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1、全过程欠平衡钻井全过程欠平衡钻井meibo6162 提提 纲纲一、全过程欠平衡钻井概念一、全过程欠平衡钻井概念二、不压井作业方法二、不压井作业方法 三、三、套管阀及其工作原理套管阀及其工作原理四、四、不压井作业压力控制原理不压井作业压力控制原理 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题六、结语六、结语什么叫全过程欠平衡钻井什么叫全过程欠平衡钻井? ?v国国内内开开发发部部门门首首先先提提出出了了“全全过过程程欠欠平平衡衡钻钻井井”的的概概念念，这这一一概概念念来自于来自于“全过程油气层保护全过程油气层保护”概念的类比。概念的类比。v所所谓谓全全过过程程欠欠平平衡衡钻钻井井指指的的是
2、是从从钻钻开开油油气气层层直直到到完完井井交交井井都都要要实实现现欠平衡。欠平衡。 生日礼物送什么最好生日礼物送什么最好meibo6162meibo6162 v全全过过程程欠欠平平衡衡钻钻井井指指的的就就是是欠欠平平衡衡钻钻井井( (UnderbalanedUnderbalaned drilling)drilling)和和欠欠平平衡衡完完井井( (UnderbalancedUnderbalanced completion)completion)，国国外外虽虽然然没没有有全全过过程程欠欠平平衡衡钻钻井井的的概概念念，但但有有欠欠平平衡衡完完井井、欠欠平平衡衡作作业业( (Underbalance
3、dUnderbalanced operation)operation)的概念，意义差不多。的概念，意义差不多。一、一、概念概念 v从本质上看不压井作业是核心，不压井作业包括：从本质上看不压井作业是核心，不压井作业包括：不压井起下钻不压井起下钻不压井测井不压井测井不压井下入筛管或尾管不压井下入筛管或尾管不压井下入完井管柱等不压井下入完井管柱等v除除非非在在不不压压井井起起下下管管柱柱时时，井井仍仍然然生生产产或或流流动动（这这只只在在气气体体、雾雾化化、泡泡沫沫钻钻井井中中实实行行），否否则则在在关关井井状状态态下下是是很很难难实实现现欠欠平平衡衡条条件件的的，因此不压井作业的叫法更合理。因此不
4、压井作业的叫法更合理。 一、一、概念概念 上顶力上顶力 井口压力会给井内的管柱施加一个向上的力。井口压力会给井内的管柱施加一个向上的力。 二、二、不压井作业方法不压井作业方法 式中：式中： F上顶力，上顶力，kN； pa井口套压，井口套压，MPa； d管柱接头或接箍外径，管柱接头或接箍外径，mm。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 “管轻管轻 ” ” 起起钻钻后后期期，随随着着管管柱柱重重量量的的减减轻轻，管管柱柱的的浮浮重重不不足足以以克克服服井井压压造造成成的的上上顶顶力力，如如果果不不采采用用强强行行起起下下钻钻装装置置给给井井内内管管柱柱施施加加向向下下的的压压力力，管管柱将被顶出井
5、外。这种现象国外叫柱将被顶出井外。这种现象国外叫“管轻管轻（Pipe lightPipe light）”。“管重管重 ” 管柱浮重大于上顶力叫管柱浮重大于上顶力叫“管重管重( (Pipe weight)Pipe weight)”。 二、二、不压井作业方法不压井作业方法 过胶芯起下钻过胶芯起下钻v在在管管重重状状况况下下，通通过过旋旋转转控控制制头头或或旋旋转转防防喷喷器器胶胶芯芯密密封封井井口口，可可以以将管柱起出来，这种作业方式叫过胶芯起下钻将管柱起出来，这种作业方式叫过胶芯起下钻（StrippingStripping）。v低气油比或低产井，井口压力不高，可以过胶芯起下整个管柱。低气油比或低
