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1、欠平衡压力钻井技术,2002.01,1、欠平衡压力钻井的概念 2、欠平衡压力钻井的优越性 3、欠平衡压力钻井适用的地层 4、欠平衡压力钻井技术、负压差设计与控制 5、欠平衡条件的产生 6、欠平衡压力钻井装备 7、欠平衡钻井作业 8、欠平衡压力钻井完井技术 9、胜利油田欠平衡钻井试验情况,提 纲,欠平衡压力钻井是指在钻井过程中钻井液的循环压力（包括液柱压力和循环回压），低于地层的孔隙压力，允许产层流体流入井眼，并可将其循环到地面，地面可有效控制，这一技术称为欠平衡压力钻井技术。,一、欠平衡压力钻井的概念,1、钻井液的循环压力（包,括液柱压力和循环流动阻力）低于,地层的孔隙压力,2、允许产层流体,
2、进入井眼,3、在有效控制下将其,循环到地面,为了防止井喷,在井底形成一个正压差 钻井液侵入地层对油层 造成污染,油气层,井钻力压衡平欠,油气层,泵入泥浆,在井底形成负压差，不仅可以有效地防止钻井液侵入地层，而且允许产层流体（石油和天然气）流入井眼，在井口有效控制下循环到地面。,极大地减轻钻井过程中钻井液对油气层的污染，对于提高低渗透储层、潜山灰岩裂缝性油藏的产能以及探井的勘探成功率具有十分重要的意义。,二、欠平衡钻井的优越性,1、防止地层伤害、提高油井产能 欠平衡钻井可防止常规钻井造成的地层损害，常规钻井造成地层损害的原因主要有以下几个方面： （1）钻井液滤失速度高，造成地层细颗粒和粘土颗粒的
3、运移； （2）钻井液中加入的固相或钻井中产生的固相侵入地层； （3）存在可能发生钻井液严重侵入的高渗层； （4）地层对侵入的水相、油相敏感，导致钻井液滤液留在地层 中，影响了近井眼地区的渗透率，产生永久性产能下降； （5）侵入液与产层或地层液发生不利反应（如粘土膨胀、化学 吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等）。,2、良好的产层显示： 欠平衡作业中由于钻井液循环压力低于地层压力，钻井过程中地层流体会进入井眼。在井口可以检测产出液，可以提供良好的产层显示；,二、欠平衡钻井的优越性,二、欠平衡钻井的优越性,3、减轻工程复杂、提高机械钻速 （1）提高了防喷能力，防止井喷失控; （2）降低了液柱压力，减
4、轻井漏和压差卡钻； （3）消除压持效应，有利于提高机械钻速。,三、适合欠平衡钻井的地层,压力衰竭储层 低机械钻速的硬地层 井漏地层 老井重入和修井 敏感性损害地层 高渗高孔地层 裂缝和溶洞,好选择,三、适合欠平衡钻井的地层,差选择,高渗高压 未知储层或地层 高产 疏松地层 薄弱塑性地层，盐，膨胀页岩 有硫化氢 压力系数不同的多套储层,四、欠平衡钻井技术、负压差设计与控制,目前采用欠平衡压力钻井技术：,2）低压欠平衡钻井：干空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾钻井泡沫钻井、充气钻井,1）控流钻井技术：使用常规钻井液（水基钻井液）进行欠平衡钻井：Flowdrilling,在地层压力系数小于1.05的
5、地层采用 充气(氮气）欠平衡钻井技术,欠平衡钻井两种主要的技术,在地层压力系数大于1.05 的地层采用常规钻井液施工的控流欠平衡钻井技术Flowdrilling,负压差的确定涉及多个因素，主要包括地面设备的分离能力、井口装置的承压能力、井壁稳定、气液两相流的不稳定性、速敏、应力敏感性以及地层压力的不确定性等； 其中，气液两相流的不稳定性因素要求负压差不能太小，以防止由于压力波动造成周期性的瞬时正压差，而其他因素则要求负压差小一些为好。,负压差设计,Flowdrilling欠平衡钻井技术 在停钻接单根时，因失去了环空摩阻，负压差会增加，因此只要在循环钻进时达到欠平衡就能满足欠平衡钻井的要求，负压
