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[摘 要]随着钻井工艺的提高和应用范围的扩大，欠平衡钻井技术（UBD）和水平井钻井技术（DD）得到迅速发展，应用越来越广泛。欠平衡钻井技术能够大幅降低钻井成本以及有效地发现和保护油气层。水平井钻井技术提高了井眼与油藏之间的接触面积，从而提高采收率。而这两项技术结合，欠平衡水平井技术则更加有利于发现和保护油气藏、提高采收率，以达到降低勘探开发费用的目的。
[关键词]欠平衡 水平井 技术优势 操作应用
中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0256-01
1 欠平衡水平井技术应用现状
欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代，在20世纪80年代，欠平衡钻井技术迅速发展，尤其是近十几年来，该技术在北美地区（如美国、加拿大、墨西哥湾）得到了较为广泛的应用。近几年来，国内各大油田也出现了蓬勃发展的趋势，欠平衡钻井已经成为一种降低开发成本、保护油气层必不可少的技术了。在国内，虽然起步晚，技术水平和装备与国外相比尚有很大差距，但水平井技术已经被作为增大泄油面積、提高采收率的常规技术，而得到大力发展和推广应用。在水平井钻井技术应用发展方面起巨大作用的一项关键技术是欠平衡钻井和完井技术，水平井欠平衡钻井是指在定向（水平）钻进过程中钻井液循环液柱压力低于地层孔隙压力，使地层的流体有控制地进入井筒并将其循环到地面的钻井技术，也称有控状态下的“边喷边钻”工艺技术。
2 欠平衡水平井钻井技术优势
（1）提高机械钻速，降低钻井成本。水平井采用欠平衡钻井可大幅提高机械钻速，缩短建井周期。在渗透性岩层钻进时，当井底液柱压力从平衡变为欠平衡状态时，机械钻速最大可以提高3倍以上。采用欠平衡钻井技术，其机械钻速至少是采用常规过平衡钻井的2倍。
（2）有利于保护和发现油气层、提高单井产量。欠平衡技术钻水平井的主要优势是减小或降低地层损害，获得更大的单井产能。采用欠平衡钻井，由于井筒内钻井液液柱压力低于地层压力，钻井液滤液和有害固相的侵入就会减轻或消除，从而有效地保护油气层，减少或免去油气层改造等作业措施以及在提高后期采收率方面效果显著。
（3）避免钻井液漏失和压差卡钻事故。在常规过平衡钻井时，井漏问题会经常发生，尤其在易漏层段更为严重。井漏的发生将大大增加钻井成本；同时还可能因为井漏而造成井眼垮塌卡钻等一系列井下复杂事故。而欠平衡钻井由于井筒内钻井液液柱压力小于地层孔隙压力，从而大大降低井漏发生的几率，防止钻井过程中的井漏问题发生。压差卡钻也是井筒压力衰竭的一个严重问题。在“欠平衡”或“轻微过平衡”的情况下，应用欠平衡技术和设备也可减少压差卡钻。
（4） 实时发现地质异常情况，及时评价油气层用欠平衡技术钻水平井时允许地层流体流到地表，利用实时采集和分析数据有助于工程和地质人员及时发现地质异常情况，避免复杂情况的发生；同时根据在井口监测返出流体提供的产层信息，实时评价油藏，从而为勘探开发整体方案设计提供较为准确的依据。
（5）使循环损耗减至最小许多水平井通常是在可能发生循环损耗的压力衰竭油藏中进行的。用欠平衡技术钻水平井时允许地层流体流到地表。这样可获得被看成流体存在类型和油藏采收率的有价值的数据。同时，允许油藏流体流出有助于清洁岩屑。
3 欠平衡水平井钻井工艺应用
（1）井眼清洁。有效地净化井眼要求将流体粘度和足够的岩屑传输速度结合起来考虑，井眼清洁在水平井钻井作业中是一个重点问题。（2）合理压差的确定。实施欠平衡钻井不但要有良好的井控装备，而且欠平衡压差大小的确定也十分关键，它直接影响欠平衡钻井的成败。采取适当的欠平衡技术主要依赖于孔隙压力和潜在的井眼稳定性等数据，另外，还要仔细考虑其它因素。水平井欠平衡钻井合理压差确定的3个依据：①要根据不同类型油气藏的特点确定欠平衡压差的大小，若气油比高，则压差尽可能小，若气油比低，则压差可适当放大；②要根据地层压力系数和产液量的大小来确定，若产液量大，则压差应尽可能小；若产液量小，则压差可适当放大；③要考虑环空钻井液油气侵情况。