欠平衡钻井技术发展(BJ)Print

欠平衡钻井技术发展(BJ)Print第一页，共148页。欠平衡钻井技术是什么?对于油气勘探来说它是一种油气层识别技术;对于油气开发来说它是一种油气层保护技术;对于钻井工程来说它是二次井控技术和保护油气层钻进技术。第二页，共148页。API定义：钻井过程中主体产层流体流入井眼，并可将其循环到地面，地面可有效控制。这一技术称欠平衡钻井。ERCB（加拿大能源储备部）的定义：设计钻井液柱压力低于产层压力，若液柱压力不够低时，在钻井液中加入空气或氮气，较低液柱压力必然引起地层流体流进井眼，这种地层流体必须循环出地面，地面可控制。二、欠平衡钻井概念第三页，共148页。国内的定义：欠平衡钻井是指井筒中钻井流体的循环压力低于地层孔隙压力，并将流入井筒内的地层流体有控制地循环到地面的钻井。它包括气相、气液两相、液相欠平衡钻井。(2007欠平衡井控规定)二、欠平衡钻井概念第四页，共148页。

欠平衡钻井的基本概念有多种表述，无论哪种表述都包含以下两个主要方面，即：第一，井筒环空中循环介质的当量循环密度一定要低于所钻地（储）层的孔隙压力当量密度，这个差值所产生的压力差即为欠压值；第二，地层流体一定要有控制地流入井筒，并把它循环到地面再分离出来。二、欠平衡钻井概念第五页，共148页。03.5710.51417.521压力（MPa)03006009001200150018002100坍塌压力曲线孔隙压力曲线破裂压力曲线深度（米)欠平衡钻井区近或过平衡钻井区地层的三种压力与钻井方式的分区二、欠平衡钻井概念第六页，共148页。三、欠平衡钻井的优点第七页，共148页。1、及时发现和有效保护油气层，是环保技术，节省储层改造费用；2、提高钻速，提高钻头寿命；3、杜绝或减少井漏、压差卡钻等井下复杂；4、对产层进行随钻测试；5、能够避免井喷；6、缩短勘探周期，提高勘探效率。三.欠平衡钻井的优点S第八页，共148页。勘探领域已把欠平衡钻井技术做为一种直接、有效、可靠、及时、随机的油气层识别技术,提高探井成功率三.欠平衡钻井的优点第九页，共148页。表皮伤害对产量的影响Q=1.126X10-3kh(Pr-Pw)uB(lnre/rw-0.75+S)S 表皮系数 0+5+10+15+20+25+30+40Q m3/天 8150362823201715产能损耗%038556572757982k 渗透率-md 25h 储层厚度-ft 25Pr

储层压力–psi2500Pw

油压-psi1200u 粘度-cp .95re

泄油半径-ft 1500rw

井眼半径-ft0.26B 体积系数 1.5表皮系数第十页，共148页。1、及时发现和有效保护油气层，是储层环保技术；2、提高钻速，提高钻头寿命；3、杜绝或减少井漏、压差卡钻等井下复杂；4、对产层进行随钻测试；6、能够避免井喷；7、缩短勘探周期，提高勘探效率。三.欠平衡钻井的优点S第十一页，共148页。1、及时发现和有效保护油气层，是储层环保技术；2、提高钻速，提高钻头寿命；3、杜绝或减少井漏、压差卡钻等井下复杂；4、对产层进行随钻测试；5、能够避免井喷；6、缩短勘探周期，提高勘探效率。三.欠平衡钻井的优点优点第十二页，共148页。过平衡与欠平衡过平衡欠平衡第十三页，共148页。1、及时发现和有效保护油气层，是储层环保技术；2、提高钻速，提高钻头寿命；3、杜绝或减少井漏、压差卡钻等井下复杂；4、对产层进行随钻测试和评价；5、能够避免井喷；6、缩短勘探周期，提高勘探效率。三.欠平衡钻井的优点优点第十四页，共148页。1、及时发现和有效保护油气层，是储层环保技术；2、提高钻速，提高钻头寿命；3、杜绝或减少井漏、压差卡钻等井下复杂；4、对产层进行随钻测试；5、能够避免井喷；6、缩短勘探周期，提高勘探效率。三.欠平衡钻井的优点优点第十五页，共148页。IADC/SPE论文#39354“1960-1996年GulfCoast800口井井喷排列的顺序”；德克萨斯铁路委员会统计的德克萨斯境内发生的井控问题数据；艾伯塔能源和利用委员会数据；WilliamsTool公司对使用旋转头所钻的井与常规钻井对比数据。得出下述结论：

欠平衡所钻的井比常规钻井井喷发生的比率少24%到30%。原因如下：第十六页，共148页。对欠平衡钻井的地面设备进行认真检测，设备的能力比常规钻井强；欠平衡井是经过更仔细的设计，风险评价更全面；地层流体进入井筒是预先设计好的，排除了突然因素；由于欠平衡钻井的井口设备需要经常使用，所以对井口设备的试压、试运转更全面、认真，排除了设备安装的缺陷；旋转头增加了一个安全屏障；防止井喷的第一个屏障不再是井筒液柱压力。