6、差选择低一些为好 对于高油气比或气井，动负压差（指没有油气侵）可选为0，因为产出的气会使环空静液柱压力急剧减小，控制产气量可实现对井口压力的控制 一般推荐动负压为0.7MPa。,负压差的确定与欠平衡钻井方式有关,充气(氮气）欠平衡钻井,由于环空多相流系统的不稳定性，充气(氮气）欠平衡钻井负压差要求大一些为好，一般大于2.1MPa为佳。,井底负压差,地层孔隙压力,钻井液 循环压力,=,-,=,钻井液循环压力,钻井液静液柱压力,循环阻力,+,钻井液循环压力的计算,这是一个复杂的课题，涉及到多相流的理论，国内外多采用多相流数值模拟的方法进行求解。,美国莫尔工程公司 Mutelite 水力设计软件，可
7、进行欠平衡压力钻井环空多相流设计、计算。,我们正在研究动态的欠平衡钻井多相流水力设计软件，在该软件中，考虑了油气产量对环空循环压力的影响。,Flowdrilling欠平衡钻井： 通过调节钻井液密度和节流回压控制井底压力；,充气(氮气）欠平衡钻井： 依据多相流数值模拟或多相流水力计算结果 , 通过调节液体和气体流量控制井底压力。,欠平衡钻井负压差和井口压力控制方法：,五、欠平衡条件的产生,1）正常压力储层 V孔=1.05-1.20 2）高压储层 V孔1.20,通过降低钻井液密度，使循环系统的压力低于正钻地层的孔隙压力，井底处于欠平衡状态。,Flowdrilling欠平衡钻井,3） 低压储层 V孔
8、1.05,国外普遍采用低压欠平衡钻井技术来开发低压油藏,低压欠平衡钻井,充气钻井是低压欠平衡钻井主要的工作方式,立管,混气装置,空压机,膜氮 系统,增压机,流量计,控制阀,泥浆泵,舌 型 阀,节流管汇,液气分离器,脱油 装置,火 炬,N2,井底,泥浆,N2,空气,井口四通,振动筛,排气 管线,循环罐,三通,第三部分混气装置及两相流循环系统,第一部分 现场制氮充气系统,第四部分井口装置及两相流循环系统,第二部分钻井液地面循环系统,气体注入方式：,气相和液相在立管内混合,MWD的使用受到限制,立管注 气法,1、 抗油气污染能力强，气侵后不稠化，可用机械方法除气，具有良好的流动性,对充氮气钻井液基浆
9、的要求：,2、 适当的粘度和切力，具有悬浮和携带岩屑的能力,3、 低失水，防塌能力强，具有抑制泥岩夹层水化膨胀或坍塌掉块的能力,4、满足油气层保护的要求,六、欠平衡钻井装备,1、防喷器组 典型的欠平衡钻井防喷器组是 由单闸板双闸板环形防喷 器组成的 2、旋转控制头或旋转防喷器,六、欠平衡钻井装备,3、地面分离处理设备,在欠平衡钻井作业中需要配备专用的地面分离处理设备，主要有液气分离器、真空除气器、撇油罐、储油罐、排气管线、防回火装置和火炬。,七、欠平衡钻井作业,1、欠平衡作业前要考虑的问题： 每一层的地层压力 地层产出的流体类型、产量及是否有酸性气体 防喷器是否按标准进行了试压 旋转控制头压力
10、级别 地面处理设备的处理能力 井队人员是否进行了培训,七、欠平衡钻井作业,2、接单根（控流钻井）,（1）停泥浆泵； （2）关闭环空,防止两相流分离； （3）泄立压，直到与大气压相等； （4）接单根，打磨钳痕； （5）打开环空，开泵恢复钻进。,七、欠平衡钻井作业,（1）先停泥浆泵，继续注气，直到氮气将充 气泥浆替出最上面一个回压凡尔； （2）关闭环空,防止两相流分离； （3）泄立压(圈闭压力)，直到与大气压相等； （4）正常接单根，打磨钳痕； （5）打开环空，泵入氮气，再泵入泥浆，恢 复循环。,接单根（充气钻井）,七、欠平衡钻井作业,3、起下钻方法 打泥浆帽部分压井 打重塞子在井底平衡地层压力
