最新整理欠平衡钻井docWord格式文档下载.docx

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欠平衡钻井是国际上90年代初再次兴起的提高勘探开发效益的钻井新技术。

近几年我国来在油、气田勘探开发方面已进行了大量技术研究和现场试验，并取得了显著的成果。

欠平衡钻井的相关理论和技术研究已经成为钻井工作者的一个研究热点。

一．欠平衡钻井的概况

欠平衡钻井是20世纪90年代在国际上成熟并迅速发展的一项钻井的新技术。

在美国，欠平衡钻井被称为上游石油工业新技术，已经成为钻井技术发展热点，并越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。

国外欠平衡钻井技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。

自20世纪80年代以来，由于研制成旋转防喷头、空气钻井马达等设备，又研究出各种往井筒中注氮的方法，使欠平衡钻井工艺达到了大规模投入工业使用的程度，并呈现稳步增长的势头。

其原因主要是人们对减轻地层伤害越来越xxx，而且欠平衡钻井有可能提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏问题。

到前后，在国外该项技术已成为一种成熟的钻井工艺。

一些油公司曾报道，与常规方法钻水平井相比，运用欠平衡钻井技术使水平井产量提高了10倍。

到末，已有20多个国家应用欠平衡技术钻井，技术先进的国家包括美国、加拿大、英国、阿根廷、墨西哥等国。

这些欠平衡技术先进的国家，创造欠平衡条件采用的常用技术有：

边喷边钻；

泥浆帽钻井；

立管气体注入；

环空气体注人；

连续油管钻井。

水、地层水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡钻井的循环工作介质。

散装或膜滤氮气、空气、氮气和空气的混合气、天然气和空心玻璃球都作为减轻剂。

欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力，允许地层流体流入井眼、循环出并在地面得到有效控制的一种钻井方式。

欠平衡钻井具有能提高硬地层的机械钻速，减少循环漏失和压差卡钻等优点，从而获得发展。

推动欠平衡钻井技术的发展，其主要原因是减少和防止水平井钻井中钻井液对地层的损害。

早期的欠平衡钻井所采用的循环介质为空气，后来相继发展了用氮气、天然气、雾、泡沫或空气的轻质低密度钻井液的欠平衡钻井技术，主要用于钻低压地层。

随着欠平衡钻井技术进一步成熟及井控设备的发展（承受高压的旋转防喷器引入油田后），又发展了用液体钻井液（清水、盐水、油基、水基钻井液）对高压地层进行欠平衡钻井的技术，如FlowDrilling（国内译为边喷边钻）、钻井液帽钻井、不压井钻井等技术。

九十年代得以充分发展的欠平衡钻井技术是旋转钻井的发展和继续，是钻井工作者经过长期实践针对中、低压油藏所采用的科学对策。

由于减少了压差，阻止了滤液和固相进入储集层，因而能够最大限度地去发现和保护中、低压油藏，以获取比常规过压钻井高得多的经济效益。

另外，欠平衡钻井还可以克服液柱的压持效应，提高破岩效率，解放钻速，缩短建井周期，减少钻井液对储集层的浸泡时间，可以安全钻过严重水敏性地层及漏失层，避免大量钻井液漏失而降低了钻井成本。

这些优点，使得美国和加拿大的欠平衡钻井数已经占其总钻井数目的1/3或更多，欠平衡钻井技术还刚刚起步，截止到去年底，大约有100多口井采用欠平衡施工，且相继成立了大港欠平衡钻井公司、xxx欠平衡钻井公司和xxx欠平衡钻井公司。

