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水平井欠平衡钻井技术1 前言www.china-;m2U p34D'ae2O6x近年来，随着钻井技术水平的提高和应用范围的拓展，欠平衡钻井工艺和水平井钻井技术在国际石油钻井市场上得已迅速发展。众所周知，两种钻井技术在提高采收率、节约钻井成本和保护油气藏等方面各自具有显著的优势，许多石油公司、钻井公司及服务公司都在寻求降低勘探开发费用、提高经济效益的方法和途径，以降低钻井成本和提高采收率为目的欠平衡水平井钻井技术恰恰满足了这方面的要求。水平井钻井技术可以使井眼与油藏有更充分的接触，提高单井产量；欠平衡钻井技术能够有效地发现和保护油气层。这两项技术结合，将会更有利于发现和开发油气资源，已经成为当今钻井行业的研究热门。水平钻井和完井技术是二十世界80年代和90年代早期发展最成功的一种技术。在水平钻井技术应用发展方面起巨大作用的一项关键技术是欠平衡钻井和完井技术，水平井欠平衡钻井是在钻井流体循环液柱压力低于地层孔隙压力状态下的钻井技术，也称有控状态下的“边喷边钻”工艺技术。这就意味着可渗透性地层在节流管线未开时有流体流入，且当节流管线一经关闭时，可能存在井口压力。 水平井欠平衡钻井技术已在美国、加拿大和德国得以推广应用，并且取得了显著的经济效益。在国内，由于测量手段和设备能力等因素的限制，在此之前该技术的现场应用尚不多见。2 水平井欠平衡钻井技术的优势用欠平衡钻井技术钻水平井(这里应正确选择许可条件和候选条件)的优势很多。(1) 有利于保护和发现油气层、提高单井产量：-o,qI3noowww.china-欠平衡技术钻水平井的主要优势是减小或降低地层损害，获得更大的单井产量。在常规钻井或过平衡钻井中，由于损害地层的钻井液在水平井地层中存在时间比直井存在时间长，因此地层损害对水平井的影响比直井大。由于水平井的前半水平段与流体接触时间比后半水平段长，因而其地层损害也比后半水平段更为严重。另外，在水平井中裸露于钻井液中的地层比直井也多，因而钻井液对水平井地层的损害的影响比直井大。"JdcQ$E如无大量钻井液完井液滤失渗入地层，则可避免严重的地层伤害，因此在特定地层采用欠平衡技术进行钻井和完井可防止由于流体侵入而产生的地层损伤。(2) 提高机械钻速，延长钻头寿命，降低钻井成本：K:P+X?LP%CA欠平衡钻井可提高大部分井（也包括水平井）的机械钻速，从而减少钻完总深度的时间。在渗透性岩层钻进时，当井底液柱压力从平衡变为欠平衡状态时，机械钻速最大可以提高三倍。中国钻井网-论 在非渗透性岩层和渗透性较低岩层钻进时，机械钻速依赖于绝对井底压力。因此流体密度越低，机械钻速越高。在这种岩层中钻进，采用欠平衡钻井所获机械钻速远远高于采用常规钻井的机械钻速。据测试数据得知，采用欠平衡钻井技术，其机械钻速至少是采用常规过平衡钻井的2倍。7K5t:BCWq中国钻井网-论坛(3) 使循环损耗减至最小： beUb许多水平井通常是在可能发生循环损耗的压力衰竭油藏中进行的。在大多数情况下，真实的欠平衡条件所用泥浆密度低，可以减少或降低循环损耗，避免产生地层损害、流体负载或与井筒流体损失相关的其它问题。循环损耗同样还会增加井控问题。欠平衡钻井可减少循环损耗，而且这也是在一些地区应用欠平衡技术的主要原因。(4) 避免钻井液漏失和压差卡钻等事故：4SSp,O7D8IyGS压差卡钻也是井筒压力衰竭的一个严重问题。当环空液静压力超过地层孔隙压力时，会产生压差卡钻。这种情况也可能发生在与可渗透性地层对应的层段，在该层段，泥饼是由钻井泥浆滤失形成的。 Tl6hhK_1G4e*8r压差卡钻在水平井中非常严重，这是因为产生的压差在水平井的变化范围较大，而且在水平井眼中打捞难度也更大。在胶结的可渗透性地层采用欠平衡钻井可减少压差卡钻；在未胶结的可渗透性地层，在“欠平衡”或“轻微过平衡”的情况下，应用欠平衡技术和设备也可减少压差卡钻。