11、起钻时允许井溢流 用井下压力阀将地层压力隔离 强行起下钻,七、欠平衡钻井作业,推荐使用打泥浆帽部分压井方法： 洗井 将清洁或与地层配伍的完井液注入到油层部位 用旋转控制头将钻具起至技套 打重泥浆帽平衡地层压力 正常起下钻,重泥浆帽法起下钻方式的操作要领：,l 将清洁的与地层配伍的保护液泵入油层 部位，使之充满裸眼井段； l 用旋转控制头将钻具起至技套内； l 泵入重泥浆，在上部井段形成重泥浆帽 起出轴承总成，正常起下钻； l 下钻至重泥浆帽底部，接方钻杆，开泵 循环，用欠平衡轻泥浆替出重泥浆； l 继续下钻。,保护液,技套,保护液,技套,泥浆帽,七、欠平衡钻井作业,欠平衡钻井是一项全新的钻井技
12、术，受多年来常规钻井的影响，人们往往会把欠平衡钻井的工艺方法与常规钻井的一些做法混淆，如把欠平衡钻井中的重泥浆帽法与常规钻井中的压井相混淆就是明显的一例，欠平衡钻井中的重泥浆帽法是与常规压井有本质区别的 。,七、欠平衡钻井作业,1)、常规钻井中的压井是将重泥浆泵入井底，而欠平衡钻井中的重泥浆帽法是先在井底泵入与储层配伍的保护液并充满裸眼井段，然后用旋转防喷器起钻至技术套管内，再泵入重泥浆，在上部井段形成一个重泥浆帽（或重泥浆塞），井底并无重泥浆；,常规压井,欠平衡泥浆帽,重浆,重浆,保护液,七、欠平衡钻井作业,2)、在常规钻井中的压井是将重泥浆泵入井底后，循环（或节流循环）均匀，而欠平衡钻井中
13、的重泥浆帽法是在上部井段泵入重泥浆，形成一个重泥浆帽后不再循环，井眼内的泥浆是不均匀的（上重下轻）；,七、欠平衡钻井作业,八、欠平衡压力钻井完井技术,原则：维护欠平衡保护油气层的效果 满足采油工程的要求,无固相完井液,与储层配伍,物性、敏感性分析,筛管完井-致密砂岩储层、火成岩储层,裸眼完井-灰岩裂缝性储层,完井方式选择,管外封隔器完井-分采、封隔水层,一般不主张注水泥固井，确实需要，也要尽量减轻水泥浆液柱的压力 -管外封隔器辅助固井 -泡沫水泥浆填充,钢质引鞋,欠平衡水平井筛管顶部注水泥,分级箍,管外封隔器,盲管,筛管串,完井工艺管柱,（1）管串结构,（2）胀封隔器，打开分级箍,（3）上部注
14、水泥,管外封隔器完井,封隔器,高压油层,管外封隔器辅助固井,充填性水泥封固段 （低密度水泥浆）,目的层封固段 （高密度水泥浆）,低密度水泥浆充填减少液柱压力,九、胜利油田欠平衡钻井试验情况,开展了20口井的欠平衡钻井现场试验与应用,涉及六种油藏类型，在解决井漏、提高产能 、 改进地质评价方面，取得了明显效果。,火成岩储层,使用硬胶泡沫钻井液，地层压力系数0.96,静欠压1.19MPa;完井投产日产油18t，是同地区同期完成常规井产量的两倍。,该地区地层压力系数1.055，常规钻井严重井漏，充氮气欠平衡钻进，基浆密度1.03 ，充气量200 Nm3/h，动欠压3.1MPa；投产后初产71t/d，
15、已累产6500t，为邻井产量的35倍。,罗151-11井,商741-平1井,埕北244井,本井钻至奥陶系灰岩先发生井漏，又发生井涌，应用欠平衡钻井技术，解决了既漏又涌的难题，顺利地完成了高漏失地层的钻探任务，取准取全了地质资料，并取得10mm油嘴235.2t/d油、6940m3/d气的高产。,灰岩裂缝性油藏,低渗透油藏,沙四段地层压力系数1.141.16，采用密度为1.06至1.07 的钻井液，钻进中火炬自动点火持续燃烧，火焰高2米，实现了边喷边钻，收到了解放油气层、提高钻速的明显效果，为应用欠平衡钻井技术开发低渗透砂岩油藏进行了成功的尝试。投产后日产 16吨，为邻井的34倍。,纯97-5井,纯70-平1井 该井水平段沙四段地层压力系数1.51 ，采用聚合醇钻井液欠平衡钻进，控制泥浆密度1.42 g/cm3，静欠压2.33MPa，动欠压1. 19MPa，钻进中火炬点火，投产后日油23吨，为邻井的3倍。,以往草桥地区古潜山稠油油藏开发中采用水基钻井液和硬胶泡沫钻井液均发生严重漏失，造成储层污染，影响油井产能。该井在水平段欠平衡钻井过程中，采用MWD监测
