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1、西安科技大学 硕士学位论文 大牛地气田氮气泡沫欠平衡水平钻井工艺研究 姓名：黄巍 申请学位级别：硕士 专业：矿产普查与勘探 指导教师：唐胜利;王振福 论文题目：大牛地气田氮气泡沫欠平衡水平钻井工艺研究 专 业：矿产普查与勘探 硕 士 生：黄 巍 （签名） 指导老师：唐胜利 （签名） 王振福 （签名） 摘 要 随着世界油气工业勘探开发形势的严峻，欠平衡水平钻井技术的需求越来越急迫。 针对大牛地气田低压、低渗气藏的勘探开发难题，根据储层地质特征，有针对性开展了 大牛地气田氮气泡沫欠平衡水平钻井工艺研究。本文首先从大牛地气田气藏特征出发， 对石盒子组损害机理和保护措施进行研究，提出了石盒子组气层的保
2、护措施。在国内外 氮气泡沫欠平衡钻井环空携岩理论相关成果的基础上，运用多相流体理论和方法，建立 了氮气欠平衡钻井的环空流动理论模型，采用数值方法对该模型进行求解。并对氮气泡 沫钻井液进行水力学计算，提出适合现场的井底负压控制方法。对工区现有的发泡剂进 行 API 标准试验,及钻头使用试验，提出适合工区使用的发泡剂、钻头及钻具组合。研 究了氮气泡沫欠平衡安全钻井技术， 为氮气泡沫欠平衡钻井的地面装备配置方案与工艺 流程，安全施工细则提供了理论依据。初步形成适用于大牛地气田低压、低渗气层的氮 气泡沫欠平衡钻井工艺技术， 以期实现氮气泡沫欠平衡钻井技术在大牛地气田的工业化 应用。 关 键 词：氮气泡
3、沫；欠平衡水平钻井；钻井液密度；负压值 研究类型：应用型 Subject ：The Technology of Nitrogen Foam Unbalanced Drilling Horizontal Wells in Daniudi Gas Field Specialty ：Mineral Resource Prospecting and Exploration Name ：Huang Wei （Signature） Instructor ：Tang Shengli （Signature） Wang Zhenfu （Signature） ABSTRACT As gravity of the
4、situation of the worlds oil and gas industry exploration and development, underbalanced horizontal well demand more and more urgent. According to the geologic characters, aiming at the explorative difficult problem of gas reservoirs low pressure and low permeation in Daniudi Gas Field , reservoir we
5、 have developed the research of nitrogen foam under-balanced drilling technology in Daniudi Gas Field gas reservoir .This article started from the gas reservoirs character , studied the gas reservoir damage principle and protection measures of the Shehezi stratum, put forward the protection measures
6、 of the Shehezi stratum . On the base of the relative achievements of nitrogen foam under-balanced drilling carry drillings theory of abroad and home ,We used multi-phase flow theory and method , set up the theoretic annular space flow of natural foam under-balanced drilling , and solved the model b
7、y making use of mathematical method . The foam using on the working area to the existing API standard test , drill using experimental , propose vesicant and BHA which are fit to the working area .We also have researched the safe drilling technology of under-balanced drilling , put forward the equipm
8、ent program on the surface and technological progress of nitrogen foam under-balanced drilling , and arranged to compile safe drilling rules of nitrogen foam under-balanced drilling . By doing such we formed preliminarily the nitrogen foam under-balanced drilling technology witch was applicable to t