(5) 实现边钻井、边生产、边测试：为了让钻井操作人员进行连续的地层流体测试，用欠平衡技术钻水平井时允许地层流体流到地表。这样可获得被看成流体存在类型和油藏采收率的有价值的数据。同时，允许油藏流体流出有助于清洁岩屑。3 水平井欠平衡钻井的实现石油,钻井,3.1 井眼清洁z;_AJ0Z2pX石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机井眼清洁在所有水平井钻井作业中都是一个重点问题。有效地净化井眼要求将流体粘度和足够的岩屑传输速度结合起来考虑。用液体或气体传输固体颗粒，多年来一直是人们很感兴趣的课题，而在水平井眼用两相钻井液有效清洁井眼所需的速度和密度也仍值得进一步研究。垂直井眼携岩的基本原理是，流体最小返速应当是极限颗粒沉降速度的2倍，在水平井中这一速度应比直井高2-4倍。实验研究表明，用泥浆钻井不转动管子时，在水平井中流体返速应保持0.9-1.2m/s才能防止发生井眼净化问题，直井只需0.3-0.6m/s的返速。空气钻井时，Angel的标准是规定直井空气返速达15.2m/s才足以传输岩屑。从多个油田观察发现，实际所需的空气大约比Angel推荐的标准值多出25，这相当标准条件下空气返速大约19m/s。Guo等人扩展了Angel的模型用于预测斜井钻井所需的最小空气流速。基于他们研究的公式和曲线，在一口造斜点1500m井深，弯曲半径为86m的井上，标准条件下最小空气速度将是43m/s。Ikoka等人研究了直井钻井作业时所需的泡沫和雾化的流速问题。根据他们提出的曲线，从一口1500m深的直井中将12.5mm岩屑运送出来所需的空气和液体的最小环空返速应当是22m/s，气水比大约为200。钻屑越小要求的环空返速越低，同样气水比也低。基于这些数据，建议用泡沫或雾化进行水平井眼钻井时要求的返速应在0.9-43m/s之间，取决于钻井液液体含量或泡沫质量，这是一个非常宽的范围。关于水平井混合流净化井眼问题至今仍缺乏详细的实验研究，这是一个需要更加关注而且有意义的研究领域。用氮气混合流体进行欠平衡钻井时，钻井液的性能对井眼净化能力有重要影响。这是因为钻井液的性能即随混合流的粘度改变又随其密度变化。经验表明，用雾流钻欠平衡直井段时高氮气比是十分成功的，且所需返速也相当低。此外，持续钻井期间通常是数小时而非数天，尤其是水平井钻井时，允许正容积马达几乎无需更多润滑而直接下入井内。基于水平井现场经验，高性能的钻井液必然带来好的钻屑传输能力。在欠平衡油井钻井时，油藏流体进入到钻井液体系中，流量经常达15m3/s，提供有意义的液体性能，因此有助于提高环空携岩能力。比较起来，气流可能提供足够速度但缺乏足够的液相，有可能影响有效地井眼清洁。不能清洁井眼可能导致被迫过平衡钻井，随之而来的是一系列工程问题，卡钻和昂贵的打捞工作或者造成井漏。石 在水平井段的钻进过程中，适当增加钻柱的横向和周向运动，刮除岩屑的返出证明靠提高返速与机械作用是可以克服井跟钻屑沉降问题的。V$Rjo:D2石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机3.2 合理压差的确定AG$ZK,i实施欠平衡钻井不但要有良好的井控装备，而且欠平衡压差大小的确定也十分关键，它直接影响欠平衡钻井的成败。中国钻井网-论坛 采取适当的欠平衡技术主要依赖于孔隙压力和潜在的井眼稳定性等数据，另外，还要仔细考虑其它因素。水平井欠平衡钻井合理压差确定的三个依据：要根据不同类型油气藏的特点确定欠平衡压差的大小，若气油比高，则压差尽可能小，若气油比低，则压差可适当放大；要根据地层压力系数和产液量的大小来确定，若产液量大，则压差应尽可能小；若产液量小，则压差可适当放大；要考虑环空钻井液油气侵情况。合理的欠平衡压差应当保持钻进过程中井内液柱压力+井口控制压力略低于地层压力。4s#Is        M0中国钻井网-论坛水平井欠平衡钻井合理压差确定的三个原则：保持水平裸眼井段井壁稳定；利于保护储层；防止井喷。