合理的欠平衡压差应当保持钻进过程中井内液柱压力和井口控制压力之和略低于地层压力。水平井欠平衡钻井合理压差确定的3个原则：①保持水平裸眼井段井壁稳定；②利于保护储层；③防止井喷。（3）流体钻井操作。欠平衡钻井作业包括的流体范围从100%的气体到100%的液体，并且所有流体（雾、泡沫、充气流体等）都在其中。欠平衡钻井最普通的技术仅仅是由完成操作的流体类型限定的。（4）气化流体操作。气化流体的优势是具有包括所有流体密度应用范围的能力。衡量气化流体系统相对比较容易，为让外部地层损害减至最小，气化流体或任一液体实际上都可被利用。（5）泡沫操作。泡沫流体的主要优势是它们的巨大掘采能力。泡沫还可调节节流压力，因此泡沫在环空中可适应不同的压力变化。（4）纯气体操作。空气或气体钻井一般采用纯气体作为钻井液，这种气体可能是空气、氮、天然气或任一混合气体。这种密度极低的流体有多种优点。它们允许一种非常经济的低压操作，由于通过气体流体产生的液力较低，这种空气钻井液是欠平衡操作系统中最经济、价廉的系统，且采用的这种空气钻井液钻井，其机械钻速将可能达到最高。在应用气体和气雾流体时也有许多不利之处，当采用空气钻井，有侵入水产生时，空气系统潜在的侵蚀程度比其它系统高；向井底输入氧气会增加潜在的井底火灾或引起环空中的碳氢化合物爆炸；气体系统对井筒的维持最少，且在钻井时对井眼清洁最无效。
4 欠平衡水平井钻井技术困难
在新技术方面存在两大主要障碍。第一大障碍即是地层的有效浸染和整个石油组织的技能；第二大障碍是每当试验新技术时都可能有错误遗漏发生。（1）欠平衡钻井配套设备相对落后。随着欠平衡钻井技术的发展，开发出了一些较先进的欠平衡钻井地面设备如旋转防喷器、闭式四相分离处理系统等。这为安全、有效的欠平衡钻井提供了必要条件。（2）测量仪器和井下动力钻具。在欠平衡条件下进行水平井施工的过程中，由于井筒内存在多种流体，而常规的水平井测量仪器MWD，主要靠泥浆传递脉冲压力信号，在井筒内多相流存在的状况下，信号衰减，甚至无法产生和传递信号，造成MWD失去作用。（3）由于欠平衡水平井钻井的特殊性，要使欠平衡水平井钻井获得成功，除了正确的钻井设计和先进的设备外，还需要有技术熟练素质较高的作业人员。
参考文献
[1] 张军，等.欠平衡钻井技术研究现状[J].南方油气，2005，18（4）.
[2] 莫跃龙，等.欠平衡水平井技术探讨[J].西部探矿工程，2008（6）.
[关键词]欠平衡 水平井 技术优势 操作应用
中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0256-01
1 欠平衡水平井技术应用现状
欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代，在20世纪80年代，欠平衡钻井技术迅速发展，尤其是近十几年来，该技术在北美地区（如美国、加拿大、墨西哥湾）得到了较为广泛的应用。近几年来，国内各大油田也出现了蓬勃发展的趋势，欠平衡钻井已经成为一种降低开发成本、保护油气层必不可少的技术了。在国内，虽然起步晚，技术水平和装备与国外相比尚有很大差距，但水平井技术已经被作为增大泄油面積、提高采收率的常规技术，而得到大力发展和推广应用。在水平井钻井技术应用发展方面起巨大作用的一项关键技术是欠平衡钻井和完井技术，水平井欠平衡钻井是指在定向（水平）钻进过程中钻井液循环液柱压力低于地层孔隙压力，使地层的流体有控制地进入井筒并将其循环到地面的钻井技术，也称有控状态下的“边喷边钻”工艺技术。
2 欠平衡水平井钻井技术优势
（1）提高机械钻速，降低钻井成本。水平井采用欠平衡钻井可大幅提高机械钻速，缩短建井周期。在渗透性岩层钻进时，当井底液柱压力从平衡变为欠平衡状态时，机械钻速最大可以提高3倍以上。采用欠平衡钻井技术，其机械钻速至少是采用常规过平衡钻井的2倍。
（2）有利于保护和发现油气层、提高单井产量。欠平衡技术钻水平井的主要优势是减小或降低地层损害，获得更大的单井产能。采用欠平衡钻井，由于井筒内钻井液液柱压力低于地层压力，钻井液滤液和有害固相的侵入就会减轻或消除，从而有效地保护油气层，减少或免去油气层改造等作业措施以及在提高后期采收率方面效果显著。
