)增加，因此只要在循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)達(dá)到欠平衡就能滿足欠平衡鉆井的要求，負(fù)壓

6、差選擇低一些為好 對(duì)于高油氣比或氣井，動(dòng)負(fù)壓差（指沒(méi)有油氣侵）可選為0，因?yàn)楫a(chǎn)出的氣會(huì)使環(huán)空靜液柱壓力急劇減小，控制產(chǎn)氣量可實(shí)現(xiàn)對(duì)井口壓力的控制 一般推薦動(dòng)負(fù)壓為0.7MPa。,負(fù)壓差的確定與欠平衡鉆井方式有關(guān),充氣(氮?dú)猓┣菲胶忏@井,由于環(huán)空多相流系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，充氣(氮?dú)猓┣菲胶忏@井負(fù)壓差要求大一些為好，一般大于2.1MPa為佳。,井底負(fù)壓差,地層孔隙壓力,鉆井液 循環(huán)壓力,=,-,=,鉆井液循環(huán)壓力,鉆井液靜液柱壓力,循環(huán)阻力,+,鉆井液循環(huán)壓力的計(jì)算,這是一個(gè)復(fù)雜的課題，涉及到多相流的理論，國(guó)內(nèi)外多采用多相流數(shù)值模擬的方法進(jìn)行求解。,美國(guó)莫爾工程公司 Mutelite 水力設(shè)計(jì)軟件，可

7、進(jìn)行欠平衡壓力鉆井環(huán)空多相流設(shè)計(jì)、計(jì)算。,我們正在研究動(dòng)態(tài)的欠平衡鉆井多相流水力設(shè)計(jì)軟件，在該軟件中，考慮了油氣產(chǎn)量對(duì)環(huán)空循環(huán)壓力的影響。,Flowdrilling欠平衡鉆井： 通過(guò)調(diào)節(jié)鉆井液密度和節(jié)流回壓控制井底壓力；,充氣(氮?dú)猓┣菲胶忏@井： 依據(jù)多相流數(shù)值模擬或多相流水力計(jì)算結(jié)果 , 通過(guò)調(diào)節(jié)液體和氣體流量控制井底壓力。,欠平衡鉆井負(fù)壓差和井口壓力控制方法：,五、欠平衡條件的產(chǎn)生,1）正常壓力儲(chǔ)層 V孔=1.05-1.20 2）高壓儲(chǔ)層 V孔1.20,通過(guò)降低鉆井液密度，使循環(huán)系統(tǒng)的壓力低于正鉆地層的孔隙壓力，井底處于欠平衡狀態(tài)。,Flowdrilling欠平衡鉆井,3） 低壓儲(chǔ)層 V孔

8、1.05,國(guó)外普遍采用低壓欠平衡鉆井技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)低壓油藏,低壓欠平衡鉆井,充氣鉆井是低壓欠平衡鉆井主要的工作方式,立管,混氣裝置,空壓機(jī),膜氮 系統(tǒng),增壓機(jī),流量計(jì),控制閥,泥漿泵,舌 型 閥,節(jié)流管匯,液氣分離器,脫油 裝置,火 炬,N2,井底,泥漿,N2,空氣,井口四通,振動(dòng)篩,排氣 管線,循環(huán)罐,三通,第三部分混氣裝置及兩相流循環(huán)系統(tǒng),第一部分 現(xiàn)場(chǎng)制氮充氣系統(tǒng),第四部分井口裝置及兩相流循環(huán)系統(tǒng),第二部分鉆井液地面循環(huán)系統(tǒng),氣體注入方式：,氣相和液相在立管內(nèi)混合,MWD的使用受到限制,立管注 氣法,1、 抗油氣污染能力強(qiáng)，氣侵后不稠化，可用機(jī)械方法除氣，具有良好的流動(dòng)性,對(duì)充氮?dú)忏@井液基漿

9、的要求：,2、 適當(dāng)?shù)恼扯群颓辛Γ哂袘腋『蛿y帶巖屑的能力,3、 低失水，防塌能力強(qiáng)，具有抑制泥巖夾層水化膨脹或坍塌掉塊的能力,4、滿足油氣層保護(hù)的要求,六、欠平衡鉆井裝備,1、防噴器組 典型的欠平衡鉆井防噴器組是 由單閘板雙閘板環(huán)形防噴 器組成的 2、旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器,六、欠平衡鉆井裝備,3、地面分離處理設(shè)備,在欠平衡鉆井作業(yè)中需要配備專用的地面分離處理設(shè)備，主要有液氣分離器、真空除氣器、撇油罐、儲(chǔ)油罐、排氣管線、防回火裝置和火炬。,七、欠平衡鉆井作業(yè),1、欠平衡作業(yè)前要考慮的問(wèn)題： 每一層的地層壓力 地層產(chǎn)出的流體類型、產(chǎn)量及是否有酸性氣體 防噴器是否按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試壓 旋轉(zhuǎn)控制頭壓力