(1) 保持井壁稳定的负压值0d(d/G!sy利用Bradley的理想线形弹性和各向同性岩石模式研究井壁周围的应力，并且利用该模式研究并壁坍塌和破坏机理2，得出井壁失稳主要有两种类型：井壁破裂和坍塌。而欠平衡钻井过程中主要表现为井壁坍塌。井壁坍塌主要是由于岩石的剪切破坏并伴有张性破坏所致。通常情况下，随着井眼角度的增加地层坍塌压力相应减小；并且随井深的增加，岩石坍塌的敏感性也增大。对于沉积盆地的层状岩石，并斜角在10°-40°之间为易破层面，最可能发生坍塌。另外，在构造应力区内，将井眼选定在适当的方位，使井眼沿最小地层应力的方向倾斜，会改善井眼的稳定性。(2) 保护储层的极限压差确定;e欠平衡钻井过程中，地层流体流人井筒时引起袖气层中微粒运移并堵塞地层喉道造成储层渗透率下降，该现象即为速敏。因此，控制合理的欠平衡井底负压值可以使地层流体的产出速度低于储层损害的临界速度，而该临界速度一般是从速敏实验中获得，于是速敏引起的油气层损害程度就成为确定合理欠平衡负压值的重要依据3。本文根据马1井株罗系储层岩心的速敏实验数据可以推断，牛102井水平段所钻保罗系西山窑组地层无临界速度。因此，该井速敏对储层的伤害可以不予考虑。1S5ml)a 'JTLJ另外，如果油层产能较低，并且地层流体以液相原油为主，天然气含量低，那么，欠平衡钻井过程中环空当量密度随产出流体的增加变化较小，于是防止井喷的极限压差在该井上也不予考虑。PK2muSd L欠平衡作业的目的是维持环空钻井压力低于地层压力，重要的是实现连续而非时断时续的欠压作业。对于如何维持稳定的井底压力仍存在一些问题。必须避免由于压力激动而使液体和固相侵入储层对地层造成伤害。这些问题在气井中比在油井更加重要。油井压力激动钻达油层是很自然的，仅导致固相和自然的油层流体的侵入，对于气井则典型地导致固相和外部流体的侵人，而外来流体可能是地层难以相容的。稳定的井底压力固其减小了液体与地层侵入接触的程度将有助于保持欠平衡钻井，也有助于恢复所钻产层的渗透性。4$L 稳定的环空压力可以减少由于压力被动而引起的井眼不稳定和并发的环空缩径或卡钻。经验告知不可能理想化的不冲击地层，但应当尽可能维持相对稳定的环空压力。中国钻井网-论坛 W_ 稳定的压力方式允许使用环空压力作为早期觉察井眼净化问题的诊断工具。Elsborg等人提供的连续油管欠平衡钻井作业数据举例说明了实际环空压力对诊断井眼净化情况方面的能力，而波动的压力会使这种诊断困难大大增加。'UEd?J? 欠平衡钻井的另一重要作用是具备钻开气层的条件的同时进行产层测试。连续稳定的环空压力可提供更可信的储藏侵人的迹象显示，因而允许评估继续钻井的价值。3.3 流体钻井操作欠平衡钻井作业包括的流体范围从100%的气体到100%的液体，并且所有流体(雾、泡沫、充气流体等)都在其中。结果，欠平衡作业提供了流体密度和孔隙度的完整范围。适合欠平衡钻井的流体密度范围从零至任一所需密度都趋向于依赖对流体的选择。 u7oV,QI8_欠平衡钻井最普通的技术仅仅是由完成操作的流体类型限定的。这些技术包括液流(实时)操作、充气(或气体)流体操作、泡沫操作以及空气、气体和气雾操作。无论选择哪一类型流体都有其优势和局限性。这是一种最普遍的观念，但也有超出规则的问题。当某一系统具有弱点时，另一系统则会在该方面加强，但选择主要流体系统的标准仍依赖于流体产生的井底压力。流体钻井操作是采用典型的纯液体循环的流体系统完成的。它可描述为开采目的层时的单一钻井。PwIrT流体钻井系统最大的优势是，它代表了一种为钻井人员所熟知的简单易行的普通系统。与操作分离设备的需求不同的是，流体钻井系统不需要专门的综合知识和流体控制。采用流体钻井系统使压力波动和源于环空的流体“液面上升”都减至最小。而且在利用液体钻井系统时需要操作者使用常规的泥浆-脉冲测量工具(MWD)。然而，用直接的流体系统进行流体钻井操作也有不利之处。