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[摘 要]本文从欠平衡钻井的基本概念分析为切入点，结合欠平衡钻井的主要应用优势，重点对防喷器系统、液流导向系统、地面分离系统、旋转防喷器系统、隔水管系统、地面数据采集系统等主要的欠平衡钻井设备进行了研究，并对欠平衡钻井设计工作进行了简要分析。
[关键词]欠平衡钻井；钻井设备；钻井设计
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0375-01
在当前的油气资源开发中，各类复杂油气资源开发增多，钻井开发面临的井下状况也不断增加，对钻井技术应用提出了更高要求。在这种开发背景下，欠平衡钻井因为能在钻井开发的同时有效保护储层、提升钻井效率、预防井下卡钻事故等，在油气资源开发中应用优势日益明显。因此，有必要对其基本概念、应用优势、主要设备和钻井方案设计等工作进行探究。
1 欠平衡钻井技术
1.1欠平衡钻井技术基本概念
欠平衡钻井的概念有多种表达方式，可以理解为在钻井中将主力储层的地层流体引入井内并循环到地面进行开发；可以是以比储层地层压力更低的钻井液柱压力进行开发，必要时辅助氮气或空气进行钻井液应用，通过压差作用将地层流体引入井内，循环到地面进行开发；也可以理解为在负压差作用下，地层流体连续性的流向井筒内部。概括起来有两个主要方面：井筒油套环空的循环介质当量密度必须比地层的孔隙压力当量密度更低，产生压差，也就是存在欠压差，这时技术应用的关键；要通过钻井技术手段，确保将地层的流体引入到井筒内部并循环出地面，实现“边喷边钻”的开发，确保地层流体向井筒内的流动是连续性的，需要加强二次井控，具备一定的技术风险。
1.2欠平衡钻井技术优势
欠平衡钻井以井筒内的负压差作为开发前提条件，所以可以在保护油气储层的同时提升单井产能，并且可以在开发的同时边喷边钻，在钻井的同时发现新的储层，特别是对复杂的岩性油藏、低压油藏和裂缝性油藏开发中优势明显；因为技术应用是在负压条件下进行的钻进，所以可以杜绝钻进中钻头对岩石的重复切削作用，提升了钻井速度；可以在水敏性较强和漏失严重的区块和地层实现安全钻井，杜绝井漏、卡钻、井壁坍塌等问题出现。
2 欠平衡钻井技术应用
2.1欠平衡钻井技术主要设备
欠平衡钻井技术在地面设备应用上，主要是氮气或压缩气供应装置、具备较小容积提供较大压力的注液泵、液-气混合管汇和节流管汇、岩屑和钻井液取样仪器、各类化学试剂注射泵、分离器和自动燃烧气等系统。
一是防喷器系统，也就是高压旋转防喷和分流器，如美国Williums公司生产的各个压力等级的防喷器系统，高压防喷系统典型设备的静试验压力可达21MPa，工作压力可达10.5MPa；典型设备包含热传递装置、润滑装置、控制头总成、遥控监视和防爆电源等元器件，最高级的防喷器旋转控制头总成壳体的静压力可达35MPa、试验动压力可达70MPa、工作压力可达17.5MPa。
二是液流导向系统。较为先进的属于电磁阀导向系统，可以适应深井钻井，将设备的马达可以设计为金属对金属结构 叶片，主要材质为非弹性体，设计为正容积马达，在应用中可以防止失速后的转速过快等问题。
三是地面分离系统。石化行业大约在10年前研制出了地面分离系统，可以将额定压力设置为达到35MPa，包含地面分离装置、自动节流系统等，可以实现大容量液体、岩屑和钻井液的处理。研制的密封循环分离器，可以实现大容量液流处理，并且分离后的泡沫可以实现循环利用，实现了低成本配置化学剂的目的。
四是旋转防喷器系统。较为典型的是隔水管帽。作为典型的回流装置，主要是在隔水管顶端的旋转控制头，取代传统的滑动接头和分流器，在控制头双流管的输出端连接高压软管，可以有效防止钻井液漏失等问题，提升井控安全性。在钻台下部钻杆和隔水管之间，可以设置高压机械密封设备，确保钻井液能够以软管为通道进行井下回流。
