欠平衡鉆井技術

欠平衡鉆井技術第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一1、欠平衡壓力鉆井的概念2、欠平衡壓力鉆井的優(yōu)越性3、欠平衡壓力鉆井適用的地層4、欠平衡壓力鉆井技術、負壓差設計與控制5、欠平衡條件的產生6、欠平衡壓力鉆井裝備7、欠平衡鉆井作業(yè)8、欠平衡壓力鉆井完井技術9、勝利油田欠平衡鉆井試驗情況提綱第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一欠平衡壓力鉆井是指在鉆井過程中鉆井液的循環(huán)壓力（包括液柱壓力和循環(huán)回壓），低于地層的孔隙壓力，允許產層流體流入井眼，并可將其循環(huán)到地面，地面可有效控制，這一技術稱為欠平衡壓力鉆井技術。一、欠平衡壓力鉆井的概念

1、鉆井液的循環(huán)壓力（包括液柱壓力和循環(huán)流動阻力）低于地層的孔隙壓力2、允許產層流體進入井眼3、在有效控制下將其循環(huán)到地面第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一井鉆規(guī)常為了防止井噴液柱壓力>地層壓力在井底形成一個正壓差鉆井液侵入地層對油層造成污染油氣層第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一液柱壓力<地層壓力井鉆力壓衡平欠油氣層泵入泥漿在井底形成負壓差，不僅可以有效地防止鉆井液侵入地層，而且允許產層流體（石油和天然氣）流入井眼，在井口有效控制下循環(huán)到地面。極大地減輕鉆井過程中鉆井液對油氣層的污染，對于提高低滲透儲層、潛山灰?guī)r裂縫性油藏的產能以及探井的勘探成功率具有十分重要的意義。第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性1、防止地層傷害、提高油井產能

欠平衡鉆井可防止常規(guī)鉆井造成的地層損害，常規(guī)鉆井造成地層損害的原因主要有以下幾個方面：（1）鉆井液濾失速度高，造成地層細顆粒和粘土顆粒的運移；（2）鉆井液中加入的固相或鉆井中產生的固相侵入地層；（3）存在可能發(fā)生鉆井液嚴重侵入的高滲層；（4）地層對侵入的水相、油相敏感，導致鉆井液濾液留在地層中，影響了近井眼地區(qū)的滲透率，產生永久性產能下降；（5）侵入液與產層或地層液發(fā)生不利反應（如粘土膨脹、化學吸附、潤濕性改變、乳化沉淀、結垢等）。第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一2、良好的產層顯示：欠平衡作業(yè)中由于鉆井液循環(huán)壓力低于地層壓力，鉆井過程中地層流體會進入井眼。在井口可以檢測產出液，可以提供良好的產層顯示；二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性3、減輕工程復雜、提高機械鉆速（1）提高了防噴能力，防止井噴失控;（2）降低了液柱壓力，減輕井漏和壓差卡鉆；（3）消除壓持效應，有利于提高機械鉆速。第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一三、適合欠平衡鉆井的地層壓力衰竭儲層低機械鉆速的硬地層井漏地層老井重入和修井敏感性損害地層高滲高孔地層裂縫和溶洞好選擇第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一三、適合欠平衡鉆井的地層差選擇高滲高壓未知儲層或地層高產疏松地層薄弱塑性地層，鹽，膨脹頁巖有硫化氫壓力系數不同的多套儲層

第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一

四、欠平衡鉆井技術、負壓差設計與控制

目前采用欠平衡壓力鉆井技術：2）低壓欠平衡鉆井：干空氣鉆井、氮氣鉆井、天然氣鉆井、霧鉆井泡沫鉆井、充氣鉆井1）控流鉆井技術：使用常規(guī)鉆井液（水基鉆井液）進行欠平衡鉆井：Flowdrilling第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一在地層壓力系數小于1.05的地層采用

充氣(氮氣）欠平衡鉆井技術欠平衡鉆井兩種主要的技術在地層壓力系數大于1.05

的地層采用常規(guī)鉆井液施工的控流欠平衡鉆井技術Flowdrilling第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一負壓差的確定涉及多個因素，主要包括地面設備的分離能力、井口裝置的承壓能力、井壁穩(wěn)定、氣液兩相流的不穩(wěn)定性、速敏、應力敏感性以及地層壓力的不確定性等；其中，氣液兩相流的不穩(wěn)定性因素要求負壓差不能太小，以防止由于壓力波動造成周期性的瞬時正壓差，而其他因素則要求負壓差小一些為好。負壓差設計第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一Flowdrilling欠平衡鉆井技術在停鉆接單根時，因失去了環(huán)空摩阻，負壓差會增加，因此只要在循環(huán)鉆進時達到欠平衡就能滿足欠平衡鉆井的要求，負壓差選擇低一些為好