大多数相关问题即便是采用常规钻井也会遇上，产出的油和通过钻屑清洁排出的钻井液中的水可形成乳状液。即便是没有形成乳状液，当流体到达地表后，产出的流体经岩相分离和处理也会产生一些其它问题。 流体钻井在油藏的基本应用上具有标准的或比标准稍高的压力梯度。当地层压力稍低于正常压力时，受地层影响也可以实施流体钻井操作。在得克萨斯南部Pearsal油田的Austinchalk地层的实例中，甚至在地层孔隙压力为7.3lb/gal的当量泥浆比重时，Austinchalk地层也采用8.3lb/gal重的轻水进行流体钻井操作。Austinchalk地层裂缝很深，而且由于静液压力低于地层孔隙压力，导致该地层不能在环空中维持整个液体的容积，这样不但可促进地层流体流动，还使比单相钻井液更轻的流体充满环空。流体钻井操作一般是将单相流体、纯流体、钻井液、地层流体和环空中的岩屑混合注入钻柱。流体钻井在裂缝性油藏的优势较大，因为在裂缝油藏需使用清洁且廉价的钻井液。流体钻井可使钻井液损失减至最小，而且还可防止常规钻井时由于流体固体颗粒阻塞而造成的裂缝开口。(1) 气化流体操作气化流体操作(充气流体操作)尝试过两相循环流体：气相(一般指空气、氮或天然气)和液相(一般指水、泥浆或一种油基泥浆)。气化流体一般不包括表面活性剂。7_5U$z"4?1|_        H中国钻井网-论坛由于在压力衰竭油藏进行欠平衡钻井所需气化流体密度较低，因此气化流体的使用会有所增加。气化流体的优势是具有包括所有流体密度应用范围的能力。衡量气化流体系统相对比较容易，气体流体的需求因此也相应上升。为让外部地层损害减至最小，气化流体或任一液体实际上都可被利用。"Cb        p+Z!s(D中国钻井网-论坛气体流体最大的优势是当环空多相流体相分离时，可控制压力波动。由于在裸眼井中流体密度越低，提供给井筒的支撑越少，因此，在井筒中存在潜在的不稳定性。t+f| d3l-a充气和气化流体在孔隙压力为4.57.5lb/gal当量泥浆比重的储层中应用最广泛，这里不稳定的可能性较小。当孔隙压力衰竭越来越大或由于液力限制而产生井眼清洁问题时，应考虑泡沫流体系统。(2) 泡沫操作石油,钻井,工完成泡沫操作需利用混合有气相(一般为空气、氮气或天然气)和液相(一般为水、泥浆或一种油基钻井液)的两相流体，同时还需应用一种表面活性剂，这种液体岩相是永恒不变的。石油,钻井,工艺, 泡沫流体钻井在60年代后期和整个70年代曾获得过巨大成功。但由于环境和经济因素，使泡沫流体钻井遭受冷落，然而，由于近10年来泡沫再循环系统的发展使泡沫流体的应用恢复了活力。AWa'd:g|T'swww.china-泡沫流体的主要优势是它们的巨大掘采能力。泡沫具有一种运移岩屑和从井筒注入液体的独特能力。与其它流体相比，泡沫的井眼清洁能力优于其它流体。由于泡沫不是依赖于大量气体和液体混合而形成，而且从广义上说，泡沫还可调节节流压力，因此泡沫在环空中可适应不同的压力变化。然而，在使用再循环系统时，泡沫具有一些缺点。泡沫比其它流体系统的技术更复杂，而且流体稳定性的降低是受流体与井眼中污染物接触的影响。该污染物容易在泡沫流体井中发生，包括水和盐水。而对该现场处理需大量费用。另外，与其它流体系统相比，泡沫流体系统一般所需的场所也较大。pgaw泡沫流体在孔隙压力为0.55.0lb/gal当量泥浆比重的储层中应用最广泛。泡沫流体也适用于井筒中污染物程度较轻，且获得欠平衡条件后有大量流体注入的地层。由于泡沫具有井眼清洁的能力，它也是压力衰竭地层的开窗磨铣的最佳选择。(3) 纯气体操作6O(X9UV*ih8nzwww.china-空气或气体钻井一般采用纯气体作为钻井液，这种气体可能是空气、氮、天然气或任一混合气体。气雾流体的选择可逐渐发展为气体钻井，且气雾流体可被作为连续的两相流体，系统中的流体可以小滴或悬浮形式存在。当忽略工业中的气雾来进行真实地欠平衡钻井时，气体的使用可最大可能地提供欠平衡条件。