论文部分内容阅读
摘要：欠平衡钻井又叫负压钻井，是指在钻井时井底压力小于地层压力，地底的流体有控制地进入井筒并且循环到地面上的钻井技术。本文主要是从欠平衡钻井的概念和优缺点出发，探讨相关井控特征。
关键词：欠平衡钻井施工；气体钻井；雾化钻井；泡沫钻井液钻井；井控特征
欠平衡钻井也称负压钻井，在钻进过程中，地层孔隙压力超过液柱压力，有效控制地层流体进入到井眼、井筒并循环到地面。该钻井方式中包括井口回压、循环压降、钻井液柱静液压力在内的井底压力小于底层孔隙压力。欠平衡钻井技术在国内有着越来越多的应用，技术也不断深化，从未来油田的开发趋势来看，全过程欠平衡钻井将是一个重要的发展方向。欠平衡钻井可根据使用介质不同分为气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井液钻井、充气钻井液钻井、水或卤水钻井液钻井、油包水或水包油钻井液钻井、常规钻井液钻井以及泥浆帽钻井。
1欠平衡钻井的优缺点
欠平衡钻井的常规的钻井属于过平衡钻井，钻井液压力大于地层流体压力，小于地层破裂压力。这样做主要是防止井喷。欠平衡钻井时，钻井液压力略小于底层流体压力，仍小于地层破裂压力。这样能及早发现油气藏。欠平衡钻井系列分为：①气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围0～0.02克/立方厘米；②雾化钻井，密度适用范围0.02～0.07克/立方厘米；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0.07～0.60克/立方厘米；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0.7～0.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；⑤水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1～1.30克/立方厘米；⑥油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.8～1.02克/立方厘米；⑦常规钻井液钻井（采用密度减轻剂），密度适用范围大于0.9克/立方厘米；⑧泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高壓裂缝层或高含硫化氢的气层。欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种：流钻（flow drilling）是指使用普通钻井液的欠平衡钻井；人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。
1.1 欠平衡钻井优点
欠平衡钻井的优点主要表现在有利于油气藏的发现、评价和识别；有利于油气井产能提升，减少地层伤害而有效保护油气层；有利于提升机械转速。在过平衡钻井施工过程中，可能会伤害到产层，可导致本应出现的预期油气显示不出现，对油气勘探开发工作带来影响。在次平衡钻井施工中，地层空隙压力超过了井内钻井液柱压力，地层流体可达到井内，这对油气藏的准确评价和识别有良好的促进。能有效评价和发现低压低渗油气层，获得准确的数据来促进勘探开发整体设计方案的优化。
欠平衡钻井施工能有效避免油气层受到伤害，保护油气层，提升油气井产量，而这一优势在压力衰竭或低渗透油气藏中表现得更为明显。常规的钻井方法为过平衡钻井，地层压力低于钻井液柱压力，有害固体会在压力作用下而进人到产层钻井液滤液或产层，伤害产层。
相对于过平衡钻井，平衡压力钻井能更加彻底地破碎井底岩石，更有助于其脱离井坑而进入到环空，不再受压持效应影响，能获得清洁的井底，以此来大幅提升机械转速。钻头在钻进过程中的磨损大大降低，以此来延长使用寿命。随着钻头使用寿命和机械转速的提升，能大幅缩减钻井周期，降低施工作业费用。负压钻井改变了井底岩石三相应力状态，缓解了压持效应，能促进钻头对岩石的破碎作用，以此来提升机械转速，降低钻井整体施工成本。
1.2 欠平衡钻井缺点
欠平衡钻井的缺点主要表现在需要较大的井场面积，较多的钻井设备，较高的占地费用和钻井成本。在后期的完井施工中，如果采取强行起下钻设备来进行钻柱的起下，会极大提升钻井成本。高额的欠平衡钻井钻机导致较高的日租金，控流钻井-一般采用成本较高的含油钻井液，欠平衡钻井施工中通常会通过注人氮气来实现欠平衡钻进，在边远地区需要现场制，而较高的设备租金又提升了钻井施工成本。
