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1、 欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究文献综述专业：机械设计制造及其自动化班级：机自08-7班姓名：朱韩鹏学号：08041723指导老师：贾星兰2012年3月10日欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究文献综述前言 近几年随着大庆、胜利等大型油田产量的递减,中国的原油供应能力难以持续增长,今后发现巨型、大型整装油田的可能性已经很小,近十年来的实践经历证明,利用现有的勘探技术手段,不能够有效发现、开发、利用中国 的远景油气资源。要达到此目的,必须要有技术进步,产生相应的新技术。这为欠平衡钻井的发展提供了条件。欠平衡钻井是在钻井液液柱压力小于地层压力的情况下 ,有控制地让地层液体进入井眼的一种钻井技
2、术。欠平衡钻井技术自20世纪90年代以来,在石油领域掀起了一场热潮,受到了国内外石油工程专家的普遍重视。通过对相关文献的检索和查询，使我充分了解了欠平衡钻井的来源、研究现状和未来发展趋势。他们总结了目前国际上欠平衡钻井的分类方法，并在综合考虑地层孔隙压力、流体类型及欠平衡应用的情况下，提出了一种新的欠平衡钻井分类方法，然后就欠平衡钻井油藏筛选方法进行了系统论述。关键词：欠平衡、发展、应用正文一：欠平衡钻井技术的历史： 20世纪90年代，欠平衡钻井技术开始在国外迅速发展，目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口，到2010年将超过2万口。在许多发达国家，欠平衡钻井已经成为常规钻井技术，例如
3、，美国、加拿大两国的欠平衡钻井已经占到本国钻井总量的1/5左右。欠平衡钻井技术有很多优点，例如，它能有效解决传统钻井污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害。它从根本上解决了井漏难题，还能有效发现各种隐蔽性的油气层，从而开采那些用传统方法、设备、工厂发现不了的油气田。欠平衡钻井技术还能大大提高油气开采效率，例如，第一，产量方面，根据某些国外企业的统计数据，与常规方法钻水平井相比，欠平衡钻井技术能够使水平井产量提高约10倍；第二，速度方面，欠平衡钻井的速度比常规钻井提高了10多倍，有的甚至超出约20倍。在国外，欠平衡钻井技术已经在多种技术路线上形成系统、完备、稳定、有效的装备和工厂技术体系，如
4、气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井、淡水或卤水钻井液钻井、常规钻井液钻井和泥浆帽钻井等。从专利文献看，国外欠平衡钻井技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。不过，随着欠平衡钻井技术的不断更新，其专利部署空间在持续拓展。在油气钻探和开采这个特殊行业，靠所谓基础专利垄断国际技术标准的局面没有出现，今后也很难出现。目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技
5、术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工厂和装备。二：欠平衡钻井技术的分类及应用分类：2005年，国际钻井承包商协会(IADC)发布了有关欠平衡作业和控制压力钻井的分类方法：按照风险级别分为O5级_l ；根据钻井流体类型，分为气体、雾化、泡沫、充气和低密度钻井液钻井。按照应用分为控制压力钻井(MPD)、欠平衡作业(UBD)、钻井液帽钻井(MCD)
6、L3 。Weatherford公司欠平衡部门现提供三类欠平衡服务，即：PD(提速增效钻井)，用于提速、纺漏和防止页岩水化等；储层的UBD，实现保护储层，获得高产的目的；MPD用于精确控制井底压力，在窄安全密度窗口实现安全钻井。笔者综合考虑地层孔隙压力、流体类型及欠平衡应用情况，广义上将欠平衡钻井分为6类，即液相UBD、液相MPD、气相UBD、气相超UBD、气相OBD过平衡钻井)和气相提速。应用：1.国外主要钻井技术发展应用情况欠平衡钻井作业的关键技术包括产生和保持欠平衡条件(有自然和人工诱导两种基本方法)、井控技术、产出流体的地面处理和电磁随钻测量技术等。到2006年，欠平衡钻井技术的进展主要
7、集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。国外已经能成熟运用新一代欠平衡钻井技术，即在钻进、接单根、换钻头、起下钻等全部作业过程中始终保持井下循环系统中流体的静水压力小于目标油气层压力，同时欠平衡钻井技术也越来越多地与水平井多分支井及小井眼钻井技术相结合，有效开发了一些新老油田，其应用范围日益广泛，美国已将其列为21世纪急需的钻井技术。 国外已经实现了全过程的欠平衡钻井、完井。欠平衡钻井技术发展有如下几个关键方向：钻井模型分析；更有效的钻井液；更有效的井底导向系统与马达；有利于新的钻井液的井控与地面分离系统；集成化趋势。未来欠平衡钻井技术将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于保
8、护油层和提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。 2.中国主要钻井技术发展应用情况中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。新疆、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。“九五”期间大港油田针对前第三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液体系实施了欠平衡钻井工艺技术，完井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。截止到2006年，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成