第十七页，共148页。1、及时发现和有效保护油气层，是储层环保技术；2、提高钻速，提高钻头寿命；3、杜绝或减少井漏、压差卡钻等井下复杂；4、对产层进行随钻测试和评价；5、能够避免井喷；6、缩短勘探周期，提高勘探效率。三.欠平衡钻井的优点优点第十八页，共148页。液体欠平衡钻井(flowdrilling)是指以液体钻井液为循环介质的欠平衡钻井；根据油气藏类型、地层压力以及采用的钻井液密度的不同人工诱导的欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井循环介质和工艺才能建立欠平衡。四.欠平衡钻井分类与特点（一）按工艺分类第十九页，共148页。1.气体钻井。包括空气、天然气、废气和氮气钻井，密度适用范围0－0.02g/cm3；国内纯气体钻井19口井，天然气钻井10口、氮气钻井6口、空气3口（2006年7月统计)2.雾化钻井。密度适用范围0.02-0.07g/cm3。气体体积为混合物的96%-99.9%，常规的雾化钻井液含液量少于2.5%；3.泡沫钻井液钻井。包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围0.07-0.60g/cm3。井口加回压时可达到0.8g/cm3以上，气体体积为混合物体积的55%-97.5%；欠平衡钻井系列四.欠平衡钻井分类与特点第二十页，共148页。4.充气钻井液钻井。包括通过立管注气和井下注气两种方式。井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。其密度适用范围为0.7-1.0g/cm3，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法。气体体积低于混合物体积的55%。四.欠平衡钻井分类与特点第二十一页，共148页。5.液体欠平衡钻井⑴油包水或水包油钻井液钻井。密度适用范围为0.8-1.02g/cm3；⑵水或卤水钻井液钻井。密度适用范围1-1.30g/cm3；⑶常规钻井液钻井。密度适用范围大于1.10g/cm3；⑷采用密度减轻剂钻井液钻井技术，密度适用范围大于0.9g/cm3。6.泥浆帽钻井(MudcapDrilling)。国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层，是另类欠平衡钻井技术。欠平衡钻井系列四.欠平衡钻井分类与特点第二十二页，共148页。压力较高，产能较高的地层；液体作为钻井液；专用设备最少；工艺简单；作业成本比其它UBD工艺低；可使用传统MWD。特点第二十三页，共148页。气体欠平衡钻井工艺特点●适用于低压或枯竭地层；●气体、雾化、泡沫、充气作为钻井液；●专用设备多；●需要专门的软件；●作业成本比液体欠平衡钻井工艺贵；●需要用EMWD、空气马达。特点第二十四页，共148页。常规井控技术分级第二十五页，共148页。一级井控技术：通过调整钻井液密度，保持井筒内钻井液柱压力大于地层孔隙压力，避免发生井喷。钻井液静液柱压力是第一级屏障；二级井控技术：当发生溢流时，进行关井作业，避免发生井喷。井口防喷器组提供第二级屏障；三级井控技术：井喷发生后正确使用设备和技术重新恢复对井的控制。井喷可能是地面或是地下井喷。有时需要重新安装井口，进行关井和压井作业。第二十六页，共148页。常规钻井井控作法：8通过调高钻井液密度，防止地层流体流入井内，从而避免井涌的发生。8有地层流体流入井内时，停止钻进。8有钻井液漏失时，停止钻进。，8有地层流体流入井内时，钻具不可以离开井底。8保持井底压力稳定并稍，高于地层孔隙压力。8井口防喷器组和节流压井系统是必备的安全设备。第二十七页，共148页。欠平衡钻井井控作法：8通过降低有效钻井液密度，有意识地使地层流体流入井内。8有地层流体流入井内时，继续钻进。8有钻井液漏失时，继续钻进。8有地层流体流入井内时，钻具可以离开井底。8保持井底压力低于地层孔隙压力。井口防喷器组和节流压井系统是常用的控制设备。8第二十八页，共148页。欠平衡钻井技术的本质

通俗称欠平衡钻井技术为“边喷边钻”，关键是在钻井过程使地层流体连续进入井筒，因此:欠平衡钻井技术的实质就是二次井控技术这就是欠平衡钻井技术风险所在

第二十九页，共148页。

通过比较这两套规则，显示出后者与前者完全相反结论。然而，在钻一个特定的地层时，如果只从所遵循的井控规则进行草率的解释，也会得出错误的结论。目前存在的常规井控规则是为了使井控简单化，随着欠平衡钻井技术的发展，尤其目前该技术主要用于钻探井，风险大，为了避免灾难性事故发生，我们必须在进行井控培训的基础上对从事欠平衡钻井工作的人员专门进行欠平衡钻井技术培训。第三十页，共148页。第三十一页，共148页。钻井液静液柱压力（Pm）：钻井液静液柱压力直接作用在地层上，直接影响Pud大小。但在地层流体进入环空后，由于环空为多相流体，环空的多相流重力产生的压力Pmp较难求出。环空压耗（Par）：环空压耗是由于钻井介质的流动而产生的，与钻井介质性能和注入量有很大的关系。该压力也是直接作用在地层上，其大小对Pud有影响，尤其是在低压产层中。当地层流体进入环空后，由于环空为多相流体，环空的多相流动阻力Pam较难求出。欠压值（Pu）：动态下的欠压值是由地层压力和钻井液静液柱压力、环空流动阻力以及井口回压所确定的。其大小直接影响地层流体进入井筒内量的多少，其值过大，易造成产层的速敏和井口设备载荷过大或其它钻井复杂情况。欠压值的大小应根据实际情况确定，一般不超过2MPa。井口回压（Pbp）：当地层流体不断进入井筒中，环空的多相流体柱压力就不断下降，欠压值也不断升高，如果不在井口环空施加一定的回压，从而控制地层流体的流入量，将会给欠平衡钻井带来很大危害。井口回压与欠压值是一对伴生的关系，即由于存在欠压值使井口要施加必要的回压，回压值应与欠压值相适应，井口回压不应超过井眼压力系统安全允许的最小值。地层压力（Pp）：地层压力是在欠平衡钻井中首先要搞清楚的最基础的压力，一切欠平衡钻井的压力计算，都建立在这个压力基础上。对于开发井，地层压力较为清楚，可直接采用；对于探井，见“当地层压力不确定时如何进行欠平衡钻井”。第三十二页，共148页。Pu

＝Pp－(Pm＋Par)

式中：Pu——设计欠压值，MPa；

Pp——地层压力，MPa；

Pm——环空流体重力产生的压力，MPa；

Par——环空流动阻力，Mpa;

此时地层流体尚未进入井筒。

第三十三页，共148页。Pu

＝Pp－(Pmp＋Pbp)

式中：Pu——欠压值，MPa；

Pmp——环空多相流重力产生的压力，

MPa；Pbp——井口环空回压值，MPa。第三十四页，共148页。Pu＝Pp

－(Pmp＋Pam＋Pbp)