6、产井，井口压力不高，可以过胶芯起下整个管柱。 二、二、不压井作业方法不压井作业方法 强行起下钻强行起下钻v在在管管轻轻状状况况下下，必必须须使使用用强强行行起起下下钻钻装装置置才才能能起起下下管管柱柱，这这种种作作业叫强行起下钻业叫强行起下钻（SnubbingSnubbing）。v通通常常起起钻钻前前期期采采用用过过胶胶芯芯起起钻钻，当当快快发发生生管管轻轻时时装装上上强强行行起起下下钻钻装置进行强行起钻作业。装置进行强行起钻作业。 二、二、不压井作业方法不压井作业方法 井下隔离井下隔离v井井下下隔隔离离法法随随技技术术套套管管下下入入一一个个套套管管阀阀，套套管管阀阀可可以以通过控制管线进行
7、打开和关闭。通过控制管线进行打开和关闭。v当当管管柱柱在在套套管管阀阀之之下下时时，套套管管阀阀处处于于开开位位，这这时时需需采采用过胶芯起下钻。用过胶芯起下钻。v当当管管柱柱位位于于套套管管阀阀之之上上时时，套套管管阀阀处处于于关关位位，这这时时井井下已被隔离，可以敞开井口起下钻。下已被隔离，可以敞开井口起下钻。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 v下钻时，按常规方法下钻至阀板上部，关井口防喷器，操作地面控下钻时，按常规方法下钻至阀板上部，关井口防喷器，操作地面控制装置打开阀板，钻具可以带压下入井底，继续欠平衡钻进。制装置打开阀板，钻具可以带压下入井底，继续欠平衡钻进。v需要起钻时，带压起
8、钻至阀板上部，操作地面控制装置将阀关闭，需要起钻时，带压起钻至阀板上部，操作地面控制装置将阀关闭，这样井内压力被隔绝在阀下面，敞开井口，按常规方法起钻。这样井内压力被隔绝在阀下面，敞开井口，按常规方法起钻。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 比较比较v过过胶胶芯芯起起下下钻钻和和强强行行起起下下钻钻方方法法，都都是是在在井井口口用用胶胶芯芯进进行行隔隔离离，其其不不足足之之处处是是起起下下不不规规则则底底部部钻钻具具组组合合时时要要用用多多个个防防喷喷器器交交替替使使用用才才能能完完成成，作作业业程程序序非非常常复复杂杂。如如果果不不规规则则钻钻具具长长度度大大于于防防喷喷器器之之间间的的高
9、高度度，则则无无法法进进行行作作业业。对对于于带带孔孔的的筛筛管管，胶胶芯芯密密封封更更是是无无法法胜胜任。任。 生日送什么礼物好生日送什么礼物好meibo6162meibo6162 v套套管管阀阀的的下下深深大大于于管管轻轻的的深深度度，不不需需要要强强压压装装置置，减减少少了了带带压压作作业业的的时时间间，提提高高了了不不下下井井起起下下钻钻的的效效率率。另另外外，因因带带压压作作业业的的时时间间减减少，井口压力也相应要低些。少，井口压力也相应要低些。 井下隔离系统是井下隔离法全过程欠平衡井下隔离系统是井下隔离法全过程欠平衡钻井技术的一种主要工具。钻井技术的一种主要工具。 三、套管阀及其工
10、作原理三、套管阀及其工作原理主要构成主要构成套管阀主体套管阀主体地面控制装置地面控制装置管线束管线束井口井口 套管悬挂器套管悬挂器通向套管阀的管线束通向套管阀的管线束定位反旋转销钉定位反旋转销钉通向控制设通向控制设备的管线束备的管线束锁紧螺栓锁紧螺栓供压管线束供压管线束套管头安装部件套管头安装部件套管悬挂短节套管悬挂短节拼接短节拼接短节张开锁定工具张开锁定工具井下套管阀安装井下套管阀安装1 1、将井下套、将井下套管阀连同套管管阀连同套管下至预先设计下至预先设计的深度，该深的深度，该深度应在钻具发度应在钻具发生失重位置以生失重位置以下。下。2 2、打开套管阀、打开套管阀4 4、将钻具下入井、将钻
