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1、第 31 卷 第 6 期 2009 年 12 月石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING 2. Engineering and Technology Department, Liaohe Oilfield Company, Panjin 124010, China; 3. North China Company of Sinopec, Zhengzhou 450006, China; 4. No.3 Drilling Branch of Bohai Drilling, Dagang 300280, China）Abstract: Underbalanced horizontal dri
2、lling technology is a new drilling technology developed from the 1990s and it has many advantages like high output of single well, high drilling rate, avoidance of well accident. It has shown a powerful development trend both at home and abroad. While application of the technology is still very limi
3、ted at home and abroad, research on underbalanced horizontal drilling technology is imperative. On the basis of summarizing the present situation of theoretical research and experience of drilling practice at home and abroad, focus analyais is conducted on the new technology of underbalanced horizon
4、tal drilling combined with the coiled tubing, Power-drive, EM-MWD, and entire process of underbalanced horizontal drilling. The development trend of the technology is prospected through combining its advantages with the development of modern drilling technology. This may be good reference to the stu
5、dy and application of domestic underbalanced horizontal drilling. Key words: underbalanced horizontal; coiled tubing; Power-drive; EM-MWD; new progress基金项目：国家自然科学基金项目（ 编号： 50674077） 和 863 项目（ 编号： 2006AA09Z312） 的部分内容。作者简介： 何世明， 1966 年生。1988 年毕业于西南石油学院钻井工程专业， 2008 年博士后出站于中国石油大学（北京） 。主要从事欠平衡钻井、 井壁稳定、 井
6、控等方面的科研与教学工作， 教授。电话： 13981894760， E-mail： hesm-。欠平衡钻水平井就是利用自然或人工方法使钻 井液当量循环压力低于地层（储层） 压力， 并让地层 （储层） 流体有控制地流到地面的条件下所钻成的水 平井1。在最近几年里， 该技术因其独有的技术优 势和经济优势， 而取得较快发展。在国内外部分油 气田进行了应用， 取得了极佳的经济效益。1 欠平衡钻水平井技术优势 Advantages of underbalanced horizontal drilling technology 有利于及时地发现和保护油气层、 提高单井产 量2；提高机械钻速， 延长钻头使用
7、寿命， 降低钻井2石油钻采工艺 2009 年 12 月（第 31 卷） 第 6 期综合成本；使循环损耗减至最小， 减少产生地层损害的可能， 最大限度地解放水平井的产能；避免钻井液漏失和压差卡钻等井下复杂事故；经济、 高效地开发特殊油气藏（例如：高角度非均质裂缝性油气藏） 和压力衰竭性油气藏。2 欠平衡钻水平井技术应用情况 Application of underbalanced horizontal drilling technology 2.1 国外应用情况 Foreign application 欠平衡钻水平井技术在国外最早主要应用于美国和加拿大， 在 20 世纪 90 年代得到迅速的发展
8、， 并形成了一套完整的钻井体系， 能在各种不同的欠平衡方式下进行水平井钻井作业， 同时能实现井眼轨迹的实时监测与控制。国外还成功地将欠平衡钻井技术应用于多分支水平井， 2008 年， 威德福在 Sabria Field 完成一口双分支欠平衡水平井3。目前国外的欠平衡钻水平井技术主要用于压力衰竭的老油田老井开窗侧钻。以加拿大的 Harmattan油田为例， 该油田于 1976 年投产， 1996 年， 在该油田实施欠平衡钻水平井技术后， 估计初始产量将增加 24%，而 10 年间的天然气采收率将达 32% 以上4。虽然常规水平井与欠平衡水平井的建井成本相似， 但欠平衡水平井的预期开采量将提高 2