Pmp—环空多相流体重力产生的压力Mpa；Pam—环空多相流动阻力，Mpa。第三十五页，共148页。

确定合理的欠压值十分关键，直接影响欠平衡钻井的成败。欠平衡钻井过程中，只要能保证地层流体总是流入环空即可，一般不必追求过高的欠压值，国内外均推荐欠压值范围：1.4-2.1MPa。第三十六页，共148页。

当欠压值确定后，可由公式Pu

＝Pp－(Pm＋Par+Pbp)

反推出欠平衡钻井液密度：式中：ρmu——欠平衡钻井液密度，g/cm3。×103

第三十七页，共148页。通过控制井口回压的方法实现对欠压值的控制；通过调整钻井液密度的方法实现对欠压值的控制；通过调整注气量和注液量的方法实现对欠压值控制。第三十八页，共148页。通过控制井口回压的方法实现对欠压值的控制第三十九页，共148页。通过调整钻井液密度的方法实现对欠压值的控制第四十页，共148页。

采用液相、充气、泡沫欠平衡钻井技术时可以通过调整钻井液密度对欠压值进行控制。对钻井液的调整包括提高和降低密度。欠平衡钻进过程中，如果套压急剧上升，现场施工人员应及时判断井口套压升高的原因，若因井下气体滑脱至井口引起的套压升高，可采取关井排气，使套压降至安全范围内。如大港欠平衡钻井技术服务公司施工的板深8井，钻进过程中最大套压24Mpa,采取关井节流循环排气降压法使套压降至2.1—4.2Mpa，保持欠平衡钻井的连续；第四十一页，共148页。

在探井甚至在生产井钻井过程中，由于地层压力的不确定性，地质设计提供的地层压力只能作为参考。即在探井的欠平衡钻井设计中，先使用参考的地层压力，通过公式求出欠平衡钻井的的钻井液密度，用此密度钻进。如果钻开储层未实现欠平衡状态，则需要逐步降低钻井液密度，当发生溢流时，要停止钻进，近似地求出地层压力，再根据所求的地层压力，适时调整钻井液密度。第四十二页，共148页。

如大港欠平衡钻井技术服务公司施工的板深4井，采用1.01g/cm3密度钻井液，钻进过程中最大套压31Mpa,采取关井节流循环排气降压法未见效果后，通过关井求压、逐步提高钻井液密度至1.18g/cm3，使套压降至1.4Mpa，实际地层压力当量密度为1.29g/cm3。探井钻井确定合适的钻井液密度实例一第四十三页，共148页。

开2井欠平衡钻井液密度设计为1.59g/cm3，要求钻开地层5—10m，在原浆1.73g/cm3的基础上逐渐下调钻井液密度，发生溢流准确地求取地层压力，合理调整钻井液密度，确保实现欠平衡钻进。实际钻井液密度由井深3692m处从1.69g/cm3

下调至1.59

g/cm3

，井深3803米处为1.50g/cm3

；钻至井深3829m，密度逐步下调到1.45g/cm3；钻至井深3969m处的密度最低为1.42g/cm3；保持密度1.42g/cm3—1.45g/cm3，钻至井深4230.66m发现溢流，实现欠平衡状态。钻至井深4288.52m(密度1.45—1.47g/cm3)，甲方通知进行中途测试。第四十四页，共148页。

必须把井眼的稳定放在首位。为免无准备而发生的井塌问题，必须加强对后效及岩屑的分析，如果进入油层未达到欠平衡要求，且井眼稳定，则可以逐步减低钻井液密度，直到井内流体返出。如果井壁剥蚀严重，立即起钻到技套，少量提高钻井液的粘切及密度。正常钻进过程中应加大防塌剂及高温降滤失剂的用量，提高泥饼质量及钻井液的化学抑制性，避免井壁失稳。如果发现井壁掉块或井眼缩径，在调整钻井液密度的基础上，适当提高钻井液的粘切及润滑性，保证井底干净、井眼润滑。第四十五页，共148页。如果在欠平衡开始实施时盲目的降低钻井液密度，极易造成在非储层段由于欠压值太大而导致井壁坍塌，钻遇储层后由于欠压值较大，进入井筒内的油气过大而导致井口难以控制。本井钻井液密度下降到1.45g/cm3后，井下不同程度出现了掉块，说明当量钻井液密度已低于地层坍塌压力，导致这样结果的主要原因是在没有油气出现及储层能量较低的情况下无法点火。针对实际情况及时上调密度，直到钻井液当量密度大于了坍塌压力。钻达井深3803.44米成功地点火，钻达井深4230.66米发现溢流，此时钻井液密度1.46g/cm3，实现了持续点火，最大瞬间气量达3112m3/h。在4350米后的加深过程中，有效地利用欠平衡钻井设备，尽可能地降低了钻井液密度（在钻进过程中多次出现缩径卡钻现象），同时极大程度地降低了钻井的风险，确保了该井顺利、安全地钻达设计井深。说明本井钻井液密度的调整和控制是非常有效和得体的。第四十六页，共148页。

采用泡沫、充气欠平衡钻井技术时，使用专门的软件进行计算和模拟。根据计算结果通过调整注液量、注气量和井口回压来实现对欠压值的控制。目前国内已经购买了莫尔工程公司欠平衡钻井软件，重庆石油高专范军博士、西南石油学院孟英峰教授、石油大学与大港欠平衡钻井技术服务公司等专门开发了欠平衡钻井软件。

第四十七页，共148页。事先预测进入井内的地层流体类型和流入量；典型的井底产能特性曲线。根据可能出现最大的天然气量来选择地面设备，如分离器的尺寸，避免分离器被吹破；确定流入量的临界值，确保欠压值的稳定和有效控制套压；当达不到欠平衡状态时，可以人为地注入低密度流体，激活地层，靠地层流体的流入实现欠平衡。第四十八页，共148页。