许多操作者发现在大部分的压力衰竭油藏，可提供欠平衡条件的唯一流体是纯气体。压力低于0.1lb/gal当量泥浆比重的任一储层都可采用空气、气体或气雾流体进行欠平衡钻井。yP*x|swww.china-这种密度极低的流体有多种优点。它们允许一种非常经济的低压操作，由于通过气体流体产生的液力较低，这种空气钻井液是欠平衡操作系统中最经济、价廉的系统，且采用的这种空气钻井液钻井，其机械钻速将可能达到最高。如操作者选用氮作钻井液，还会降低潜在的侵蚀作用，使侵蚀变得微不足道。在应用气体和气雾流体时也有许多不利之处。当采用空气钻井，尤其当侵入水产生时，空气系统潜在的侵蚀程度比其它系统高。向井底输入氧气会增加潜在的井底火灾或引起环空中的碳氢化合物爆炸。气体系统对井筒的维持最少，且在钻井时对井眼清洁最无效。O%q,t9O2,d其它操作可能会在地层中产生一种过平衡条件，即使是在井眼中采用欠平衡钻井液流体，这些操作包括压力波动、钻杆连接、起下钻作业、环空中的回压(节流压力)和完井操作，为避免问题，特意把这些条件作用于井筒中。当要求拟一欠平衡或低压头条件等技术时，与在纯欠平衡操作中应用这些技术最紧密相关的技术也已得到发展。大部分适用于欠平衡操作的相同设备也与包括“泥浆帽”钻井和不压井起下作业的技术一起使用。3.4 泥浆帽钻井操作泥浆帽钻井在钻井流入时的环空压力超过旋转控制部分(旋转头或旋转防喷器)的安全压力限制时适用。泥浆帽操作不仅仅是单纯的欠平衡操作，而且通常还应用许多相同的技术和设备。这项技术是循环损耗和储层侵入交替作用时产生的，而且是为了防止气体被运移到地层，在环空中设置一定体积的钻井泥浆。B&RG9XA;KL4x中国钻井网-论坛一定体积泥浆静液压力与地面环空压力综合可与地层孔隙压力平衡。一旦在环空中输入粘性的泥浆帽，环空就会被关闭或需重钻，所有的钻井液携带着钻井颗粒被压入地层。|'P4RDt9F9_www.china-泥浆帽操作作为流入钻井时解决高地面压力或高流体损耗的应急措施在得克萨斯中部的Austinchalk裂缝地带广泛应用，这项技术也在世界各地广泛应用，尤其是可钻进裂缝酸性气体储层的海岸地带。这项技术具有可应用常规流体系统减少流体对地面返回等优点以及产生大量地面侵入的后序处理问题。泥浆帽技术也允许范围较广的裸露孔隙压力在井筒中同时变化，比如，当含有原始地层压力的裂缝与衰竭地层连接时。YD9x&p-h$ab!A当应用所有技术时也有一些弊病。泥浆帽钻井需要大的天然裂缝或其它高渗透岩石与井筒相通。完成这项技术需要采用无循环钻进，也就是无泥浆返回地面。当用其它欠平衡技术，定向钻井和测量比泥浆帽钻井更复杂。最后值得一提的是，在所有泥浆帽操作中，钻井液的充足供应是必需的。3.5 水平井欠平衡钻井技术中国钻井网-论坛Ed$i(1) 边漏边钻钻井工艺4r3F"vAT边漏边钻钻井工艺是用高粘切的高密度钻井液将环空内被污染的钻井液挤压到地层中，然后关井，钻具内用清水+胶液作为冷却液进行边漏边钻，井口可有回压也可没有，它取决于钻井液重力塞的密度。(M,s-|L7Qe7Lwww.china-(2) 边喷边钻钻井工艺边喷边钻钻井工艺是采用比地层压力系数低的钻井液密度，利用旋转控制头控制一定回压正循环欠平衡钻进，正确操作节流阀，使地层流体不断涌入井筒，从而实现欠平衡钻进作业。在钻进过程中，由于出口钻井液受油气污染，造成钻井液密度低于设计密度，因此，必须保证入口钻井液密度为设计值，才能维持欠平衡钻进的顺利进行。 T.zA"s/v:W#p*u45A中国钻井网-论坛采用边喷边钻工艺必须具备的条件：气油比低，采用边喷边钻时，地面设备的承压能力和处理量能够满足要求。 f3kWu-W注意事项：欠平衡钻进过程中，一定要保证入口钻井液密度为设计值不变，防止钻井液密度不断下降，形成恶性循环，造成套压过高或超出地面设备的处理能力。排量不宜太大，以防井漏，一般为1020L/s左右。(3) 下部钻具组合使用配置)Y$K+L%cJQ在所有研究实例中，钻井用BHA(下部钻具组合)均在不压井情况下人或从井中提出。