五是隔水管系统。包括旋转控制头和封隔器、锁定总成和环形压力控制器以及排放系统等，主体部位为直径符合油井规格的膨胀套管封隔器进行改装，对控制头和井口下部套管的压力实现密封。
六是地面数据采集系统。欠平衡钻井要实现对钻井的速度、压力、含气量、含液量和温度等参数的测量和记录，防止出现井喷、过平衡等问题。
2.2欠平衡钻井技术设计关键
一是合理设计钻井液。要确保钻井液与地层流体的相容性，防止地层中油水同时进入井筒后接触发生反应，产生高粘度的乳化液或沉淀物。确保钻井液防腐性能与粘度符合要求，合理确定钻井液最佳粘度，确保能够使油井获取充分清洁的紊流关系。由于地层中含有的大量盐水、氢气、硫化氢等都具有腐蚀性，所以需要适当添加防腐剂配合欠平衡钻井。同时，要明确钻井中携岩或携液所需最小气流量。
二是合理设计欠压值。欠压值作为欠平衡钻井技术应用的关键指标，需要确保出气量在分离器的分离极限值以内，地层出气量引发的井口压力在旋转防喷器额定压力的80%以内，地层整体出气量对钻井液当量循环的影响要在裸眼坍塌压力的当量密度最小值以上。
三是合理确定井口回压并加强回压控制。欠平衡钻井技术应用中，随着储层出气量增加，环空液注压力会随之降低，欠压值也会逐步增大。而欠平衡钻井要求欠压值必须稳定，这就需要在井口根据井下钻井需要实时进行压力补充，根据需要进行回压调整，一旦井口回压上升且达到旋转控制器的额定工作压力，就要进行停钻和防喷器关闭处理，实现循环直到井口压力恢复正常再继续钻进。
四是合理进行带压测井设计。要在地层压力比钻井液液注压力更大的情况下进行测井，如果液注压力和地层压力无法达到平衡状态，就易造成井口出现“套压”问题，必须进行井口密封后的测井，选择电缆动态密封控制器和电缆防喷器等进行应用。
3 结论
综上所述，欠平衡钻井技术在适用地层中应用优势明显，通过对其主要设备和关键参数设计的分析，有利于提升技术应用水平，更好地辅助进行特殊油气资源开发。
参考文献
[1]路克崇，段晓东.赵强.玉门油田欠平衡钻井技术[J].西部探矿工程，2012（09）.
[2]喬国发，曾鹏珲，春兰.川科1井欠平衡钻井技术[J].天然气技术，2012（04）.
[关键词]欠平衡钻井；钻井设备；钻井设计
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0375-01
在当前的油气资源开发中，各类复杂油气资源开发增多，钻井开发面临的井下状况也不断增加，对钻井技术应用提出了更高要求。在这种开发背景下，欠平衡钻井因为能在钻井开发的同时有效保护储层、提升钻井效率、预防井下卡钻事故等，在油气资源开发中应用优势日益明显。因此，有必要对其基本概念、应用优势、主要设备和钻井方案设计等工作进行探究。
1 欠平衡钻井技术
1.1欠平衡钻井技术基本概念
欠平衡钻井的概念有多种表达方式，可以理解为在钻井中将主力储层的地层流体引入井内并循环到地面进行开发；可以是以比储层地层压力更低的钻井液柱压力进行开发，必要时辅助氮气或空气进行钻井液应用，通过压差作用将地层流体引入井内，循环到地面进行开发；也可以理解为在负压差作用下，地层流体连续性的流向井筒内部。概括起来有两个主要方面：井筒油套环空的循环介质当量密度必须比地层的孔隙压力当量密度更低，产生压差，也就是存在欠压差，这时技术应用的关键；要通过钻井技术手段，确保将地层的流体引入到井筒内部并循环出地面，实现“边喷边钻”的开发，确保地层流体向井筒内的流动是连续性的，需要加强二次井控，具备一定的技术风险。
1.2欠平衡钻井技术优势
欠平衡钻井以井筒内的负压差作为开发前提条件，所以可以在保护油气储层的同时提升单井产能，并且可以在开发的同时边喷边钻，在钻井的同时发现新的储层，特别是对复杂的岩性油藏、低压油藏和裂缝性油藏开发中优势明显；因为技术应用是在负压条件下进行的钻进，所以可以杜绝钻进中钻头对岩石的重复切削作用，提升了钻井速度；可以在水敏性较强和漏失严重的区块和地层实现安全钻井，杜绝井漏、卡钻、井壁坍塌等问题出现。
