欠平衡钻井技术简述

欠平衡钻井概念

    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、循环出井并在地面得到有效控制的一种钻井方式。

   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、flowdrilling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。

• 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。

• 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。 

• 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体，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。使用充气钻井液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。充气钻井液的有效密度通常为0.48g/cm³~0.48g/cm³。 

• FlowDrilling，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，这里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。

欠平衡钻井的优点

• 及时发现和有效保护油气层

• 随钻对储层进行评价

• 可提高机械钻速

• 避免井漏、防止粘吸卡钻

• 提高勘探效率

• 能够避免井喷

欠平衡钻井的缺点

• 产层伤害

• 井塌问题

• 环境保护

• 安全问题

欠平衡钻井的条件

1.地层条件

1)地层压力条件

2)地层稳定性

3)地层渗透率

4)H2S含量

2.井身结构条件

技术套管应下到欠平衡施工井段的顶部

3.地面装备条件

• 液相欠平衡钻井：

  旋转控制头、液控阀、 液气分离器、真空除气器、防回火装置、火炬、点火系统等

• 气相欠平衡钻井：

井口装置、气体制备、增压设备、液体注入装置

适合欠平衡钻井的地层

1.只有在负压差条件下才能发现的地层

2.地层情况复杂

3.对于渗透性好的地层，可提高机械钻速避免压差卡钻

4.与钻井液滤液严重不相容的地层

5.含大量对水基钻井液滤液敏感的矿物的地层

井口装置分为三级

1.一级井口装置

套管头、单闸板防喷器、钻井四通、双闸板、旋转头

用于高风险井

2.二级井口装置

套管头、钻井四通、双闸板、环形放喷器、旋转头

用于风险不太大的井，地层压力低于35MPa

3.三级井口装置

套管头、钻井四通、双闸板、旋转头

用于低风险井

欠平衡钻完井液相关问题

1)与地层流体的相容性

2)腐蚀问题

3)黏度问题

4)自发的逆流吸入

5)井壁稳定性问题

6)井眼清洁问题

7)密度稳定问题

8)安全环保和成本

液体欠平衡钻井技术

1.液体欠平衡钻井技术的特点

1)技术简单可靠

2)不用配置过多的专用设备、工具、软件

3)充分利用原钻机的配备

4)添加旋转控制头、分分离器、撇油器

2.液体欠平衡钻井技术的分类

• 油包水或水包油钻井液技术

密度适用0.8~1.02g/cm3

• 水或卤水钻井液技术，

密度适用1.0~1.30g/cm3

• 常规钻井液技术

密度适用大于1.05g/cm3

• 采用密度减轻剂钻井液钻井技术

密度适用大于0.9g/cm3

3.液体欠平衡技术使用的地层

1.溶洞、裂缝、孔隙性储层，石灰岩、砂泥岩等

2.又喷又漏的复杂底层

3.硬地层

4.地层压力较高的储层

4 技术优点

1.允许较多的地层流体流入井筒并返出地面

2.适用于钻压力较高、产能较高的地层

3.可是用常规的动力钻具等工具

4.作业成本比其他方式低

空气欠平衡钻井技术

1.优点：

1.易形成欠平衡状态----适用于低压、衰竭油气层

2.对储层伤害小----特别适合水敏性地层

3.提高机械钻速

4.不污染岩屑，可准确评价底层

5.可有效解决井漏问题----适合带裂缝溶洞的灰岩层

6.可使用空气锤，----适用坚硬干燥底层

7.缺水地区，降低成本-----适用于严重缺水地区

8.与其他气体相比费用最低

2.缺点：

1.不适合钻含大量水的地层

2.不能钻含硫化氢等井

3.井壁不稳定，不适合钻软地层

4.钻进时扭矩和阻力难控制

5.无悬浮能力，井眼净化差

6.可能井下爆炸

7.需专门井下动力钻具和MWD

3.空气钻井工艺要点

    按设计要求根据确定的最大注气量和注入压力选择注入设备、管汇和仪器。气举过程中应注意注入压力的变化，如压力过高应控制井口回压l钻进过程中注意注入压力变化、岩屑返出情况的变化、钻柱旋转和上提下放阻力变化情况。

    如有异常应停钻，洗井或调整注入量保持井眼通畅。测井、固井等需要替入完井液时，应注意替入过程中控制井口压力和返出量

---