11、具下入井眼，钻穿水泥塞，眼，钻穿水泥塞，钻入地层。钻入地层。注：阀一旦打开，注：阀一旦打开，套管阀可为钻具套管阀可为钻具提供充分的井眼提供充分的井眼通道通道 。3 3、将插入式固井、将插入式固井工具下到阀板以工具下到阀板以下固井。下固井。永久式安装永久式安装管线束管线束套管阀及管套管阀及管线束随技术线束随技术套管下入到套管下入到一定深度，一定深度，并与技术套并与技术套管一起封固管一起封固在井底。在井底。安装方式安装方式旋转防喷旋转防喷器密封井器密封井口，将钻口，将钻具带压起具带压起至套管阀至套管阀以上以上关闭套管关闭套管阀，泄掉阀，泄掉套管阀以套管阀以上的套压上的套压按常规作按常规作业方式，业
12、方式，从井中起从井中起出钻柱出钻柱工作过程工作过程起起 钻钻按常规作业按常规作业方式，将钻方式，将钻柱下至套管柱下至套管阀以上。阀以上。关闸板防喷关闸板防喷器，增井压器，增井压至压力相当至压力相当可打开套管可打开套管阀为止。阀为止。打开套管阀打开套管阀将井口压力将井口压力降至安全流降至安全流动压力。动压力。打开闸板防打开闸板防喷器，关旋喷器，关旋转防喷器。转防喷器。下钻。下钻。下下 钻钻管线束包括两条独立的压力管线管线束包括两条独立的压力管线。第一条管线用于传递压力打开套管阀。第一条管线用于传递压力打开套管阀。第二条管线用于传递压力关闭套管阀。第二条管线用于传递压力关闭套管阀。1/4”1/4”
13、钢管钢管5/16”5/16”Mono (Mono (电缆电缆) )缆芯钢丝绳缆芯钢丝绳高密度聚胺脂高密度聚胺脂管线束管线束经特殊设计，用于保护管线束和将其卡在套管上经特殊设计，用于保护管线束和将其卡在套管上保护槽保护槽套管接箍套管接箍控制线控制线管线束保护装置管线束保护装置固定位于套管顶部及套管阀正上方的管线束的末端。固定位于套管顶部及套管阀正上方的管线束的末端。控制线控制线通到井口或套通到井口或套管阀的钢管管阀的钢管同轴电缆同轴电缆悬挂块悬挂块悬挂块悬挂块悬挂短节悬挂短节用来通过管线束将操作压力施加在套管阀上。用来通过管线束将操作压力施加在套管阀上。地面控制装置地面控制装置集装箱化的支持设备
14、集装箱化的支持设备自装便携式工房，包括了用于服自装便携式工房，包括了用于服务和测试套管阀所需要的设备务和测试套管阀所需要的设备井口井口 套管悬挂器套管悬挂器通向套管阀通向套管阀的控制线的控制线定位反旋定位反旋转销钉转销钉通向控制设通向控制设备的控制线备的控制线锁紧锁紧螺栓螺栓供压控制管线供压控制管线井口通过系统井口通过系统使管线束的控制管线从套管通过井口联结到地面使管线束的控制管线从套管通过井口联结到地面控制装置的一套系统，而不需要停钻和重新测试控制装置的一套系统，而不需要停钻和重新测试防喷器组。防喷器组。锁定开启工具锁定开启工具根据需要，将套管阀永久锁定根据需要，将套管阀永久锁定在开启位置的
15、工具在开启位置的工具不不压井井起起下下钻时，理理想想的的压力力控控制制状状态是是保保持持井井底底压力力与与地地层压力平衡：力平衡： 四、四、不不压井井作业作业压力控制原理力控制原理 溢流在井底溢流在井底时的的压力关系：力关系： p pa0a0初始关井套压，等于静止欠平衡压力，初始关井套压，等于静止欠平衡压力，1 1MPaMPa气体在滑脱气体在滑脱过程中的程中的压力关系：力关系： 四、四、不不压井井作业作业压力控制原理力控制原理 井口所施加的套井口所施加的套压大小与气柱膨大小与气柱膨胀的高度有关：的高度有关：气柱滑脱到井口气柱滑脱到井口时，套，套压最大。最大。 四、四、不不压井井作业作业压力控制