二．欠平衡钻井的基本分类

常规的钻井属于过平衡钻井，钻井液压力大于地层流体压力，小于地层破裂压力。

这样做主要是防止井喷。

欠平衡钻井时，钻井液压力略小于底层流体压力，仍小于地层破裂压力。

这样能及早发现油气藏。

1.欠平衡钻井系列分为：

①气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围0～0.02克/立方厘米；

②雾化钻井，密度适用范围0.02～0.07克/立方厘米；

③泡沫钻井液钻井，包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围O.07～0.60克/立方厘米；

④充气钻井液钻井，包括通过立管注气和井下注气两种方式。

井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。

其密度适用范围为0.7～O.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；

⑤水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1～1.30克/立方厘米；

⑥油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.8～1.02克/立方厘米；

⑦常规钻井液钻井（采用密度减轻剂），密度适用范围大于O.9克/立方厘米；

⑧泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。

2.欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种：

流钻（flowdrilling）是指使用普通钻井液的欠平衡钻井；

人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。

欠平衡钻井技术经过几十年的发展，至目前，国外已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。

空气欠平衡钻井技术，是指空气作为循环介质进行欠平衡钻井，是最早发展的一种欠平衡钻井技术。

由于该技术是直接使用大气中的空气，所以可较大地节约钻井材料费用。

氮气钻井技术，在欠平衡钻井中，氮气能用作钻井液，或作为钻井液的一种组成成分。

主要的优点胜过空气钻井，因氮气和烃气的混合物不易燃烧，这样，可消除井下着火的可能性。

天然气钻井技术，在天然气钻井中，使用天然气如同使用氮气或使用空气一样，可用作欠平衡钻井的循环介质。

在钻含油气地层时，使用天气然钻井或防止井下气体混合物着火。

然而，不同于氮气或空气，天然气当它排放到大气中时，一定会形成一种易燃的混合物。

这种固有的较高的地面着火的潜在危险。

使用天然气的钻井方法与使用空气或氮气钻井有一些不同。

雾化钻井技术，在空气钻井过程中，如出现少量的地层水流，通常作法是将空气钻井转变成雾化钻井。

雾化钻井的具体作法是，在压缩的空气流未注入钻柱之前，向其注入少量的含有起泡剂的水。

注入的这种液体与地层产出的水就会分散成不连续的（独立的）液滴的雾，这种雾流速度与气流速度相同。

泡沫钻井技术，泡沫可用作钻井的循环流体，泡沫流体为气液两相构成的乳化液，它具有静液柱压力低、漏失量小、携屑能力强、对油气层损害小等特点。

适用于低压、易漏、水敏性地层、欠平衡泡沫钻井技术是目前国外应用较为广泛的一项钻井技术。

充气钻井液钻井技术，虽然充气钻井液很早就用于油气工业，但是，在50年代早期在美国犹他州的Emery县才第一次使用充气钻井液钻井。

当时，是使用充气泥浆作为钻井液，主要用途是避免因使用泥浆钻井时的井漏，而不是特定用于欠平衡钻井，近年来，由于水平井钻井的迅速发展，为了避免水平钻井中的地层损害，在加拿大、美国及世界上其他地区，使用充气液体作为钻井液已被用于欠平衡钻井。

充气钻井液的连续相通常为未稠化的液化，如水、盐水、柴油、或原油等，气相为氮气、空气或其它气体。

充气钻井液一般不含有表面活性剂，在井下具有较高的液体体积分数。

使用充气钻井流的井底压力通常高于用雾、泡沫等其它轻质钻井液的井底压力。

边喷边钻技术，随着欠平衡钻井技术的进一步发展成熟及能承受高压的旋转也喷器引入油田后，发展了使用液体钻井液对高压地层进行欠平衡钻井技术，这种技术国外称为FlowDrilling（国内译为边喷边钻）。

严格地讲，欠平衡钻井都是边喷边钻，本部分所介绍的边喷边钻系指涉及到用液体钻井液进行的欠平衡钻井作业，另外的含意是利用自然欠平衡状态进行的钻井作业。

三.欠平衡钻井的技术发展

1.国外主要钻井技术发展应用情况

欠平衡钻井作业的关键技术包括产生和保持欠平衡条件（有自然和人工诱导两种基本方法）、井控技术、产出流体的地面处理和电磁随钻测量技术等。

到，欠平衡钻井技术的进展主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。

国外已经能成熟运用新一代欠平衡钻井技术，即在钻进、接单根、换钻头、起下钻等全部作业过程中始终保持井下循环系统中流体的静水压力小于目标油气层压力，同时欠平衡钻井技术也越来越多地与水平井多分支井及小井眼钻井技术相结合，有效开发了一些新老油田，其应用范围日益广泛，美国已将其列为21世纪急需的钻井技术。

国外已经实现了全过程的欠平衡钻井。

欠平衡钻井技术发展有如下几个关键方向：

钻井模型分析；

更有效的钻井液；

更有效的井底导向系统与马达；

有利于新的钻井液的井控与地面分离系统；

集成化趋势。

未来欠平衡钻井技术将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。

这项技术对于保护油层和提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。

2.中国主要钻井技术发展应用情况

中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。

到末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。

xxx、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。

“九五”期间大港油田针对前第三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液体系实施了欠平衡钻井工艺技术，完井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。

截止到，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有了很好的基础。

在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在中国国内产生了良好的影响。

随着中国欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在中国的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后中国各油田发展的目标。

四.欠平衡钻井的主要装备

欠平衡钻井所用的地面常规装备有：

氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。

①高压旋转分流器-防喷器系统

又称旋转防喷器（BOP）。

国外有好几个厂家都有专利产品，其中美国Williums工具公司生产的旋转防喷头使用最多，压力级别最为齐全。

该公司供应的高压系统有7000型和7100型两种：

7000型的静试验压力为21MPa，工作压力为10.5MPa；

7100型包括旋转控制头总成、热传递-润滑装置、遥控监控台和遥控防爆电源设备。

旋转控制头总成壳体试验动压力可达70MPa，静压力为35MPa，工作压力为17.5MPa。

②液流导向系统

国外研制了一种电磁阀导向系统，可增加钻深。

马达被设计成一种金属对金属的叶片，采用非弹性体制成的正容积马达，不会由于失速而使转速过快。

③地面分离系统

前后，国外加强了地面分离系统研制，包括压力额定值为35MPa的地面分离装置、自动节流系统及各种分离器，这些设备可处理大量液体、岩屑和钻井液。

此外，有一种密封循环分离器，每天可处理566336立方米容量的液流；

还有一种高效小型分离器，适用于近海地区。

委内瑞拉Mamdbo湖有一口近岸井，为了降低化学剂成本，首次使用密封循环地面分离系统，还使用配有全套连续油管的驳船和bbl（原油标准桶）容量的泡沫装置。

泡沫循环液密度降低到179.74～359.4千克/立方米，在分离后，泡沫可再循环使用，以降低配制化学剂和水的成本。

④隔水管帽（RiserCap）旋转防喷器系统

一种回流装置，所用主要设备是旋转控制头，装在水上隔水管顶部，可代替隔水管系统的滑动接头、球形接头和分流器。

将高压软管接到旋转控制头双流管出口端，可提高井控能力，防止钻井液流失。

高压机械密封置装于钻台下面的钻杆与隔水管之间，钻井液通过软管回流井下。

⑤实用隔水管（VirtualRiser）装置

该装置包括旋转控制头、封隔器—锁定总成和环形压力控制—排放系统三大部件，其中封隔器—锁定总成是一个经改进的直径508mm可膨胀套管封隔器，起到控制头及井口下面