2 欠平衡钻井技术应用
2.1欠平衡钻井技术主要设备
欠平衡钻井技术在地面设备应用上，主要是氮气或压缩气供应装置、具备较小容积提供较大压力的注液泵、液-气混合管汇和节流管汇、岩屑和钻井液取样仪器、各类化学试剂注射泵、分离器和自动燃烧气等系统。
一是防喷器系统，也就是高压旋转防喷和分流器，如美国Williums公司生产的各个压力等级的防喷器系统，高压防喷系统典型设备的静试验压力可达21MPa，工作压力可达10.5MPa；典型设备包含热传递装置、润滑装置、控制头总成、遥控监视和防爆电源等元器件，最高级的防喷器旋转控制头总成壳体的静压力可达35MPa、试验动压力可达70MPa、工作压力可达17.5MPa。
二是液流导向系统。较为先进的属于电磁阀导向系统，可以适应深井钻井，将设备的马达可以设计为金属对金属结构 叶片，主要材质为非弹性体，设计为正容积马达，在应用中可以防止失速后的转速过快等问题。
三是地面分离系统。石化行业大约在10年前研制出了地面分离系统，可以将额定压力设置为达到35MPa，包含地面分离装置、自动节流系统等，可以实现大容量液体、岩屑和钻井液的处理。研制的密封循环分离器，可以实现大容量液流处理，并且分离后的泡沫可以实现循环利用，实现了低成本配置化学剂的目的。
四是旋转防喷器系统。较为典型的是隔水管帽。作为典型的回流装置，主要是在隔水管顶端的旋转控制头，取代传统的滑动接头和分流器，在控制头双流管的输出端连接高压软管，可以有效防止钻井液漏失等问题，提升井控安全性。在钻台下部钻杆和隔水管之间，可以设置高压机械密封设备，确保钻井液能够以软管为通道进行井下回流。
五是隔水管系统。包括旋转控制头和封隔器、锁定总成和环形压力控制器以及排放系统等，主体部位为直径符合油井规格的膨胀套管封隔器进行改装，对控制头和井口下部套管的压力实现密封。
六是地面数据采集系统。欠平衡钻井要实现对钻井的速度、压力、含气量、含液量和温度等参数的测量和记录，防止出现井喷、过平衡等问题。
2.2欠平衡钻井技术设计关键
一是合理设计钻井液。要确保钻井液与地层流体的相容性，防止地层中油水同时进入井筒后接触发生反应，产生高粘度的乳化液或沉淀物。确保钻井液防腐性能与粘度符合要求，合理确定钻井液最佳粘度，确保能够使油井获取充分清洁的紊流关系。由于地层中含有的大量盐水、氢气、硫化氢等都具有腐蚀性，所以需要适当添加防腐剂配合欠平衡钻井。同时，要明确钻井中携岩或携液所需最小气流量。
二是合理设计欠压值。欠压值作为欠平衡钻井技术应用的关键指标，需要确保出气量在分离器的分离极限值以内，地层出气量引发的井口压力在旋转防喷器额定压力的80%以内，地层整体出气量对钻井液当量循环的影响要在裸眼坍塌压力的当量密度最小值以上。
三是合理确定井口回压并加强回压控制。欠平衡钻井技术应用中，随着储层出气量增加，环空液注压力会随之降低，欠压值也会逐步增大。而欠平衡钻井要求欠压值必须稳定，这就需要在井口根据井下钻井需要实时进行压力补充，根据需要进行回压调整，一旦井口回压上升且达到旋转控制器的额定工作压力，就要进行停钻和防喷器关闭处理，实现循环直到井口压力恢复正常再继续钻进。
四是合理进行带压测井设计。要在地层压力比钻井液液注压力更大的情况下进行测井，如果液注压力和地层压力无法达到平衡状态，就易造成井口出现“套压”问题，必须进行井口密封后的测井，选择电缆动态密封控制器和电缆防喷器等进行应用。
3 结论
综上所述，欠平衡钻井技术在适用地层中应用优势明显，通过对其主要设备和关键参数设计的分析，有利于提升技术应用水平，更好地辅助进行特殊油气资源开发。
参考文献
[1]路克崇，段晓东.赵强.玉门油田欠平衡钻井技术[J].西部探矿工程，2012（09）.
[2]喬国发，曾鹏珲，春兰.川科1井欠平衡钻井技术[J].天然气技术，2012（04）.