对于钻穿储层水平井段长且储层能量充足或者钻穿横断交叉自然裂缝的水平井，储层流体的流入十分关键。最大限度地利用储层提供的自然能量，能够减少所需循环系统设备数量，如氮气注入量。但是在接单根时，由于停止循环，地层中的原油进入井眼形成液体段塞，产生大的井底压力峰值，使恢复循环发生困难，甚至发生井漏。对于高渗透率储层，在接单根期间大量的地层原油进入井眼，可能“枪毙”油井，使循环不可能恢复，出现过平衡压力状态。必须尽可能减少接单根时间以减少进入井内的原油量。第四十九页，共148页。

对于水平井，随着所钻水平井段的延长，每接完一个单根，循环逐渐地变的更困难。因此在接单根前向环空内预先注气，以增加井底环空压力，并增加气液比，减少地层的压降，从而减少地层原油进入井内的量。还必须考虑到沿着水平井段，存在着地层流体流入的不同条件。比如避免窗口处的地层流体过多地进入井内，同时避免因为存在摩阻的影响，而导致井底处发生钻井液漏失。

第五十页，共148页。

在欠平衡钻井过程中，通过调整套压确保钻进立压等于初始立压从而保证欠压值与设计一致并保持稳定。Pbp

＝（

Par

-Pam）＋（Pm-Pmp）

＝⊿Par+⊿Pm

上式表明套压与井筒环空流体重力的变化、环空多相流流动阻力的变化有关。第五十一页，共148页。七.欠平衡钻井技术保护储层的原因储层损害机理：①在较高过平衡的条件下，因钻井液的滤失速度较高推动储层中固体颗粒运移而堵塞油气运移通道；②在正压差作用下，人工加入的固相或钻井过程中自然产生的固相侵入储层；③在正压差作用下可能发生钻井液严重侵入高渗储层；第五十二页，共148页。④储层对侵入的水相或油相敏感，从而导致水基或油基钻井液滤液残留在储层中，影响储层近井眼周围的渗透率，产生永久性产能下降；⑤侵入液与储层中的液、气、固体发生不利反应，如粘土膨胀、化学吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等，堵塞油气通道。第五十三页，共148页。

上述五种储层损害都与钻井过程中过平衡压力有关。美国阿拉斯加普鲁德霍湾油田针对油井产量递减的问题进行三年的调查研究，分析了多个环节对储层损害的影响，其结论是在钻井过程中，由于过平衡压力使钻井液的液相、固相侵入地层，结果使地层渗透率降低10—75%。采用薄片鉴定和扫描电镜分析证明，颗粒侵入是储层损害的主要原因之一。因此人们得出结论：正压差是造成储层损害的万恶之源，降低压差是钻井过程中的保护储层的重要技术措施，这就是欠平衡钻井的生命力所在。第五十四页，共148页。

欠平衡钻井技术虽然有很多优点，但也有很多限制，采用该技术需要一定的条件，主要有以下条件。1、地层条件。这是客观存在基本无法改变的条件。⑴地层压力系统。应尽可能单一，若是多压力系统，压力大小应比较接近。⑵地层稳定性。是重要条件之一。钻井液液柱压力或者钻井液的化学抑制能力以及地层侵泡时间等都是可能造成地层易垮的因素，如果事先考虑不周全，可能导致欠平衡钻井失败。现阶段，对探井地层稳定性的预测还相当困难。⑶地层渗透率。高压低渗、低压低渗或衰竭储层，裂缝型、孔隙型储层都适宜。对于地层压力当量密度不清的预探井，为了及时发现油气显示，可以应用欠平衡方法，但应有严密、详细的预防措施，组织、人员、装备、技术均应到位，防止井喷失控。⑷H2S含量。最好不含H2S，若有，含量不能影响施工。第五十五页，共148页。2、井身结构条件。技术套管应下至欠平衡施工井段的顶部，除非其上部地层稳定、压力系统单一、能满足欠平衡施工要求。3、地面装备条件。⑴液相欠平衡钻井：在常规井控装备的基础上还应配备一个相应规格的旋转控制头、液控阀；地面增加处理设备，包括：液气分离器、真空除气器、防回火装置、火炬及点火系统等。⑵气相欠平衡钻井：除与液相欠平衡钻井配备的井口装置外，还要配备气体制备、增压设备；雾化、泡沫钻井还需液体注入装置。⑶根据需要配备不压井起下钻装置、密闭循环系统、岩屑录井装置等。第五十六页，共148页。4、气相欠平衡钻井需要使用专门的软件选择计算注气量、注液量、注入压力、岩屑浓度等参数。第五十七页，共148页。气相欠平衡钻井需要专门的气体注入设备液体、充气钻井应具有一套独立的分离系统对井口装置及钻具类型和组合的要求与常规钻井不同需要一些特殊的工具第五十八页，共148页。旋转头液动阀节流监控系统（液体、充气）分离系统（液体、充气）空压机、增压器（气相钻井）制氮装置（气相钻井）点火装置防回火装置（液体、充气）硫化氢检测系统防爆系统流量检测系统强行起下钻装置欠平衡钻井装备第五十九页，共148页。风险最大，装备级别最高。适用于气井和含少量H2S或CO2气井。地面环境要求高，探井、评价井。（如板深7、板深8、板深4、板深701、乌深1等）第六十页，共148页。