使用程度涉及使用三芯电缆装置带一根9-12m的具有润滑脂注人头的防喷管。使用时间通常在4-6h，不包括实际组装新BHA的时间。连续油管和电缆操作人员由于精通工序，每次都获得新的操作经验。当部署钻含硫气井时，需要附加时间，以便工人穿戴防毒面具，口头交流也有一定因难。中国钻井网-论坛$p(4) 工具振动-X2M1O7K中国钻井网-论坛电子定向工具已经显示了对振动的敏感。经验表功，在高气比环境下由于缺少液体，类似于油流环境下看到的阻尼，而使振动趋势加大。工具振动可以通过钻井液的液体性能加以控制。这种现象在气井中由于产层流体的加入而使振动比油井更加严重，油井中有液体阻尼影响。连续油管的使用，真实电缆数据传输，提供了工具在振动酌情况下保持定位的手段，也避免了耗时昂贵的调整定向工具的操作。3.6 水平井欠平衡钻井的压井技术石油,钻井,工艺,机械,钻井液,在目前的欠平衡钻井作业中，经常需要进行压井作业，一个好的压井方法可以提高压井的成功率，减少钻井液的消耗量，同时还可减少钻井液对地层的损害程度。压井的方法很多，关键是要选择适合本井情况的方法。一般有三种，即压回法、正循环压井法和重泥浆帽压井法，其优缺点如下：7D+Y*L N        d$J 1) 压回法：关井，用高密度钻井液将环空和钻具内的低密度钻井液同时推入漏层，该方法压井速度快，但钻井液损耗量较大。         YRtz'6_-Ql石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机2) 正循环压井法：高密度钻井液入钻具，环空返出低密度钻井液，该方法压井速度慢(是压回法的1倍)，但钻井液损耗量较小(是压回法的1/31/2，其中轮古2井压井一次漏失1003左右)。应该注意的是井漏情况下的正循环压井与常规压井不同，压井初始泵压不应该等于低泵冲泵压加关井立压，应该适当控制节流阀开度，当高密度钻井液到达钻头以后，可适度关小节流阀防止溢流，采用此方法可以减少漏失。3) 重泥浆帽压井法：关井，用高密度钻井液(轮古2井用1.50/3的钻井液)将环空和钻具内的部分低密度钻井液推入漏层，使井筒内的压力处于平衡状态，该方法压井速度最快，钻井液损耗量最小，下钻完替出高密度钻井液。对油气藏的损害明显降低，从而达到保护油气层的目的。%Z)?TA3xk3.7 不压井起下作业y!hxCP U不压井起下操作是指为了在超过旋转控制部分(比如旋转头或旋转防喷器)的压力限制的地面压力下，使用不压井起下作业装置或连续油管的一种有目的的操作方法。为了增加欠平衡钻井利润，我们通常会计划或要求采用不压井起下作业，连续油管钻机在最初设计中一般采用环空压力进入或退出井筒。r4rb5vJv:a当采用连续油管和不压井起下作业时，在它们中的一些技术严格说并不是纯粹的欠平衡钻井技术，它们只是促进欠平衡钻井作业的设备。连续油管和不压井起下作业为所有流体系统的应用提供帮助，它们使欠平衡操作在高压条件或地层压力极高时也可操作，连续油管和不压井起下作业使起下钻和钻杆连接无需压井和有效的井控操作。石油, 这两种系统也有其缺点，它们中的一些缺点对欠平衡的操作特性影响不大，连续油管钻井需要定向钻井的定向工具，而且旋转钻柱一般不大可能。当应用连续油管时，井眼清洁困难，而且当应用连续油管马达和一种可压缩流体时很难优选水力压力，所需的两项技术需要专门的设备，而且钻机比常规设备成本高。3.8 井漏情况下的起下钻、测斜、中测、电测、完井等作业&l(f7R;?#jz2c,l(_*s起下钻作业是钻井过程中所必须做的工作。在普通井的钻进中，这是既平常又简单的事情，但是在欠平衡作业时，起下钻并不简单，为了解决这一难题，采用“吊灌”法起下钻技术，具体为：使用旋转控制头，带压将钻具起至套管鞋内，压井结束后，起钻进行“吊灌”，灌入量为起出钻具容积的1.52倍，下钻不灌钻井液；电测期间可适当灌入少量钻井液，使井筒内的钻井液始终处于微漏状态，以防液柱下降而造成井涌、井喷。