9、立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有了很好的基础。在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在中国国内产生了良好的影响。 随着中国欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在中国的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后中国各油田发展的目标。 由于使用欠平衡钻井技术对于发现及保护油气层等方面具有许多优点，其应用越来越广泛。随着旋转控制头、空气钻井马达等设备的研制成功，相继又研究出各种往井筒中注氮的方法，使欠平衡钻井工艺达到了大规模投
10、人工业使用的程度，并呈现稳步增长的势头。其原因主要是人们对减轻地层伤害越来越关注，而且欠平衡钻井有可能提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏问题。在国外，该项技术已经成为一种成熟的钻井工艺。一些油公司曾报道，与常规方法钻水平井相比，运用欠平衡钻井技术使水平井产量提高了10倍。 目前，世界上已有包括中国在内的20多个国家应用欠平衡技术钻井，其中技术先进的国家有美国、加拿大、英国、阿根廷、墨西哥等。这些欠平衡技术先进的国家，技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面，常采用的技术有边喷边钻、泥浆帽钻井、充气钻井、连续油管钻井等。在钻井中可将地层水、海水、淀粉水、柴油、原油用做欠平衡钻井的循环工作
11、介质，将散装或膜滤氮气、工业废气、空气、氮气和空气的混合气、天然气和空心玻璃球作为减轻剂或发泡剂。在美国，欠平衡钻井技术被称为上游石油工业急需的钻探技术，已发展成为钻井技术的热点，并越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。 我国是钻井技术应用大国，国内欠平衡钻井数量在快速增加，据专家预测，我国的欠平衡钻井可望在五年内从不足全国钻井总数的0. 5%增加到3%500。其欠平衡钻井的技术进展也很快，目前各油田已经能够成功应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术。到目前为止，欠平衡钻井与水平井、套管钻井相结合的欠平衡钻井技术也得到了广泛应用。在我
12、国四川、新疆及鄂尔多斯等地的不压井起下钻技术、利用套管阀进行全过程欠平衡钻井等技术得到较好的应用，控制压力钻井技术也得到发展。我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且还设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备。 通过应用欠平衡钻井技术，在油气勘探中取得了巨大成果。例如，在“九五”期间，大港油田针对前古近系深层勘探，在板深7、板深8井、板深4井、板深701井、板深702等井采用低密度无固相钻井液体系实施欠平衡钻井工艺技术，成功发现了千米桥潜山亿吨级凝析，使大港油田南部古潜山勘探取得了历史性的突破。 四川油气田在钻探邓西3井时
13、，采用全过程欠平衡钻井新技术喜获成功，测试日产气量达45.6 X104 m3，从而发现了邓西气田，并证明了“川西前陆盆地大型含气区”有较好的勘探开发前景。闻名中国石油的“磨溪速度”，欠平衡钻井新技术发挥了重要作用，磨溪气田的产能迅速翻番。四川油气田用145天钻成6 530 m的超深井、27天完成2000多米水平井段的钻进，欠平衡钻井技术功不可没。 应用欠平衡钻井技术，在松辽盆地深层火山岩领域，也取得了天然气的重大突破。2006年中国石化在长岭断陷的腰英台深层部署钻探了腰深1井，在3 544-3 750 m的营城组火山岩段测试，获日产30 x 104 m3的高产天然气流，一次提交探明储量大于40
14、0 X 108 m3 ,整个火山岩圈闭形成了一个千亿方级的大型整装天然气田。但是，欠平衡钻井技术应用具有一定的局限性。适合欠平衡钻井地层必须具备如下条件:地层地质资料清楚;井壁稳定性好，不易发生坍塌;储层HZS含量低于20 mg/cm3 ;对钻井完井作业伤害敏感，而且不能有效消除这种伤害的低压、低孔、低渗储层，特别是碎屑岩储层。在高压油气层、破碎或松软地层不适合使用气体钻井、充气及泡沫钻井技术，在出水严重地层、含HZS地层不适合空气钻井。三：欠平衡钻井技术中的问题对于欠压实的地层；钻井“产出”的储层流体有油、气、水等，甚至含CO2或H2S；高压高渗地层，特别是高压气井；膨胀地层盐岩蠕动、泥岩膨
15、胀缩径易导致卡钻；油气产出过量，造成速敏；由于设备、工艺的局限性使设计实施困难等的井都要考虑是否实施或使用欠平衡钻井。适应欠平衡钻井的地层有四大类：低渗透砂岩油气藏；低渗透微裂缝油气藏；裂缝及溶洞油气藏；过压实硬地层。四：欠平衡钻井技术的发展前景目前全国难动用储量已达到石油50亿吨，天然气20万亿立方米，煤层气35万亿立方米；在中石油内部，欠平衡井在钻井总量中所占比例还很低欠平衡/气体钻井技术有着十分广阔的市场需求和发展空间。 欠平衡钻井技术的发展趋势是: (1)随着工具的进一步改进，全过程欠平衡钻井技术将得到广泛应用; (2)井底压力自动控制技术(控制压力钻井)将得到快速发展; (3)欠平衡钻井水力分析模型会更加完善，计算结果将更切合实际; (4)随钻井底压力、地层压力测量技术将迅速发展; (5)与套管钻井相结合的欠平衡钻井技术将日臻完善; (6)空气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等技术将广泛推广和应用。未来的欠平衡钻井技术将进一步朝着安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于发现低孔低渗储层油气、保护油气层、提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。 总结：总的来说，我国欠平衡钻井技术发展起来的时间并不长，技术也并不成熟，存在一些问题有待解决，但欠平衡钻井技术在现代钻井技术中占据了重要的地位，随着时代的发展越来越能体现出它的作用来。参