大港欠平衡去振动筛放压管线第六十一页，共148页。

大港欠平衡去振动筛放压管线传感器第六十二页，共148页。风险不大，中等装备级别。地层压力低于35Mpa。适用于无H2S的生产井，对产层压力和流体性质资料掌握较好的油气藏。第六十三页，共148页。无大风险，装备级别最简单适用于低压油井，原油稠和溶解气少的生产井。第六十四页，共148页。气体钻井和雾化钻井可以采用低压旋转头,但此时的旋转头只能作为导流器使用,不能控制回压;泡沫和充气钻井应采用中压或高压旋转头;液体或泥浆帽钻井应采用高压而且是双胶芯旋转头.第六十五页，共148页。１.井壁坍蹋：对于欠压实的地层,不宜采用欠平衡钻井技术。２.环境保护:欠平衡钻井“产出”的储层流体有油、气、水等，甚至含CO2或H2S。必须根据地面循环及分离系统的功能、压力级别、控制能力等确定能否用欠平衡钻井。３.考虑井眼失控的危险性:对高压高渗地层，特别是高压气井，如果防喷系统损坏或人员操作错误有可能导致井喷失控或地下井喷。4.膨胀地层盐岩蠕动、泥岩膨胀缩径导致卡钻。不宜应用欠平衡钻井。5、油气产出过量：造成速敏。6、设计实施困难：设备、工艺局限性。第六十六页，共148页。十.适应欠平衡钻井的地层第六十七页，共148页。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总体划分为：第六十八页，共148页。⑴要求只有在负压差条件下才能发现油气层。①低压低渗储层在正压差大时，钻井录井可能会漏掉，甚至在后期测井漏释的储层。②裂缝性油气藏对正压差和浸泡时间极敏感，由于不能及时发现和测试，有可能漏掉。即使在钻井过程中有油气显示但在完井试油、产层改造时也不能解除。③产量低，产层易伤害的地层。细分第六十九页，共148页。⑵地层情况复杂。如漏喷同层或同裸眼井段内钻井液密度大会漏，小则喷，采用欠平衡钻井可防止井漏。这种情况下，采用欠平衡钻井技术不仅可解决井漏问题，而且可省去防漏而多下一层管。⑶对于渗透性好的地层，采用欠平衡钻井技术可提高机械钻速，避免压差卡钻。⑷含大量对水基钻井液滤液敏感的矿物的地层。此时靠钻井液柱压力解决不了井壁稳定问题。⑸与钻井液滤液严重不相容的地层。钻井液滤液与储层中的固相、液相发生化学反应，生成物堵塞油气运移通道。细分第七十页，共148页。欠平衡钻井井内压力的上限是地层孔隙压力;井内压力的下限是保证井壁稳定或限制地层流体能够安全产出，并且在地面有条件处理这些地层流体。根据预测的地层压力范围来确定采用何种特殊的钻井技术，在确定了地层压力范围后，在该压力窗口内采用哪一种方法最合适。第七十一页，共148页。然后还要考虑地层和滤液的特性，包括：⑴是否有坍塌性页岩？出现大量地层水？⑵所钻水平井的地层含水情况？⑶钻遇多个渗透性和压力体系都不同的地层？⑷化学伤害类型？是由于发生了液/液或液/固相互作用？和地层压力关联性？⑸有无酸性气体？⑹选择井身结构？⑺在井场配备哪些设备和材料（包括和液体和气体）？第七十二页，共148页。气相欠平衡钻井技术压力泥浆帽钻井技术第七十三页，共148页。干空气、氮气或天然气雾：有少量地层水泡沫：地层出水量较大，大井眼充气钻井液液相钻井液第七十四页，共148页。

气体第七十五页，共148页。充气泥浆：钻速高（岩石强度低或中等）泡沫：井眼稳定气体（无水层、井壁稳定）液相钻井液第七十六页，共148页。气体氮气充气钻井液泡沫第七十七页，共148页。液相钻井液；若有酸气采用闭环压力泥浆帽钻井（大裂缝）第七十八页，共148页。液相钻井液；若有酸气采用闭环泥浆帽钻井（大裂缝、溶洞）第七十九页，共148页。使用18°钻杆；钻具外表面无毛刺。第八十页，共148页。

为防止接单根、起下钻过程中钻柱内溢流或失控以及防止充气、泡沫、雾化钻井在接卸钻具时钻具内发生液气分离现象，在钻具组合中安装内防喷工具。内防喷工具的连接主要考虑工作方便和不互相干扰，在保证安全的前提下，以少接为妥。一般有以下几种接法（内防喷工具安装的位置和数量没有固定的模式，应根据施工的具体需要而定）。第八十一页，共148页。钻头＋钻铤＋回压凡尔＋投入式止回阀＋18°斜坡接头钻杆＋下旋塞＋六方钻杆＋上旋塞。钻头＋回压凡尔＋钻铤＋投入式止回阀＋18°斜坡接头钻杆＋下旋塞＋六方钻杆＋上旋塞。第八十二页，共148页。

采用气相欠平衡钻井技术时，为防止在接单根时气液倒返，还要在钻进中每几个单根中加接一只回压凡尔（常闭式）。例如：钻头＋回压凡尔＋钻铤＋投入式止回阀＋18°斜坡接头钻杆＋回压凡尔＋几个单根18°斜坡接头钻杆＋回压凡尔＋几个单根18°斜坡接头钻杆＋回压凡尔……＋下旋塞＋六方钻杆＋上旋塞。第八十三页，共148页。常规钻井流体体系，包括分散、钙处理、淡水、盐水、饱和盐水、钾基、不分散聚合物、油基等钻井液体系；气体类，包括空气、天然气、氮气、废气等气体；雾化液，包括空气、氮气、天然气雾化液；泡沫体系，包括空气、氮气泡沫；充气钻井液体系，包括充空气、氮气、天然气；无固相钻井液体系，包括淡水、盐水、乳化柴油或矿产原油；含轻质固相添加剂（如玻璃微珠）的钻井液；第八十四页，共148页。在欠平衡钻井作业中，由于有许多因素可能导致欠平衡状态的丧失，要始终维持欠平衡压力状态是很困难的，有时甚至不可能。而在欠平衡钻井中没有滤饼充当防止伤害性流体和固相颗粒侵入地层的屏障，当欠平衡状态被破坏时，伤害性流体及其中的固相颗粒会迅速地流入储层，造成严重的地层伤害。所以，合理选择钻井液、完井液是欠平衡钻井成功的关键。合理选择和设计欠平衡钻井液、完井液应综合考虑储层、流体、作业和经济等因素：第八十五页，共148页。

在欠平衡钻井中，由于处于欠平衡状态下，地层流体会流入井筒与循环介质混合，可能生成沉淀物或形成极稠的高粘稳定乳状液，这些都有可能给固控、地面脱气、欠平衡状态的维持等施工及储层带来负面影响。在大多数欠平衡钻井作业中，一般需要合理使用表面活性剂来抑制稳定乳状液的形成。第八十六页，共148页。