3.9 水平井欠平衡钻井的钻井液技术:c)e6vzJ'www.china-欠平衡钻井打开油气层，需要优质的钻井液与之相配合，钻井液除了提供欠平衡所需的适当密度(即液柱压力)以外，还要具有优良的流变性和保护油层功能。石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机钻井液的选择不仅对马达性能是关键，而且对避免液体与油藏岩石接触造成地层伤害也是关镶。欠平衡钻气井时钻井液的选择和油井不同，在那里生产流体通常是可利用的，多数情况下，必须使用非储层流体。在选择过程中必须考虑其可利用性、成本、地层相容性、密度、岩屑携带能力和腐蚀性。,HAKf"Bbf中国钻井网-论坛虽然欠平衡钻井几乎没有流体侵人地层，但也会出现短时间的过平衡。如果发生这种情况，重要的是流体不要对地层造成伤害。在敏感性地层用蒸馏水或柴油及清水已经进行成功地钻井未发现地层水敏。%xae-;3.10 水平井欠平衡钻井的完井技术XI7d5H O0C石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机对奥陶系碳酸盐岩油气藏实施欠平衡钻井之后，需要进行完井作业。针对碳酸盐岩油气藏易井漏的特点，为保护油气层不受水泥浆的污染，最好采用裸眼完井和筛管完井。4 水平井欠平衡钻井的技术难点与技术对策欠平衡作业在有问题地区钻井风险较小，而且在欠平衡作业的发展方面，充满自信的钻井承包商正为新的冒险而着手努力。然而，决策者在整个操作过程中一直对为什么欠平衡钻井没有很大的发展而疑惑不解。最简单的答案是：虽然欠平衡作业具有重要的技术优势，但它又是一种相对不成熟的技术，而且欠平衡作业存在与操作过程密切相关的风险。www.china-1CO%z;?,p-Cr2o c"在过去技术高速发展的15年中，许多油气工业组织已逐渐意识到在减少风险和实现整个潜在新技术方面存在两大主要障碍。第一大障碍即是地层的有效浸染和整个石油组织的技能；第二大障碍是每当试验新技术时都可能有错误遗漏发生，因此新技术的应用存在风险性，具体到欠平衡操作发展的一些其它障碍还包括： ?%V#Nz?r4N:E 缺乏处理海岸地区和硫化氢地区应用欠平衡作业上专门的设备； 还需在组织管理的方法、技术和工艺方面有所发展； 欠平衡作业常与一些如水平井和多侧向钻井技术等新技术综合应用的事实； 钻井方案和计划比其它钻井技术更复杂； 研究领域的早期失败可能抑制未来方案的实施。S&7s+只有对整个欠平衡作业过程进行仔细计划，且对其风险深思熟虑之后，早期实施者才有信心采纳这项新技术。4.1 施工难点cGD(afd+n欠平衡压力作业过程中，地层压力大于井内液柱压力，允许地层流体进入井筒。而任何增稳及方位控制钻具都是利用扶正器的数量及安放位置来控制井眼轨迹的，既要允许地层流体的流出，还要满足井眼轨迹的要求，同时保证钻具在井眼中的安全。所以，在欠平衡井段进行增斜、稳斜钻进，解决好欠平衡压力段的轨迹控制，是施工成败的关键。 b3woxB!yoX3o.由于控制欠平衡压力施工段的井眼轨迹需要单点、多点的监测，而常规监测可能使进入井简的地层流体太多，又不能及时分离，将会引起后效反应及井下复杂情况，因此需要解决井眼参数监测问题。钻进时要有效控制地层油气的侵入速度，否则可能出现气体滑脱，造成地面套压迅速升高，引起井壁失稳及其它风险问题。因此需要选择合适的负压值。 Tpn&z中国钻井网-论坛既要预防低浓度硫化氢对人员生命造成的危害，又要预防硫化氢“氢脆”，解决硫化氢的侵蚀问题。 6m0Ub6S9fr石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机在欠平衡定向并双重特殊作业条件下，若对复杂情况的预防和处理不当，都将引起复杂恶化，甚至导致前功尽弃。