10、級(jí)別 地面處理設(shè)備的處理能力 井隊(duì)人員是否進(jìn)行了培訓(xùn),七、欠平衡鉆井作業(yè),2、接單根（控流鉆井）,（1）停泥漿泵； （2）關(guān)閉環(huán)空,防止兩相流分離； （3）泄立壓，直到與大氣壓相等； （4）接單根，打磨鉗痕； （5）打開(kāi)環(huán)空，開(kāi)泵恢復(fù)鉆進(jìn)。,七、欠平衡鉆井作業(yè),（1）先停泥漿泵，繼續(xù)注氣，直到氮?dú)鈱⒊?氣泥漿替出最上面一個(gè)回壓凡爾； （2）關(guān)閉環(huán)空,防止兩相流分離； （3）泄立壓(圈閉壓力)，直到與大氣壓相等； （4）正常接單根，打磨鉗痕； （5）打開(kāi)環(huán)空，泵入氮?dú)猓俦萌肽酀{，恢 復(fù)循環(huán)。,接單根（充氣鉆井）,七、欠平衡鉆井作業(yè),3、起下鉆方法 打泥漿帽部分壓井 打重塞子在井底平衡地層壓力

11、起鉆時(shí)允許井溢流 用井下壓力閥將地層壓力隔離 強(qiáng)行起下鉆,七、欠平衡鉆井作業(yè),推薦使用打泥漿帽部分壓井方法： 洗井 將清潔或與地層配伍的完井液注入到油層部位 用旋轉(zhuǎn)控制頭將鉆具起至技套 打重泥漿帽平衡地層壓力 正常起下鉆,重泥漿帽法起下鉆方式的操作要領(lǐng)：,l 將清潔的與地層配伍的保護(hù)液泵入油層 部位，使之充滿裸眼井段； l 用旋轉(zhuǎn)控制頭將鉆具起至技套內(nèi)； l 泵入重泥漿，在上部井段形成重泥漿帽 起出軸承總成，正常起下鉆； l下鉆至重泥漿帽底部，接方鉆桿，開(kāi)泵 循環(huán)，用欠平衡輕泥漿替出重泥漿； l 繼續(xù)下鉆。,保護(hù)液,技套,保護(hù)液,技套,泥漿帽,七、欠平衡鉆井作業(yè),欠平衡鉆井是一項(xiàng)全新的鉆井技術(shù)

12、，受多年來(lái)常規(guī)鉆井的影響，人們往往會(huì)把欠平衡鉆井的工藝方法與常規(guī)鉆井的一些做法混淆，如把欠平衡鉆井中的重泥漿帽法與常規(guī)鉆井中的壓井相混淆就是明顯的一例，欠平衡鉆井中的重泥漿帽法是與常規(guī)壓井有本質(zhì)區(qū)別的 。,七、欠平衡鉆井作業(yè),1)、常規(guī)鉆井中的壓井是將重泥漿泵入井底，而欠平衡鉆井中的重泥漿帽法是先在井底泵入與儲(chǔ)層配伍的保護(hù)液并充滿裸眼井段，然后用旋轉(zhuǎn)防噴器起鉆至技術(shù)套管內(nèi)，再泵入重泥漿，在上部井段形成一個(gè)重泥漿帽（或重泥漿塞），井底并無(wú)重泥漿；,常規(guī)壓井,欠平衡泥漿帽,重漿,重漿,保護(hù)液,七、欠平衡鉆井作業(yè),2)、在常規(guī)鉆井中的壓井是將重泥漿泵入井底后，循環(huán)（或節(jié)流循環(huán)）均勻，而欠平衡鉆井中的