在任何欠平衡钻井作业中，循环流体可能被地层产出的混相流体迅速稀释，从而造成循环流体的污染。如有地层水产出，水基体系可能受到污染；许多泡沫基体系对油和地层盐水的接触比较敏感，可能严重影响体系稳定。第八十七页，共148页。

如果用空气或充空气来建立欠平衡状态，那么水基钻井液特别是盐水（或产自地层）与微量氧接触时，就具有极强的腐蚀性。如果地层产出气中含有H2S，这一腐蚀问题就变得严重。需要使用腐蚀抑制剂或采取其它途径来防止钻柱、套管、连续软管和井下工具及井口装置过早失效。第八十八页，共148页。

在大多数多相流欠平衡钻井作业中，需要使用低粘钻井液，以便维持环空紊流，充分清洁井眼，同时有利于固控和地面气液分离。另一方面，如果欠平衡状态丧失，循环介质的固有粘度会明显减缓它向地层的侵入，而且液相粘度对井控可能是有益的，为此在可能的条件下，钻高产气井的欠平衡钻井中，推荐使用粘性流体。第八十九页，共148页。

在欠平衡压力状态下钻低渗、亲水、地下残余水饱和度可能异常低的气藏时，即使存在连续的欠平衡压力状态，毛细管压力效应也会导致水基循环介质滤液逆流吸入近井地带，而且这种逆流吸入具有潜在的伤害性。在钻井过程中完全杜绝液体介质（直接用气体钻井），或者在欠平衡钻井作业中选择非润湿性流体作为钻井液、完井液，一般就能避免或减小逆流吸入效应。第九十页，共148页。

井壁稳定是实施欠平衡钻井的先决条件，在欠平衡钻井过程中要求维持井壁稳定，对钻井液、完井液一是要求其密度保持合适、稳定，二是要求它具有良好的抑制防塌性能。第九十一页，共148页。

在欠平衡钻井过程中，井眼清洁是个难题，这就要求适当地控制钻井液、完井液的环空返速，同时注意增加钻井液、完井液自身的携砂能力。第九十二页，共148页。

井底循环压力不稳，不仅不利于井内欠平衡状态的维持，而且也易引起井眼失稳。尽可能地保持井内循环压力稳定，除了从施工上采取措施外，维持钻井液、完井液的密度稳定也显得很重要，这就要求加强固控和提高钻井液、完井液的抑制性和抗污染能力。第九十三页，共148页。

对于大斜度井、水平井应进行广泛的井壁稳定、携岩考虑。第九十四页，共148页。

在选择钻井液、完井液时，应当根据实际情况，综合考虑以上因素，结合各种钻井液、完井液自身的特点，作出合理选择。力求选择的钻井液、完井液有利于安全、优质、高效钻井；有利于发现和保护油气层；有利于取全、取准工程、地质等资料；有利于降低钻井综合成本和环境保护。第九十五页，共148页。

在欠平衡钻井过程中，如果进行完井测井、固井作业甚至进行起下钻，如果没有配置强行起下钻装置一般需要进行压井。为保护储层，在起钻前需向储层井段注入完井液（储层保护液）。完井液类型、性能应作好室内实验，精心选择，重点保证与储层的配伍性，既避免污染又便于事后解堵。第九十六页，共148页。

陆上液相欠平衡钻井井场布置原则包括井场、燃烧池、放喷池的使用面积与位置、井场方向的布置原则和井场布局的特殊要求、其他设施的布置、井场标志等内容。第九十七页，共148页。根据钻井工程设计要求确定钻机类型，确定欠平衡钻井井场的布局。根据季节风的方向确定井场走向,以满足欠平衡钻井中可燃气体的安全排出与燃烧。井场的位置至少应距厂矿、学校及居民住宅1000m以上，含硫地区的井应为2000m以上。特殊情况应根据情况采取防范措施。第九十八页，共148页。保证井场的通风性能良好,以达到防毒防爆的目的。ZJ40、ZJ50、ZJ70钻机的井场面积均为120m×100m（长×宽）,不包括燃烧池与放喷池的面积。第九十九页，共148页。地面井位及道路的确定根据勘探开发部门给定的井位坐标,实施单位必须精确测量后方可施工。井场应选在季节风上风口畅通位置上，尽量避免空气的阻塞。井场应平坦坚实,路面应按A级防火标准设计。

其他要求井场内应预先设置抢险人员集结地和疏散口。对井场周围的林场等易燃设施要设防火隔离带。井场内应预先设置好排除积水的设施。井场内应设置防洪、防腐及防污染等安全保护设施。第一百页，共148页。设备的布置原则：含硫油气井所用设备的安装位置应符合SY/T5087中的规定。不含硫油气井所用设备的安装位置应符合相应的标准。节流管汇：井口两侧各装一节流管汇，在大门方向左侧的节流管汇应安装在压井管汇的外侧。节流管汇与压井管汇的压力等级必须与井口压力装置相一致。大门方向右侧的节流管汇用以钻进中的回压控制及节流排气使用。大门方向左侧的节流管汇及压井管汇,必要时用以放喷和压井使用。所有管汇均不能使用软管。第一百零一页，共148页。放喷池和燃烧池的要求：大门右侧的井场外挖一燃烧池,池体高度为2m以上,面积为40m×40m,池体中心点距井口100m以上。大门左侧的井场外挖一放喷池,池体高度为2m以上,面积为40m×40m,池体中心点距井口100m以上。从井场到燃烧池中心铺设一条路面,便于架设燃烧管线和放喷管线以及点火人员的进出。在循环罐的右侧挖一200mз的泥浆池，便于压井作业中钻井液的倒换。第一百零二页，共148页。燃烧管线及放喷管线的布置原则：燃烧管线的延伸方向应选在大门右侧即司钻易于看到的燃烧池中。燃烧管线应选直径180-250mm左右的高强度金属管材密封连接。燃烧管线出口距井口100m以上。燃烧管线出口应距铁路、池塘、高压线及各种民用设施100m以上。在燃烧管线上距出口10m左右的位置必须安装防回火装置,以最大限度的满足施工作业的安全。燃烧管线应平直接出,以转弯点最少为好。井场左右各接出一条放喷管线，放喷管线出口距井口100m以上。各管线需要穿越道路时必须铺搭过车桥予以保护。第一百零三页，共148页。