對于高油氣比或氣井，動負壓差（指沒有油氣侵）可選為0，因為產出的氣會使環(huán)空靜液柱壓力急劇減小，控制產氣量可實現對井口壓力的控制

一般推薦動負壓為0.7MPa。

負壓差的確定與欠平衡鉆井方式有關充氣(氮氣）欠平衡鉆井

由于環(huán)空多相流系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，充氣(氮氣）欠平衡鉆井負壓差要求大一些為好，一般大于2.1MPa為佳。第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一井底負壓差地層孔隙壓力鉆井液循環(huán)壓力=-=鉆井液循環(huán)壓力鉆井液靜液柱壓力循環(huán)阻力+第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一

鉆井液循環(huán)壓力的計算

這是一個復雜的課題，涉及到多相流的理論，國內外多采用多相流數值模擬的方法進行求解。

美國莫爾工程公司Mutelite水力設計軟件，可進行欠平衡壓力鉆井環(huán)空多相流設計、計算。我們正在研究動態(tài)的欠平衡鉆井多相流水力設計軟件，在該軟件中，考慮了油氣產量對環(huán)空循環(huán)壓力的影響。第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一Flowdrilling欠平衡鉆井：

通過調節(jié)鉆井液密度和節(jié)流回壓控制井底壓力；充氣(氮氣）欠平衡鉆井：

依據多相流數值模擬或多相流水力計算結果,通過調節(jié)液體和氣體流量控制井底壓力。欠平衡鉆井負壓差和井口壓力控制方法：第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一五、欠平衡條件的產生1）正常壓力儲層

V孔=1.05-1.202）高壓儲層

V孔>1.20

通過降低鉆井液密度，使循環(huán)系統(tǒng)的壓力低于正鉆地層的孔隙壓力，井底處于欠平衡狀態(tài)。Flowdrilling欠平衡鉆井第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一

3）低壓儲層V孔<1.05國外普遍采用低壓欠平衡鉆井技術來開發(fā)低壓油藏低壓欠平衡鉆井充氣鉆井是低壓欠平衡鉆井主要的工作方式第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一立管混氣裝置空壓機膜氮系統(tǒng)增壓機流量計控制閥泥漿泵舌型閥節(jié)流管匯液氣分離器脫油裝置火炬N2井底泥漿N2空氣井口四通振動篩排氣管線循環(huán)罐三通第三部分混氣裝置及兩相流循環(huán)系統(tǒng)第一部分現場制氮充氣系統(tǒng)第四部分井口裝置及兩相流循環(huán)系統(tǒng)第二部分鉆井液地面循環(huán)系統(tǒng)

氣體注入方式：氣相和液相在立管內混合,MWD的使用受到限制立管注氣法第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一1、抗油氣污染能力強，氣侵后不稠化，可用機械方法除氣，具有良好的流動性

對充氮氣鉆井液基漿的要求：2、適當的粘度和切力，具有懸浮和攜帶巖屑的能力3、低失水，防塌能力強，具有抑制泥巖夾層水化膨脹或坍塌掉塊的能力4、滿足油氣層保護的要求第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一六、欠平衡鉆井裝備

1、防噴器組典型的欠平衡鉆井防噴器組是由單閘板＋雙閘板＋環(huán)形防噴器組成的2、旋轉控制頭或旋轉防噴器第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一六、欠平衡鉆井裝備3、地面分離處理設備

在欠平衡鉆井作業(yè)中需要配備專用的地面分離處理設備，主要有液氣分離器、真空除氣器、撇油罐、儲油罐、排氣管線、防回火裝置和火炬。第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一七、欠平衡鉆井作業(yè)

1、欠平衡作業(yè)前要考慮的問題：

每一層的地層壓力地層產出的流體類型、產量及是否有酸性氣體防噴器是否按標準進行了試壓旋轉控制頭壓力級別地面處理設備的處理能力井隊人員是否進行了培訓第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一七、欠平衡鉆井作業(yè)2、接單根（控流鉆井）（1）停泥漿泵；（2）關閉環(huán)空,防止兩相流分離；（3）泄立壓，直到與大氣壓相等；（4）接單根，打磨鉗痕；（5）打開環(huán)空，開泵恢復鉆進。第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一七、欠平衡鉆井作業(yè)

（1）先停泥漿泵，繼續(xù)注氣，直到氮氣將充氣泥漿替出最上面一個回壓凡爾；（2）關閉環(huán)空,防止兩相流分離；（3）泄立壓(圈閉壓力)，直到與大氣壓相等；（4）正常接單根，打磨鉗痕；（5）打開環(huán)空，泵入氮氣，再泵入泥漿，恢復循環(huán)。接單根（充氣鉆井）第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一七、欠平衡鉆井作業(yè)3、起下鉆方法打泥漿帽部分壓井打重塞子在井底平衡地層壓力起鉆時允許井溢流用井下壓力閥將地層壓力隔離強行起下鉆第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一七、欠平衡鉆井作業(yè)推薦使用打泥漿帽部分壓井方法：洗井將清潔或與地層配伍的完井液注入到油層部位用旋轉控制頭將鉆具起至技套打重泥漿帽平衡地層壓力正常起下鉆第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一重泥漿帽法起下鉆方式的操作要領：

l

將清潔的與地層配伍的保護液泵入油層部位，使之充滿裸眼井段；l

用旋轉控制頭將鉆具起至技套內；l

泵入重泥漿，在上部井段形成重泥漿帽起出軸承總成，正常起下鉆；l

下鉆至重泥漿帽底部，接方鉆桿，開泵循環(huán)，用欠平衡輕泥漿替出重泥漿；l

繼續(xù)下鉆。保護液技套保護液技套泥漿帽七、欠平衡鉆井作業(yè)第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一