欠平衡钻井施工会损害地层，在钻进过程中，循环钻井液井底压力低于地层压力，不利于岩石表面下泥饼的形成，如果在完井和钻井施工过程中无法保证连续的欠平衡状态，井壁无泥饼，地层就会受到固相和液相的侵人，极可能造成更严重的污染。此外，欠平衡钻井过程中还存在较多的安全隐患，如可能出现的并塌和井喷，在注入气为空气的情况下，可能腐蚀钻具，更严重的情况下甚至会发生爆炸。
2 欠平衡钻井井控技术特点
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。欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容 积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。常规钻井保持稳定的井底压力，且高于地层空隙压力。通过高密度钻井液的使用来避免井简内流人地层液体，防止井喷事故。欠压循环不能保持恒定的钻井液池液面。在井眼溢流的情况下，不能将钻具脱离井底。钻井液漏失地层的情况下应马上停钻。在井控中流人地层流体的情况下应马上停钻。
在欠平衡钻井施工过程中，这些规则发生了变化： 在井眼内流人地层液体的情况下需继续钻进，可通过相关措施来诱导流体输出而降低钻井液密度。在出现泄漏的情况下应维持钻进，地层空隙压力高于井内压力。井眼溢流情况下，可从底部分离钻头，可维持恒定的钻井液罐液面。欠平衡钻井技术的不断优化、完善，要对应用井眼条件、井控规则进行深人的理解和探索，寻找内在因素。
在软平衡钻井中，其中最重要的一个环节就是优质的钻井液体系，通过精心的施工组织来保证钻井效果。油气藏的及时、准确发现能有效提升机械转速。欠平衡钻井的安全基础是认真对配套井口设备和装置进行试压，设计合理的井身结构。合理的井口压力控制和科学的完井方法才能保证欠平衡钻井的顺利、高效实施，也是成功的关键。井筒内的各种压力决定了井控技术，完整的井筒压力数据是良好井控的基础。
参考文献：
[1]魏纳，孟英峰，李皋，等.欠平衡钻水平井岩屑运移可视化实验[J].天然气工业，2014，34（1）：80-85.
[2]李玮，许兴华，闫铁，等.欠平衡下牙轮钻头牙齿侵入系数及钻速研究[J].西南石油大学学报（自然科学版），2016，35（3）：168-173.
关键词：欠平衡钻井施工；气体钻井；雾化钻井；泡沫钻井液钻井；井控特征
欠平衡钻井也称负压钻井，在钻进过程中，地层孔隙压力超过液柱压力，有效控制地层流体进入到井眼、井筒并循环到地面。该钻井方式中包括井口回压、循环压降、钻井液柱静液压力在内的井底压力小于底层孔隙压力。欠平衡钻井技术在国内有着越来越多的应用，技术也不断深化，从未来油田的开发趋势来看，全过程欠平衡钻井将是一个重要的发展方向。欠平衡钻井可根据使用介质不同分为气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井液钻井、充气钻井液钻井、水或卤水钻井液钻井、油包水或水包油钻井液钻井、常规钻井液钻井以及泥浆帽钻井。
1欠平衡钻井的优缺点
欠平衡钻井的常规的钻井属于过平衡钻井，钻井液压力大于地层流体压力，小于地层破裂压力。这样做主要是防止井喷。欠平衡钻井时，钻井液压力略小于底层流体压力，仍小于地层破裂压力。这样能及早发现油气藏。欠平衡钻井系列分为：①气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围0～0.02克/立方厘米；②雾化钻井，密度适用范围0.02～0.07克/立方厘米；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0.07～0.60克/立方厘米；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0.7～0.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；⑤水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1～1.30克/立方厘米；⑥油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.8～1.02克/立方厘米；⑦常规钻井液钻井（采用密度减轻剂），密度适用范围大于0.9克/立方厘米；⑧泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高壓裂缝层或高含硫化氢的气层。欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种：流钻（flow drilling）是指使用普通钻井液的欠平衡钻井；人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。