16、原理力控制原理 PpPpPaPa套管阀套管阀气体在环空时的气体高度按下式计算：气体在环空时的气体高度按下式计算： 四、四、不不压井井作业作业压力控制原理力控制原理 式中：式中：V V气体体积，气体体积，m m3 3； V Va a环空单位长度容积，环空单位长度容积，m m3 3/m/m。 气体体积根据地面钻井液的增量估算。气体体积根据地面钻井液的增量估算。 四、四、不不压井井作业作业压力控制原理力控制原理 PaPaPa套管阀关闭PpPpPp气体在钻头以下时的气体高度为：气体在钻头以下时的气体高度为： 四、四、不不压井井作业作业压力控制原理力控制原理 式中：式中：V V气体体积，气体体积，m m
17、3 3； V Vh h井眼单位长度容积，井眼单位长度容积，m m3 3/m /m 。假假定定气气柱柱滑滑脱脱到到井井口口时时的的套套压压为为8 8 MPaMPa，气气柱柱的的高高度度为为693.48693.48m m，体体积积9.5 9.5 m m3 3，此时气柱的压力为此时气柱的压力为8 8MPaMPa，其标准状态下的气体量为其标准状态下的气体量为769.5 769.5 m m3 3。假假定定气气柱柱滑滑脱脱到到井井口口时时的的套套压压为为21 21 MPaMPa，气气柱柱的的高高度度为为1981.381981.38m m，体体积积27.127.1m m3 3，此此时时气气柱柱的的压压力力为
18、为2121MPaMPa，其其标标准准状状态态下下的的气气体体量量为为5718.1 5718.1 m m3 3。由由上上分分析析可可知知，井井内内气气体体越越多多，井井口口压力力越越大大，只只要要在在起起钻前前尽尽量量将将气体循气体循环出来，井口出来，井口压力就不会太高。力就不会太高。 四、四、不不压井井作业作业压力控制原理力控制原理 （一）管轻（一）管轻 应应不不断断校校核核井井压压所所造造成成的的上上顶顶力力大大小小，以以便便在在合合适适时时机机安安装装强强行行起起下下钻装置。钻装置。如如果果采采用用套套管管阀阀，应应预预测测可可能能产产生生的的最最高高套套压压，套套管管阀阀的的下下入入深深
19、度度应应大于发生管轻的深度。大于发生管轻的深度。如如果果套套压压不不高高，可可考考虑虑全全井井实实行行过过胶胶芯芯起起下下钻钻，但但起起钻钻时时应应灌灌重重钻钻井井液，确保起完钻后，井底压力与地层压力平衡。液，确保起完钻后，井底压力与地层压力平衡。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （二）（二） 起钻起钻 起钻及时灌入钻井液，可以避免新的地层流体进入井内。起钻及时灌入钻井液，可以避免新的地层流体进入井内。最好是连续灌浆，但是在关井条件下，很难进行连续灌浆。最好是连续灌浆，但是在关井条件下，很难进行连续灌浆。自自动动灌灌注注钻钻井井液液装装置置在在有有井井压压时时，由由于于离
20、离心心泵泵不不能能承承压压，无无法法用用来来灌灌浆。浆。如如果果是是电电动动钻钻机机或或钻钻井井泵泵可可以以实实现现无无级级调调速速，可可以以通通过过冲冲数数计计量量灌灌入入量，否则，应配备水泥车灌泥浆。量，否则，应配备水泥车灌泥浆。灌浆量除了起出钻柱的排代体积外，还要加上钻柱内容积。灌浆量除了起出钻柱的排代体积外，还要加上钻柱内容积。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （二）（二） 起钻起钻 推推荐荐一一种种连连续续憋憋灌灌的的方方法法，通通过过钻钻井井泵泵、压压井井管管汇汇、四四通通、节节流流管管汇汇、地地面面分分离离系系统统、循循环环罐罐的的循循环环回回路路，连连续续