13、重泥漿帽法是在上部井段泵入重泥漿，形成一個(gè)重泥漿帽后不再循環(huán)，井眼內(nèi)的泥漿是不均勻的（上重下輕）；,七、欠平衡鉆井作業(yè),八、欠平衡壓力鉆井完井技術(shù),原則：維護(hù)欠平衡保護(hù)油氣層的效果 滿足采油工程的要求,無(wú)固相完井液,與儲(chǔ)層配伍,物性、敏感性分析,篩管完井-致密砂巖儲(chǔ)層、火成巖儲(chǔ)層,裸眼完井-灰?guī)r裂縫性儲(chǔ)層,完井方式選擇,管外封隔器完井-分采、封隔水層,一般不主張注水泥固井，確實(shí)需要，也要盡量減輕水泥漿液柱的壓力 -管外封隔器輔助固井 -泡沫水泥漿填充,鋼質(zhì)引鞋,欠平衡水平井篩管頂部注水泥,分級(jí)箍,管外封隔器,盲管,篩管串,完井工藝管柱,（1）管串結(jié)構(gòu),（2）脹封隔器，打開(kāi)分級(jí)箍,（3）上部注水

14、泥,管外封隔器完井,封隔器,高壓油層,管外封隔器輔助固井,充填性水泥封固段 （低密度水泥漿）,目的層封固段 （高密度水泥漿）,低密度水泥漿充填減少液柱壓力,九、勝利油田欠平衡鉆井試驗(yàn)情況,開(kāi)展了20口井的欠平衡鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用,涉及六種油藏類型，在解決井漏、提高產(chǎn)能 、 改進(jìn)地質(zhì)評(píng)價(jià)方面，取得了明顯效果。,火成巖儲(chǔ)層,使用硬膠泡沫鉆井液，地層壓力系數(shù)0.96,靜欠壓1.19MPa;完井投產(chǎn)日產(chǎn)油18t，是同地區(qū)同期完成常規(guī)井產(chǎn)量的兩倍。,該地區(qū)地層壓力系數(shù)1.055，常規(guī)鉆井嚴(yán)重井漏，充氮?dú)馇菲胶忏@進(jìn)，基漿密度1.03 ，充氣量200 Nm3/h，動(dòng)欠壓3.1MPa；投產(chǎn)后初產(chǎn)71t/d，已

15、累產(chǎn)6500t，為鄰井產(chǎn)量的35倍。,羅151-11井,商741-平1井,埕北244井,本井鉆至奧陶系灰?guī)r先發(fā)生井漏，又發(fā)生井涌，應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)，解決了既漏又涌的難題，順利地完成了高漏失地層的鉆探任務(wù)，取準(zhǔn)取全了地質(zhì)資料，并取得10mm油嘴235.2t/d油、6940m3/d氣的高產(chǎn)。,灰?guī)r裂縫性油藏,低滲透油藏,沙四段地層壓力系數(shù)1.141.16，采用密度為1.06至1.07 的鉆井液，鉆進(jìn)中火炬自動(dòng)點(diǎn)火持續(xù)燃燒，火焰高2米，實(shí)現(xiàn)了邊噴邊鉆，收到了解放油氣層、提高鉆速的明顯效果，為應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)開(kāi)發(fā)低滲透砂巖油藏進(jìn)行了成功的嘗試。投產(chǎn)后日產(chǎn) 16噸，為鄰井的34倍。,純97-5井,純

16、70-平1井 該井水平段沙四段地層壓力系數(shù)1.51 ，采用聚合醇鉆井液欠平衡鉆進(jìn)，控制泥漿密度1.42 g/cm3，靜欠壓2.33MPa，動(dòng)欠壓1. 19MPa，鉆進(jìn)中火炬點(diǎn)火，投產(chǎn)后日油23噸，為鄰井的3倍。,以往草橋地區(qū)古潛山稠油油藏開(kāi)發(fā)中采用水基鉆井液和硬膠泡沫鉆井液均發(fā)生嚴(yán)重漏失，造成儲(chǔ)層污染，影響油井產(chǎn)能。該井在水平段欠平衡鉆井過(guò)程中，采用MWD監(jiān)測(cè)井眼軌跡,注入氮?dú)饨档豌@井液密度，適時(shí)調(diào)整鉆井液性能和氣液比，有效地防止了鉆井液漏失、氣侵稠化和稠油溢出量過(guò)大阻斷循環(huán)等問(wèn)題，保證了欠平衡鉆井的連續(xù)實(shí)施，為草橋地區(qū)奧陶系灰?guī)r裂縫、溶洞型稠油油藏的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了一條有效的途徑。,草古100-平17井 欠平衡鉆井技術(shù)開(kāi)發(fā)稠油油藏獲重大突破,稠油油藏,欠平衡水平井，前段為中孔特低滲孔隙型儲(chǔ)層，后段為整體裂縫型儲(chǔ)層，實(shí)測(cè)地層壓力系數(shù)1.62，使