1.1 欠平衡钻井优点
欠平衡钻井的优点主要表现在有利于油气藏的发现、评价和识别；有利于油气井产能提升，减少地层伤害而有效保护油气层；有利于提升机械转速。在过平衡钻井施工过程中，可能会伤害到产层，可导致本应出现的预期油气显示不出现，对油气勘探开发工作带来影响。在次平衡钻井施工中，地层空隙压力超过了井内钻井液柱压力，地层流体可达到井内，这对油气藏的准确评价和识别有良好的促进。能有效评价和发现低压低渗油气层，获得准确的数据来促进勘探开发整体设计方案的优化。
欠平衡钻井施工能有效避免油气层受到伤害，保护油气层，提升油气井产量，而这一优势在压力衰竭或低渗透油气藏中表现得更为明显。常规的钻井方法为过平衡钻井，地层压力低于钻井液柱压力，有害固体会在压力作用下而进人到产层钻井液滤液或产层，伤害产层。
相对于过平衡钻井，平衡压力钻井能更加彻底地破碎井底岩石，更有助于其脱离井坑而进入到环空，不再受压持效应影响，能获得清洁的井底，以此来大幅提升机械转速。钻头在钻进过程中的磨损大大降低，以此来延长使用寿命。随着钻头使用寿命和机械转速的提升，能大幅缩减钻井周期，降低施工作业费用。负压钻井改变了井底岩石三相应力状态，缓解了压持效应，能促进钻头对岩石的破碎作用，以此来提升机械转速，降低钻井整体施工成本。
1.2 欠平衡钻井缺点
欠平衡钻井的缺点主要表现在需要较大的井场面积，较多的钻井设备，较高的占地费用和钻井成本。在后期的完井施工中，如果采取强行起下钻设备来进行钻柱的起下，会极大提升钻井成本。高额的欠平衡钻井钻机导致较高的日租金，控流钻井-一般采用成本较高的含油钻井液，欠平衡钻井施工中通常会通过注人氮气来实现欠平衡钻进，在边远地区需要现场制，而较高的设备租金又提升了钻井施工成本。
欠平衡钻井施工会损害地层，在钻进过程中，循环钻井液井底压力低于地层压力，不利于岩石表面下泥饼的形成，如果在完井和钻井施工过程中无法保证连续的欠平衡状态，井壁无泥饼，地层就会受到固相和液相的侵人，极可能造成更严重的污染。此外，欠平衡钻井过程中还存在较多的安全隐患，如可能出现的并塌和井喷，在注入气为空气的情况下，可能腐蚀钻具，更严重的情况下甚至会发生爆炸。
2 欠平衡钻井井控技术特点
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。欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容 积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。常规钻井保持稳定的井底压力，且高于地层空隙压力。通过高密度钻井液的使用来避免井简内流人地层液体，防止井喷事故。欠压循环不能保持恒定的钻井液池液面。在井眼溢流的情况下，不能将钻具脱离井底。钻井液漏失地层的情况下应马上停钻。在井控中流人地层流体的情况下应马上停钻。
在欠平衡钻井施工过程中，这些规则发生了变化： 在井眼内流人地层液体的情况下需继续钻进，可通过相关措施来诱导流体输出而降低钻井液密度。在出现泄漏的情况下应维持钻进，地层空隙压力高于井内压力。井眼溢流情况下，可从底部分离钻头，可维持恒定的钻井液罐液面。欠平衡钻井技术的不断优化、完善，要对应用井眼条件、井控规则进行深人的理解和探索，寻找内在因素。
在软平衡钻井中，其中最重要的一个环节就是优质的钻井液体系，通过精心的施工组织来保证钻井效果。油气藏的及时、准确发现能有效提升机械转速。欠平衡钻井的安全基础是认真对配套井口设备和装置进行试压，设计合理的井身结构。合理的井口压力控制和科学的完井方法才能保证欠平衡钻井的顺利、高效实施，也是成功的关键。井筒内的各种压力决定了井控技术，完整的井筒压力数据是良好井控的基础。
参考文献：
[1]魏纳，孟英峰，李皋，等.欠平衡钻水平井岩屑运移可视化实验[J].天然气工业，2014，34（1）：80-85.
[2]李玮，许兴华，闫铁，等.欠平衡下牙轮钻头牙齿侵入系数及钻速研究[J].西南石油大学学报（自然科学版），2016，35（3）：168-173.