大港欠平衡ZJ40、ZJ50、ZJ70钻机井场布置图工程师干部房监理房值班房材料房材料房发电房远控台录井房

井场路100米120米3040节流管汇压井管汇节流管汇3040燃烧池放喷池坡道控制系统撇油系统分离器泥浆池发电房30泥浆房录井房27消防房锅炉房4040第一百零四页，共148页。1.合理的井口回压设计

井口回压=地层压力-（环空压耗+钻井循环介质柱压力+欠压值）在欠平衡钻进过程中回压控制大小直接关系到井底欠压值的大小及是否能够达到欠平衡状态。一般井口回压设计为1.4～２.1MPa。2.井口装置的试压一般使用堵塞器单独对井口防喷器装置进行试压，环形防喷器试压到额定工作压力的70%，闸板防喷器、压井管汇试压到额定工作压力，节流阀后的部分比其额定工作压力低一个压力等级试压。每打一只钻头均对井口设施试压一次，确保万无一失。3.两套钻井液体系的准备根据地层压力确定合适的钻井液密度，在作业前准备两套泥浆体系：欠平衡钻井液体系、近平衡压井液体系（如果需要）。第一百零五页，共148页。1、钻井液体系的转换2、接单根3、换胶芯4、确定近平衡压井液密度（如果需要）5、起下钻十六.欠平衡钻进中的几个重要步骤第一百零六页，共148页。井口回压控制是实施欠平衡钻井的核心。在欠平衡钻进过程中，保持立压等于立压参考值，随着井深的增加，立压参考值应相应改变。（一）、井口回压控制技术十七.欠平衡钻进中的几个关键技术第一百零七页，共148页。

大港欠平衡井口回压控制理论与技术--油层暴露面积不变下节流阀调节对井底压力影响第一百零八页，共148页。井口回压控制理论与技术--负压差与地面气体流量关系第一百零九页，共148页。（二）欠平衡钻井措施：1、开钻前和钻进过程中认真进行“欠平衡钻井应急程序”的演练，达到实战水平。2、加强地层对比，及时提出地质预报并做好地层压力的监测工作。3、欠平衡钻进过程中，严密观察套压的变化，压力超出设计范围应立即停钻排气或实施压井作业。第一百一十页，共148页。1、性能可靠的井口装置及地面控制设备。

这是实施欠平衡钻井的先决条件。2、健全的应急程序。

这是欠平衡钻井安全实施的后盾。十八.欠平衡钻井过程中的几个必须第一百一十一页，共148页。3、训练有素的、具有丰富经验的欠平衡钻井专业化队伍。

这是欠平衡钻井施工的支柱。4、开钻前严格试压和试运转；钻进中途严格检查。

这是实施欠平衡钻井的重要环节。5、建立现场监督机制。

这是实施欠平衡钻井的重要保证。第一百一十二页，共148页。重要性

欠衡钻井不同于常规钻井，在负压差的作用下储层流体（盐水、原油、气体）进入井筒，为此应采用适当的地面设备来安全地处理返出的流体，将烃类化合物从盐水、钻井液和岩屑中分离出来。与常规钻井相比，欠平衡钻井产出原油和天然气，而这些都具有强的可燃性，为此应格外地关注安全工作程序。十九、安全与环保规定第一百一十三页，共148页。

泥浆帽钻井是一种情况，产出流体不返出到地面。这种方式所采用的钻井液密度比压井液略低一些，在高密度、高粘度封堵液下部从钻杆和环空向下推进。为此安全措施也是必须的。对于欠平衡钻井，安全程序就是隔离具有潜在爆炸和燃烧危险的碳氢化合物，并且适当地除掉这些液体或气体碳氢化合物。在陆地上原油或冷凝物将被储存在储存罐内运走，天然气通常燃烧掉。海上无论是原油还是天然气都将在钻井平台上的一个安全存储场所燃烧。如果有液体排放管线或原油罐，可能将原油或冷凝物排走，而不进行燃烧。第一百一十四页，共148页。硫化氢气体处理

硫化氢是极其有害的，其既可以与液态的氢化物结合，也可以自由态存在。硫化氢极其危险在于其可伤害人的嗅觉，然后使嗅觉失去对其臭鸡蛋气味的辨别能力。硫化氢在较低浓度下就可发生死亡，硫化氢浓度越高，死亡越快，另外硫化氢还对高碳合金产生伤害，导致氢脆破坏。我国对硫化氢有明确的规定，如果作业者在已知的含硫化氢地区或较远的未进行测试的地区进行欠平衡作业，应采取特殊的防范措施保护员工和设备。第一百一十五页，共148页。硫化氢的防护所有作业人员应远离有可能泄露硫化氢气体的带压分离器和除气器；采用防硫化氢材料；硫化氢应急计划；特殊的安全设施，比如：硫化氢探头、报警仪、风向标、硫化氢浓度检测仪、便携式和固定式呼吸器；足够的培训；必须有作业计划和危险的告示；第一百一十六页，共148页。燃烧气体

欠平衡钻井场所，可能产生大量气体，为此用燃烧管线，将气体引到一个适当地方并树立火把，并配有自动点火装置，在布置点火系统时应考虑季节风的方向。根据场地的需要，火把的高度调节到最佳的高度，并进行固定。第一百一十七页，共148页。分离和储存

为避免着火和爆炸，液态的碳氢化合物的分离储存设备应放置在距井口较远的地方，并考虑风向。储存罐的容积，运输及装载的管汇必须符合安全要求，同时不能影响欠平衡作业。第一百一十八页，共148页。