4.2 技术对策石(1) 造斜点的确定石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机d+欠平衡压力钻井施工并下安全相对薄弱，因此，现场要把造斜点、造斜段定在常规的安全并段，并确定好造斜点的合适位置G在进入欠平衡段之前要留出能调整好井斜、方位的并段。该井段长短要适宜，太短将难以控制，太长又可能在进入欠平衡段前出现新的方位偏离。(2) 久平衡段的增稳钻具组合G1zd#T43bIF石油,钻井,工艺,机械,钻井液,固井,完井,钻机在目的层进行欠平衡压力钻井并实现稳斜定向控制，关键是选择钻具。由于地层压力大于并筒液校压力，所以钻具应尽可能简单，要尽量减小钻具的摩阻。4m/kr%VZdb$b(3) 久平衡压力施工井段的井斜和方位监测 RY.sZ7V F;b控制斜井段方位需要一定的时间测量井眼轨迹数据，但采用常规单点监测方法，测一次一般需要2h左右、而冬季测一次将需要3-4h。如不压井就进行单点测量，在这样长的时间内，地层流体将大量进入井眼浸泡地层，会使并壁坍塌，同时难以控制循环时产生的后效；而压井后再测，一方面会浪费大量时间；另一方面压井次数过多，全并钻井液的密度将会升高，导致控制密度困难，同时还增加费用。针对这个问题，认真调研分析，决定采用简单、成功率高且井下安全的自浮式单点监测方法，投测时只需将调好的仪器投入钻具内，然后开泵，通过钻井液的椎力将仪器椎人测斜座，等测完后停泵，再靠钻井液的浮力使仪器浮出钻具，也可以边钻边往下椎。这样不仅节约时间，而且避免了因停泵而不能及时带出地层流体所造成的井下不安全问题。(4) 欠平衡压力钻进时的操作对策'R#T(S1d4xr开始钻进时，节流阀不节流，读出此时的立压作为立压参考值，供以后节流调节时用。在钻进过程中，未钻遇油气层时的立压值等于立压参考值；钻遇油气层后钻井液密度将逐渐改变：当被油气浸的钻井液上升到并眼上部时，出口流量开始增加，立压值开始下降。此时应调节节流阀，保持立压值约等于立压参考值。另外，随井探增加，新的立压参考值为原立压值加上随井深增加而增加的压耗与环空压耗值，还应及时排除泵方面团素造成的立压值降低，要保证整个钻进过程中负压基本一致，起钻前压并必须遵循“压而不死、活而不喷”的原则。关井求压可计算出地层压力，按近平衡压力的要求，根据地层压力可以计算出要达到平衡地层压力目的所需打人的重钻井液量。欠平衡压力定向井属于双重特殊井，鉴于这种特殊性，定向的特殊施工一般要避开欠平衡压力段。欠平衡压力段的换胶芯之类工作要安排在白班。每钻完一个单根要坚持两划一洗，起下钻要平稳操作，控制进度、每下钻20柱向钻具灌满钻井液一次。要始终注意钻进过程中各项参数的变化，防止钻具、钻头等出事故，防止操作不当造成井壁坍塌等。要认真注意每一个细节(油气的上窜速度、全烃含量、钻井液密度的变化、井口有无钻井液溢出，以及钻具是否放空等)，严防没能及时发现井下异常而造成的复杂恶化，尽力将一切隐患消灭在萌芽状态。5、结论中国钻井网油,钻井2p0f欠平衡作业与水平钻井两项技术之间各有其优势，这一点是很明显的，水平钻井要求钻井人员预测一个常量的孔隙压力，而欠平衡作业技术要求水平井钻井人员最大程度地减少地层损害并采用专门的地面设备来控制井。欠平衡作业技术的关键是要恰当地应用。如果没有完全了解所勘探地层的特性和钻井设备的限制条件，我们也不能完成欠平衡作业。调查研究所有适用的地层和目标是操作者的责任。操作中的失败通常是由于选择了不正确的候选数据造成的。d'X*LL p1EGYf 尽管欠平衡作业仍是一项新兴技术，但由于水平完井技术的普遍发展，以及欠平衡钻井与水平钻井技术的共同发展，迅速扩大了作为目前存在的欠平衡作业技术的限制条件。我们期望欠平衡作业中的地面设备和工具设计以及为提供最佳工具方案而设计的模拟工具得到进一步的发展，操作人员获得综合培训。为了适应目前较低油价的形势，开发和开采工业不断发展新技术，积极筹措资金开发新的油藏。水平钻井和欠平衡作业是石油工业新技术创新的成功例证。