9、he low pressure and low permeation reservoir in Daniudi Gas Field , which is expected to realize the nitrogen foam unbalanced drilling technology can be applied industrially in Daniudi Gas Field . Key words: Nitrogen Foam Unbalanced Drilling Horizontal Wells Drilling Fluid Density Negative Pressure
10、Values Thesis : Aplication Type 1 恊论 1 1 绪论 1.1 选题背景及研究意义 1.1.1 选题背景 “欠平衡水平钻井”技术是欠平衡压力钻井与水平井的结合。水平井是指在地下某 一深度的地层中沿水平方向钻出一段水平井眼的工艺过程； 欠平衡压力钻井是指在钻井 液作用于井底的压力 （包括静液压力和循环压力） 低于地层孔隙压力条件下的钻井。 “欠 平衡水平钻井” 技术是利用水平井特殊轨迹增产并结合欠平衡钻井消除油气储集层伤害 而发展的一项热门油气钻井技术。 欠平衡钻井技术与水平井钻井技术是近年来为适应低渗低压碎屑岩气藏开发而提 出的消除污染漏斗、保护油气层和增产、提
11、高单井产能的工艺技术。欠平衡钻井技术的 特点是在钻井过程中实现了井筒压力小于地层压力， 钻井液不会进入地层造成近井周围 油气层的伤害， 因此特别适合于采用常规钻井方法无法实现油气层保护的低压地层以及 与钻井滤液作用后渗透率低的水敏、岩敏、碱敏及碎屑岩等地层。水平井钻井技术的优 点是井眼在产层中水平延伸， 增加井眼与储层的接触面积， 或增大井眼钻遇裂缝的机率， 因而较适合于油层厚度较薄、裂缝沟通性差、利用直井开发效益差的油气藏。 世界石油工业对欠平衡水平钻井技术的兴趣， 开始于 20 世纪 80 年代末 90 年代初， 迅速风靡世界。而且据美国能源部与 Maurer 工程公司预测，在未来 10
12、年内，欠平衡水 平钻井技术的应用仍将稳步增长。欠平衡水平钻井能有这样的大好形势，究其原因，主 要有两个方面：一是世界油气工业勘探开发形势，迫切需要油气勘探开发新技术；二是 欠平衡水平钻井技术自身的技术经济特点，适应了当前的形势。 首先，目前世界石油工业，包括中国，均面临着严峻的形势，这主要来自于两个方 面：一是远景性的石油资源严重匮乏，可动用储量迅速减少，而新探明储量增加缓慢， 勘探开发难度日益加大。从世界范围的勘探形势来看，发现巨大型油田的可能性越来越 小， 新探明储量的增加速度远远小于可动用储量的减少速度， 作为目前工业能源的石油， 己明显不能保证未来几十年后工业发展的需要， 但能够替代石
13、油作为今后工业主要能源 的新能源仍然未能发现，所以人们仍将能源发展的重点放在中、小型油田、复杂地质条 件和地表条件下的油田、非常规油、气资源的勘探开发上；以及中、后期油田的改进、 挖潜上，这种形势和任务必然导致勘探开发的难度日益增大，成本日益增加。 其次，世界上特殊油气藏资源相当丰富，尤其是低压、低渗透油气田。就拿我国来 说，其储量占总探明储量的三分之一，同时，不仅有大量的原生性低压、低渗油气资源， 西安科技大学硕士学位论文 2 而且相当部分开发中后期油田，由于压力递减而进入低压范畴。而欠平衡水平钻井本身 的技术特点很适合开发这类油田。因此，从这一点看，欠平衡水平钻井有着巨大的应用 市场，其前
14、景相当令人乐观，这也是促进欠平衡水平钻井诞生与发展的客观动力。 欠平衡水平钻井在减少地层伤害、保护油层提高采收率、提高勘探开发水平、提高 钻速减少压差卡钻、随钻油气藏评价等多方面都有其自身的优势。这些技术优势及特点 为石油钻井行业在寻求降低勘探开发成本、提高经济效益上提供了一种有效途径。 我国 21 世纪的油气资源勘探开发，面临着复杂储层物性和复杂地质条件油气资源 的开发，面临着低压、低渗、低产能油气资源开发，面临着开发中后期老油气田的改造 挖潜，面临着稠油、致密气层和煤层甲烷等非常规油气资源的开发，面临着世界石油市 场竞争的挑战。因此，欠平衡水平钻井技术是我国 21 世纪油气资源开发中必不可
15、少的 主干技术之一。 而欠平衡水平钻井技术在我国的发展与应用又是一项涉及面宽、 投资大、 风险大的系统工程。由于各油田地质条件的差异，相应的实施对策有所不同，同时该项 目又是有风险技术的项目，引进、照抄、照搬将会带来严重的后果，况且该技术仍处在 不断发展、完善阶段，还有一系列问题有待于解决。因此大牛地气田在引进欠平衡水平 钻井配套关键技术和设备的同时，还应针对大牛地气田生产实际情况，加强其工艺技术 的攻关研究，形成一套适合大牛地气田特点的欠平衡水平钻井工艺配套技术。论文选择 该题目以期所做工作对研究区今后工作有一定指导意义。 1.1.2 研究意义 21 世纪能源是天然气的时代。 我国经济可持续
16、发展和环境保护的现实， 要求大幅度 增加产量，以满足不断增加的市场要求。中石化华北石油局把加快大牛地工区天然气勘 探开发作为 21 世纪加快发展的重头戏。 大牛地气田位于陕蒙交界处，构造位置处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部，2002 年探明储量 500108m3。2008 年已形成年产天然气超过 10108m3的能力，实现向北京、 山东、河南、内蒙古供气，成为中石化重要的天然气生产基地。大牛地气田钻遇地层依 次为新生界、中生界、上古生界、下古生界、和前古生界，细分为志丹群、安定组、直 罗组、延安组、延长组、二马营组、和尚组沟、刘家沟组、石千峰组、石盒子组、山西 组，主要岩性为泥岩和砂岩，部分层段含砾石，偶含菱铁矿和黄铁矿结核。储层分石盒 子组和山西组两个层位，储层薄而面积大，以低压、低渗