9、9%， 净现值提高 40%， 初始回报率提高了 62%， 而投资回收期降低了 42%。2.2 国内应用情况 Domestic application 目前国内欠平衡钻水平井技术主要用于低渗、 特低渗油气田的建产和高角度非均质裂缝性油气藏的开发， 最早主要应用于新疆和四川的裂缝性油气藏的开发。该技术最近几年在国内得到了较快发展， 并相继钻成了气体、 泡沫、 充气、 液相、 玻璃微珠钻井液介质下的欠平衡水平井， 取得了长足的进步。但是仍然存在很多的问题， 例如：轨迹监测主要还是以电子单多点测量仪为主， EM-MWD 只能进口国外公司的仪器。3 欠平衡钻水平井技术新进展 New progress o
10、f underbalanced horizontal drilling technology3.1 连续油管 Coiled tubing国外已经将连续油管应用于欠平衡钻水平井中， 由于其钻井效率高、 安全可靠、 可实时进行环空 压力控制和钻井费用低等特点而得到广泛的推广和 应用。并出现了相应的连续油管欠平衡钻水平井的 配套设备， 其中地面设备有：连续油管钻机、 连续油 管、 滚筒、 连续油管注入头等；底部钻具组合有：连 续油管连接器、 紧急分离工具、 多路传输接头、 定向 器、 助推器、 循环阀、 抗矩器、 导向工具、 马达和钻头。 国外连续油管主要用于老井开窗侧钻欠平衡水 平井， 大幅度地降
11、低了钻井成本， 成为老油田稳产的 法宝。2005 年在美国的 Hassi Messaoud Field 油田应 用了该项技术。以该油田的 D 井为例， 该井 1980 年 完钻， 完钻井深 3477 m， 钻柱测试产量为 5.7 m3/h， 由 于地层压力下降和高矿化度地层水对套管的腐蚀， 在 1985 年关井。D 井在开窗侧钻欠平衡水平井的钻 井过程中原油的产量为 1015 m3/h， 天然气的产量为 500018 000 m3/d， 取得了较好的开发效果4。 2008 年， 由哈利伯顿研制的锥形连续油管系统， 使管柱在深井和超深井的下入深度可提高 30%， 该 连续油管的长度可达 7000
12、 多米5， 更有利于深井的 开窗侧钻欠平衡水平井作业。 但目前国内尚未涉及， 建议对该技术进行一些理论上的研究， 以便为该项 技术在国内发展和应用奠定理论基础。 3.2 旋转导向 Power-drive 旋转导向最初主要是为了适应复杂地质条件下 深井垂直钻井防斜快打而研制开发的。2007 年， 在 四川的广安构造上（广安 002 H1 井） 成功地将斯 伦贝谢的旋转导向技术（Power-drive） 与欠平衡钻水 平井技术相结合6。在钻柱旋转时， 旋转导向系统 能够实时调整井斜和方位， 从而保证实钻井眼轨迹 符合设计要求， 同时具有非常规则的井眼， 保证能够 顺利地下入完井管柱。由于应用了该项
13、技术， 广安 002-H1 井创造了多项新的技术指标： 国内水平 段最长的欠平衡水平井； 244.5 mm 套管下入创 川渝地区井斜之最（83 ） ； 139.7 mm 衬管下入 创川渝地区水平段长度之最（2010 m） 。 3.3 EM-MWD 系统 EM-MWD system 早在 20 世纪七八十年代， 俄罗斯和其他的独联 体国家便研制出了电磁波随钻测量系统， 并在 1987 年正式将其应用到钻井行业当中。电磁波随钻测量 系统能用于可压缩流体作为循环介质的欠平衡钻水 平井中， 其信号传输不受流体介质的影响， 只依赖于3何世明等：欠平衡钻水平井技术新进展地层介质， 因此是欠平衡钻水平井最佳
14、的随钻测量 工具。但是其主要的缺点是电磁波的信号传输频率 接近大地频率， 信号衰减快， 测量深度有限， 不能应 用于深井。近几年又推出了 3 类新的电磁波传输系 统：精确钻井康谱乐公司的 EM-MWD 系统、 斯仑贝 谢公司的 E 脉冲电磁波传输系统、 哈里伯顿 Sperry Sun 公司的 EM-MWD 系统。 国内目前使用的电磁波随钻测量系统全部依靠 进口。2007 年， 在广安构造上的第 1 口氮气欠平衡钻 水平井中（广安 002-H8 井） 首次应用了电磁波随钻 测量系统对井眼轨迹进行实时监测， 并取得成功， 该 井的垂深为 1784.09 m， 使用的电磁波随钻测量系统 是从俄罗斯进
15、口的电磁波随钻测量仪（ ZTS-42AP ） 。 3.4 全过程欠平衡钻水平井Entire process of underbalanced horizontal drilling 在欠平衡钻水平井应用的初期便出现了全过程 欠平衡钻水平井。加拿大 Midale 油田最初的欠平衡 钻水平井便是全过程欠平衡水平井， 所钻的井均采 用裸眼完井， 其主要目地就是最大限度地保护储层， 并随之出现了相应的工艺和工具， 主要工具有强行 起下钻装置、 井下套管阀等。广安 002-H1 井采用井 下套管阀的全过程欠平衡钻井， 该井 27 d 便完成了 2010 m 的水平段钻进， 水平段钻遇储层 1663 m，
16、 储 层钻遇率 82.74%， DST 测试产量为 11.28104 m3/d， 是邻井直井产量的 5 倍以上。4 欠平衡钻水平井技术展望 Prosepct of underbalanced horizontal drill- ing technology欠平衡钻水平井技术至今已有将近 20 年的发 展历程。随着钻井工艺和科学技术的进步， 国内外 的欠平衡钻水平井技术已发展到了一个较高水平， 其未来的发展趋势主要体现在以下几个方面： （1）深井和超深井连续油管欠平衡钻水平井技 术。 （2） 能够应用于深部地层传输的电磁波随钻测量 仪。此类电磁波随钻测量仪能适应深水平井的欠平 衡钻井要求， 进行井眼轨迹实时监测， 从而保证在整 个钻井过程中井眼轨迹在可控的条件下钻进。 （3） 全过程欠平衡钻水平井技术。保护油气层是 一项系统工程， 因而只有在每一个过程当中都应用 了欠平衡技术才能实现真正意义上的保护油气层， 达到提高单井产量的目的。5 结论 Conclusi