欠平衡钻井的安全作业要求有员工的培训和详细的书面的欠平衡钻井程序，在关键的岗位和节流管汇处应有助手，使其可以协助处理意想不到的突发事件（这些事件将迅速扩大），在欠平衡作业期间井场进出口也是非常重要的，在紧急情况下（风的方向发生变化或主通道堵塞）备用通道是非常有用的。在井场应配备天然气探测仪、灭火器及其它的安全设施。培训第一百一十九页，共148页。

采用空气减轻欠平衡钻井液密度时，空气与水混合可能导致设备腐蚀，与碳氢化合物混合可能发生着火或爆炸，特别是采用空气钻井更应小心。为此应进行广泛的实验，确定与常规空气结合最大安全值或减少与钻井液和碳氢化合物混合的空气中的氧气含量来避免混合后燃烧。井下着火第一百二十页，共148页。

对于天然气欠平衡钻井作业，在任何时候都不要轻视了地面着火问题。在美国进行天然气钻井至少应遵循以下原则：1.API标准RP500B：关于在陆地和海洋平台钻机和生产设备推荐的电器安装惯例；2.美国国家防火协会70：国家电器编码-1990；3.美国国家防火协会496：危险场所的电器设备应清洁，并带有抗挤压的封闭护栏。--1988。天然气钻井的防火第一百二十一页，共148页。反喷依据钻井类型确定浮阀的数量和位置。液相欠平衡钻井用的浮阀最少。气体钻井时，需要多个浮阀，其中两个浮阀安装在接近地面的位置，减少接单根时释放钻具内压力的时间。在钻杆中部安装浮阀以减少气液分离。在近钻头位置安装两个钻杆浮阀，便于控制和安全。在钻杆上安装钻杆浮阀后。需要安装一个工具来泄掉钻杆浮阀上的压力，这个工具安装在钻杆浮阀上面，通过一个销子将其打开，释放可能存在的圈闭压力，而且这种工具通过侧孔可以安全地释放任何压力。第一百二十二页，共148页。井控程序作业开始前，应根据井下情况，认真制定可能性计划，如井身结构、设备的选择、人员、工具和器材等。应有应急计划。第一百二十三页，共148页。设备必须建立作业和设备调试程序，同时让每个员工了解；如果压力超过最大工作压力，必须停止作业；在液相欠平衡钻井过程中的钻进、起下钻、强行起下钻应加强压力监测，此外进行压井作业后的井应加强溢流的监测，在日常做好防喷演习、安全、防火的演习。许多封井器出现问题，唯一的解决方法是对封井器、节流管汇的每一部分进行测试，而且在安装、每次重新安装都应进行试压；第一百二十四页，共148页。经常检查地面设备；发现硫化氢立即停止钻进；每天应检查分离器，在机械钻速高的地区应勤检查；每天应对胶芯进行多次检查；检查转盘的居中度；应有应急计划。第一百二十五页，共148页。

在北美，详细的规则建议是从ERCB中的InterimDirectiveID94-3概括出来的，Directive包括了推荐性的惯例和个人的一些欠平衡实际经验。该文章可以从ERCB中得到。其中的推荐惯例和ERCB书面的规定在三个方面严格执行。第一百二十六页，共148页。防喷器组合；起下钻程序；井控中关键人员的资格；现场的其它方面，ERCB执行工业行业的建议规则，比如：法律、作业者和承包商的道德责任、欠平衡钻井的一些推荐性的惯例以技术等。第一百二十七页，共148页。允许在钻井的同时进行套压的控制；允许在接单根时可以循环也可以关井；允许带压的情况下进行换钻头及钻具组合；应有备用的环空控制设备，当旋转头出现问题时使用；应有节流管汇组调节套压，并使其不至于超过安全工作压力；提供一套独立的管线用于泄压和压井；能够快速安全地关井。第一百二十八页，共148页。如果是空气钻井，应有钻杆浮阀和灭火浮阀。如果存在酸性气体，应有钻具保护措施，并有剪切闸板；储备压井液；中间套管应有保证，封固段满足要求；地面设备之间的距离应符合规定；点火必须遵循正确的规则；如果需要的话，应安装分离器；提供适当的场所来存放产出的流体；作业人员需要一些适当的证书和培训；在含有硫化氢的地方需要监测仪和报警仪；以及其他所有的安全规则。第一百二十九页，共148页。土地和水污染；空气污染问题；

产出水的处理。第一百三十页，共148页。1、首先明确目的、达到的结果；2、成立项目组。项目组由地质油藏、采油工艺、钻井工艺、钻井液工艺、完井、录井、测井、经济、安全等方面的技术人员组成。项目组长由总监担任，负责技术、经济方面的决策。他的职责还涉及所有的管理、资料收集、项目计划、井的设计及钻井现场和该项目的最终决策、谈判和协调；二十.欠平衡钻井项目实施程序第一百三十一页，共148页。3、欠平衡钻井项目需收集分析的资料⑴对于探井、开发井项目，临井钻井完井资料如井史、钻井液完井报告、试油报告、岩心及精密的岩心分析、地质录井柱状图、井位平面图、综合解释等是最重要的资料来源。第一百三十二页，共148页。⑵测井是重要的资料来源。小组中的测井工程师与地质和工程技术人员对这些资料进行分析和解释，识别产层、孔隙度、构造、地质分层及水层。关于孔隙度、渗透率、裂缝、裂缝的倾向和走向、粘土成分含量的确切描述和岩石类型的资料，都是小组所需的资料。而且根据测井作出的横剖面，对于水平井最初的轨迹设计是非常有用的。测井资料主要是测井综合解释图：自然电位、自然γ、密度、声波、电阻率和泥质含量解释成果。第一百三十三页，共148页。4、储层筛选和井位选择。在地质和测井资料分析的结果上，确定什么类型的储层可以成功地应用该项技术。收集该储层尽可能多的信息和资料，对这些材料进行筛选，选出与井眼位置及设计相关的重要的材料。这部分工作需要做详细的研究，如：地震资料、测井资料、压力资料及以前所钻直井的记录。从这些资料中，项目组可以着手进行正确的钻井设计，来实现从所选储层得到尽可能多的油气产量。第一百三十四页，共1