21、灌灌浆浆，调调节节节节流流阀阀施施加加一一定定的井压确保井底压力平衡。的井压确保井底压力平衡。这种方法要求节流阀性能良好。怎样送礼这种方法要求节流阀性能良好。怎样送礼meibo6162meibo6162 当井压较高时，不应采用节流法，应实行关井法起钻。当井压较高时，不应采用节流法，应实行关井法起钻。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （三）下钻（三）下钻 与与起起钻钻相相反反，下下钻钻时时要要释释放放出出与与下下入入钻钻具具排排代代体体积积和和钻钻具具内内容容积积相相等等的的钻钻井井液液，为为此此要要配配置置一一个个钻钻井井液液计计量量罐罐，准准确确计计量量钻钻井井液液的的
22、释释放量。放量。当钻具插入到气柱中时，气柱变长，井口压力升高。当钻具插入到气柱中时，气柱变长，井口压力升高。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （四）圈闭压力与气体膨胀（四）圈闭压力与气体膨胀 在在起起下下钻钻过过程程中中，如如果果灌灌入入或或释释放放的的钻钻井井液液与与起起出出或或下下入入钻钻具具排排代代体体积积和和钻钻具具内内容容积积严严格格一一致致的的话话，起起下下钻钻过过程程实实质质上上一一直直处处于于关关井井状状态态，井井压压会会随随着着气气体体的的滑滑脱脱逐逐渐渐上上升升，这这也也就就是是不不压压井井作作业业过过程程中井压较高的原因。中井压较高的原因。如如果果不
23、不让让气气体体膨膨胀胀，井井底底压压力力将将会会越越来来越越高高，严严重重时时会会憋憋漏漏地地层层。因此必须释放一定量的钻井液让气体膨胀。因此必须释放一定量的钻井液让气体膨胀。目目前前一一种种错错误误认认识识认认为为越越放放井井压压越越高高，不不应应释释放放钻钻井井液液。其其实实井井压压上上升升的的直直接接原原因因是是气气体体带带压压滑滑脱脱上上升升，释释放放钻钻井井液液的的目目的的是是控控制制井井底压力与地层压力平衡。但是气体膨胀后，滑脱速度会加快。底压力与地层压力平衡。但是气体膨胀后，滑脱速度会加快。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （五）井口压力过高时的处理（五）井
24、口压力过高时的处理 旋旋转转控控制制头头或或旋旋转转防防喷喷器器的的额额定定动动压压是是有有限限的的，而而且且井井口口压压力力过过高高，带带压压作作业业的的风风险险也也随随之之增增大大，因因此此，一一般般井井口口压压力力超超过过8 8 MPaMPa时时，应应向向井井内内挤挤注注重重钻钻井井液液来来降降低低井井口口压压力力。如如果果气气体体没没有有接接近近井井口口，重重钻钻井液的滑落很慢，释放压力时可能又会回放出来。井液的滑落很慢，释放压力时可能又会回放出来。目目前前有有一一种种错错误误认认识识，认认为为往往井井内内挤挤是是向向地地层层挤挤，如如果果地地层层破破裂裂压压力力太太高高，挤挤不不到到
25、地地层层里里去去。这这是是与与压压回回法法压压井井概概念念相相混混淆淆的的表表现现，挤挤重重钻钻井井液液是是使使气气体体压压缩缩，而而不不是是将将地地层层压压漏漏，如如果果气气体体带带有有很很高高的的圈圈闭闭压压力力，几几乎乎不不可可压压缩缩的的话话，则则很很难难挤挤进进去去，但但是是如如果果气气体体已已经经充充分分膨膨胀的话，应该能挤进去。胀的话，应该能挤进去。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （六）不压井测井（六）不压井测井 不不压压井井带带压压测测井井作作业业需需要要安安装装专专用用的的装装置置，一一套套不不压压井井测测井井装装置置包包括括注注脂脂头头、防防喷喷管管