（3）避免钻井液漏失和压差卡钻事故。在常规过平衡钻井时，井漏问题会经常发生，尤其在易漏层段更为严重。井漏的发生将大大增加钻井成本；同时还可能因为井漏而造成井眼垮塌卡钻等一系列井下复杂事故。而欠平衡钻井由于井筒内钻井液液柱压力小于地层孔隙压力，从而大大降低井漏发生的几率，防止钻井过程中的井漏问题发生。压差卡钻也是井筒压力衰竭的一个严重问题。在“欠平衡”或“轻微过平衡”的情况下，应用欠平衡技术和设备也可减少压差卡钻。
（4） 实时发现地质异常情况，及时评价油气层用欠平衡技术钻水平井时允许地层流体流到地表，利用实时采集和分析数据有助于工程和地质人员及时发现地质异常情况，避免复杂情况的发生；同时根据在井口监测返出流体提供的产层信息，实时评价油藏，从而为勘探开发整体方案设计提供较为准确的依据。
（5）使循环损耗减至最小许多水平井通常是在可能发生循环损耗的压力衰竭油藏中进行的。用欠平衡技术钻水平井时允许地层流体流到地表。这样可获得被看成流体存在类型和油藏采收率的有价值的数据。同时，允许油藏流体流出有助于清洁岩屑。
3 欠平衡水平井钻井工艺应用
（1）井眼清洁。有效地净化井眼要求将流体粘度和足够的岩屑传输速度结合起来考虑，井眼清洁在水平井钻井作业中是一个重点问题。（2）合理压差的确定。实施欠平衡钻井不但要有良好的井控装备，而且欠平衡压差大小的确定也十分关键，它直接影响欠平衡钻井的成败。采取适当的欠平衡技术主要依赖于孔隙压力和潜在的井眼稳定性等数据，另外，还要仔细考虑其它因素。水平井欠平衡钻井合理压差确定的3个依据：①要根据不同类型油气藏的特点确定欠平衡压差的大小，若气油比高，则压差尽可能小，若气油比低，则压差可适当放大；②要根据地层压力系数和产液量的大小来确定，若产液量大，则压差应尽可能小；若产液量小，则压差可适当放大；③要考虑环空钻井液油气侵情况。合理的欠平衡压差应当保持钻进过程中井内液柱压力和井口控制压力之和略低于地层压力。水平井欠平衡钻井合理压差确定的3个原则：①保持水平裸眼井段井壁稳定；②利于保护储层；③防止井喷。（3）流体钻井操作。欠平衡钻井作业包括的流体范围从100%的气体到100%的液体，并且所有流体（雾、泡沫、充气流体等）都在其中。欠平衡钻井最普通的技术仅仅是由完成操作的流体类型限定的。（4）气化流体操作。气化流体的优势是具有包括所有流体密度应用范围的能力。衡量气化流体系统相对比较容易，为让外部地层损害减至最小，气化流体或任一液体实际上都可被利用。（5）泡沫操作。泡沫流体的主要优势是它们的巨大掘采能力。泡沫还可调节节流压力，因此泡沫在环空中可适应不同的压力变化。（4）纯气体操作。空气或气体钻井一般采用纯气体作为钻井液，这种气体可能是空气、氮、天然气或任一混合气体。这种密度极低的流体有多种优点。它们允许一种非常经济的低压操作，由于通过气体流体产生的液力较低，这种空气钻井液是欠平衡操作系统中最经济、价廉的系统，且采用的这种空气钻井液钻井，其机械钻速将可能达到最高。在应用气体和气雾流体时也有许多不利之处，当采用空气钻井，有侵入水产生时，空气系统潜在的侵蚀程度比其它系统高；向井底输入氧气会增加潜在的井底火灾或引起环空中的碳氢化合物爆炸；气体系统对井筒的维持最少，且在钻井时对井眼清洁最无效。
4 欠平衡水平井钻井技术困难
在新技术方面存在两大主要障碍。第一大障碍即是地层的有效浸染和整个石油组织的技能；第二大障碍是每当试验新技术时都可能有错误遗漏发生。（1）欠平衡钻井配套设备相对落后。随着欠平衡钻井技术的发展，开发出了一些较先进的欠平衡钻井地面设备如旋转防喷器、闭式四相分离处理系统等。这为安全、有效的欠平衡钻井提供了必要条件。（2）测量仪器和井下动力钻具。在欠平衡条件下进行水平井施工的过程中，由于井筒内存在多种流体，而常规的水平井测量仪器MWD，主要靠泥浆传递脉冲压力信号，在井筒内多相流存在的状况下，信号衰减，甚至无法产生和传递信号，造成MWD失去作用。（3）由于欠平衡水平井钻井的特殊性，要使欠平衡水平井钻井获得成功，除了正确的钻井设计和先进的设备外，还需要有技术熟练素质较高的作业人员。
参考文献
[1] 张军，等.欠平衡钻井技术研究现状[J].南方油气，2005，18（4）.
[2] 莫跃龙，等.欠平衡水平井技术探讨[J].西部探矿工程，2008（6）.