欠平衡鉆井是一項全新的鉆井技術，受多年來常規(guī)鉆井的影響，人們往往會把欠平衡鉆井的工藝方法與常規(guī)鉆井的一些做法混淆，如把欠平衡鉆井中的重泥漿帽法與常規(guī)鉆井中的壓井相混淆就是明顯的一例，欠平衡鉆井中的重泥漿帽法是與常規(guī)壓井有本質區(qū)別的。七、欠平衡鉆井作業(yè)第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一1)、常規(guī)鉆井中的壓井是將重泥漿泵入井底，而欠平衡鉆井中的重泥漿帽法是先在井底泵入與儲層配伍的保護液并充滿裸眼井段，然后用旋轉防噴器起鉆至技術套管內，再泵入重泥漿，在上部井段形成一個重泥漿帽（或重泥漿塞），井底并無重泥漿；常規(guī)壓井欠平衡泥漿帽重漿重漿保護液七、欠平衡鉆井作業(yè)第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一2)、在常規(guī)鉆井中的壓井是將重泥漿泵入井底后，循環(huán)（或節(jié)流循環(huán)）均勻，而欠平衡鉆井中的重泥漿帽法是在上部井段泵入重泥漿，形成一個重泥漿帽后不再循環(huán)，井眼內的泥漿是不均勻的（上重下輕）；七、欠平衡鉆井作業(yè)第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一八、欠平衡壓力鉆井完井技術原則：維護欠平衡保護油氣層的效果滿足采油工程的要求第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一無固相完井液與儲層配伍物性、敏感性分析第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一篩管完井-致密砂巖儲層、火成巖儲層裸眼完井-灰?guī)r裂縫性儲層完井方式選擇管外封隔器完井-分采、封隔水層一般不主張注水泥固井，確實需要，也要盡量減輕水泥漿液柱的壓力--管外封隔器輔助固井--泡沫水泥漿填充第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一鋼質引鞋欠平衡水平井篩管頂部注水泥分級箍管外封隔器盲管篩管串完井工藝管柱第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一油層油層（1）管串結構（2）脹封隔器，打開分級箍（3）上部注水泥管外封隔器完井第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一封隔器高壓油層管外封隔器輔助固井第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一充填性水泥封固段（低密度水泥漿）目的層封固段（高密度水泥漿）低密度水泥漿充填減少液柱壓力第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一九、勝利油田欠平衡鉆井試驗情況第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一開展了20口井的欠平衡鉆井現場試驗與應用涉及六種油藏類型，在解決井漏、提高產能、改進地質評價方面，取得了明顯效果。第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一火成巖儲層使用硬膠泡沫鉆井液，地層壓力系數0.96,靜欠壓1.19MPa;完井投產日產油18t，是同地區(qū)同期完成常規(guī)井產量的兩倍。該地區(qū)地層壓力系數1.055，常規(guī)鉆井嚴重井漏，充氮氣欠平衡鉆進，基漿密度1.03，充氣量200Nm3/h，動欠壓3.1MPa；投產后初產71t/d，已累產6500t，為鄰井產量的3～5倍。羅151-11井商741-平1井第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一埕北244井本井鉆至奧陶系灰?guī)r先發(fā)生井漏，又發(fā)生井涌，應用欠平衡鉆井技術，解決了既漏又涌的難題，順利地完成了高漏失地層的鉆探任務，取準取全了地質資料，并取得φ10mm油嘴235.2t/d油、6940m3/d氣的高產?；?guī)r裂縫性油藏第四十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期一低滲透油藏沙四段地層壓力系數1.14－1.16，采用密度為1.06至1.07的鉆井液，鉆進中火炬自動點火持續(xù)燃燒，火焰高2~米，實現了邊噴邊鉆，收到了解放油氣層、提高鉆速的明顯效果，為應用欠平衡鉆井技術開發(fā)低滲透砂巖油藏進行了成功的嘗試。投產后日產16噸，為鄰井的34倍。純97-5井純70-平1井該井水平段沙四段地層壓力系數1.51，采用聚合醇鉆井液欠平衡鉆進，控制泥漿密度1.42g/cm3，靜欠壓2.33MPa，動欠壓1.19MPa，鉆進中火炬點火，投產后日油23噸，為鄰井的3倍。第四十四頁