26、、电电缆缆防防喷喷器器和和捕捕捉捉器器四四部部分分组组成成，如如果果采采用用套套管管阀阀方方式式进进行行不不压压井井作作业业，防喷管和捕捉器可以省略。防喷管和捕捉器可以省略。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （七）完井方式（七）完井方式 如如果果采采用用筛筛管管完完井井方方式式，通通过过井井口口胶胶芯芯密密封封的的不不压压井井作作业业方方法法已已经经满满足足不不了了需需要要，可可以以采采用用套套管管阀阀不不压压井井作作业业方方法法，套套管管阀阀的的下下深深应应大大于于筛管长度。筛管长度。如如果果采采用用强强行行起起下下钻钻方方法法，可可以以下下入入光光管管，然然后后再再射
27、射孔孔，这这种种方方法法要要准备套管胶芯和安装套管闸板。准备套管胶芯和安装套管闸板。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （八）下入完井管柱（八）下入完井管柱 如如果果需需要要下下入入完完井井管管柱柱，需需要要事事先先安安装装油油管管头头，因因为为在在不不压压井井条条件件下下下下入入油油管管后后，需需要要用用油油管管挂挂座座放放油油管管，同同时时在在拆拆井井口口时时需需要要密密封封油油管管与套管的环空。与套管的环空。目目前前，采采油油井井口口与与钻钻井井井井口口不不配配套套，压压力力、通通径径、法法兰兰都都不不相相配配，钻钻井井井井口口目目前前都都采采用用了了APIAPI标标
28、准准，而而采采油油井井口口大大多多采采用用机机械械部部标标准准。对对于于油油井井，钻钻井井井井口口（套套管管头头、防防喷喷器器、钻钻井井四四通通）压压力力等等级级按按地地层层压压力力设设计计，而而采采油油井井口口的的压压力力等等级级按按实实际际套套压压设设计计，往往往往要要低低一一个个压压力力等级。等级。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 （八）下入完井管柱（八）下入完井管柱 由由于于安安装装了了采采油油四四通通，增增加加了了井井口口高高度度，因因此此要要采采用用高高底底座座的的钻钻机机。另另外外防防喷喷管管线线贴贴地地面面的的需需要要，压压井井管管汇汇与与节节流流管管汇汇
29、应应从从采采油油或或采采气气四四通接出。通接出。 不不压压井井下下入入完完井井管管柱柱时时，由由于于内内防防喷喷的的要要求求，需需要要安安装装油油管管回回压压阀阀，但但是是完完井井管管柱柱下下入入后后需需要要投投产产，因因此此应应采采用用一一种种临临时时性性的的油油管管回回压压阀阀，投产前能够打开采油通道。投产前能够打开采油通道。 应安装油管闸板，另外还要准备油管胶芯。应安装油管闸板，另外还要准备油管胶芯。 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 国国内内的的不不压压井井作作业业属属于于起起步步阶阶段段，目目前前只只有有四四川川开开展展了了强强行行起起下下钻钻的的应应用用研研究究，新新疆疆进进行行了了2 2口口井井的的套套管管阀阀应应用用，胜胜利利石石油油管管理理局局也也即即将将开开展展井井下下套套管管阀阀的的现现场场应应用用。本本文文对对不不压压井井作作业业方方法法进进行行了了总总结结，这这将将对对该该项项技技术术在在国国内的应用与研究具有一定的指导意义。内的应用与研究具有一定的指导意义。 meibo6162meibo6162 六、六、结语结语 谢 谢！
