欠平衡钻井技术及应用

欠平衡钻井技术及应用（共6篇）（共6篇）

1.欠平衡钻井技术及应用 篇一

欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究

文献综述

专业：机械设计制造及其自动化 班级：机自08-7班 姓名：朱韩鹏 学号：08041723 指导老师：贾星兰

2012年3月10日

欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究文献综述

前言

近几年随着大庆、胜利等大型油田产量的递减,中国的原油供应能力难以持续增长,今后发现巨型、大型整装油田的可能性已经很小,近十年来的实践经历证明,利用现有的勘探技术手段,不能够有效发现、开发、利用中国 的远景油气资源。要达到此目的,必须要有技术进步,产生相应的新技术。这为欠平衡钻井的发展提供了条件。欠平衡钻井是在钻井液液柱压力小于地层压力的情况下 ,有控制地让地层液体进入井眼的一种钻井技术。欠平衡钻井技术自20世纪90年代以来,在石油领域掀起了一场热潮,受到了国内外石油工程专家的普遍重视。通过对相关文献的检索和查询，使我充分了解了欠平衡钻井的来源、研究现状和未来发展趋势。他们总结了目前国际上欠平衡钻井的分类方法，并在综合考虑地层孔隙压力、流体类型及欠平衡应用的情况下，提出了一种新的欠平衡钻井分类方法，然后就欠平衡钻井油藏筛选方法进行了系统论述。

关键词：欠平衡、发展、应用

正文

一：欠平衡钻井技术的历史：

20世纪90年代，欠平衡钻井技术开始在国外迅速发展，目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口，到2010年将超过2万口。在许多发达国家，欠平衡钻井已经成为常规钻井技术，例如，美国、加拿大两国的欠平衡钻井已经占到本国钻井总量的1/5左右。欠平衡钻井技术有很多优点，例如，它能有效解决传统钻井污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害。它从根本上解决了井漏难题，还能有效发现各种隐蔽性的油气层，从而开采那些用传统方法、设备、工厂发现不了的油气田。欠平衡钻井技术还能大大提高油气开采效率，例如，第一，产量方面，根据某些国外企业的统计数据，与常规方法钻水平井相比，欠平衡钻井技术能够使水平井产量提高约10倍；第二，速度方面，欠平衡钻井的速度比常规钻井提高了10多倍，有的甚至超出约20倍。

在国外，欠平衡钻井技术已经在多种技术路线上形成系统、完备、稳定、有效的装备和工厂技术体系，如气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井、淡水或卤水钻井液钻井、常规钻井液钻井和泥浆帽钻井等。从专利文献看，国外欠平衡钻井技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。不过，随着欠平衡钻井技术的不断更新，其专利部署空间在持续拓展。在油气钻探和开采这个特殊行业，靠所谓基础专利垄断国际技术标准的局面没有出现，今后也很难出现。

目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%～5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工厂和装备。

二：欠平衡钻井技术的分类及应用

分类：2005年，国际钻井承包商协会(IADC)发布了有关欠平衡作业和控制压力钻井的分类方法：按照风险级别分为O～5级_l ]；根据钻井流体类型，分为气体、雾化、泡沫、充气和低密度钻井液钻井。按照应用分为控制压力钻井(MPD)、欠平衡作业(UBD)、钻井液帽钻井(MCD)L3 ]。Weatherford公司欠平衡部门现提供三类欠平衡服务，即：PD(提速增效钻井)，用于提速、纺漏和防止页岩水化等；储层的UBD，实现保护储层，获得高产的目的；MPD用于精确控制井底压力，在窄安全密度窗口实现安全钻井。笔者综合考虑地层孔隙压力、流体类型及欠平衡应用情况，广义上将欠平衡钻井分为6类，即液相UBD、液相MPD、气相UBD、气相超UBD、气相OBD过平衡钻井)和气相提速。应用：1.国外主要钻井技术发展应用情况

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。到2006年，欠平衡钻井技术的进展主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。国外已经能成熟运用新一代欠平衡钻井技术，即在钻进、接单根、换钻头、起下钻等全部作业过程中始终保持井下循环系统中流体的静水压力小于目标油气层压力，同时欠平衡钻井技术也越来越多地与水平井多分支井及小井眼钻井技术相结合，有效开发了一些新老油田，其应用范围日益广泛，美国已将其列为21世纪急需的钻井技术。

国外已经实现了全过程的欠平衡钻井、完井。欠平衡钻井技术发展有如下几个关键方向：钻井模型分析；更有效的钻井液；更有效的井底导向系统与马达；有利于新的钻井液的井控与地面分离系统；集成化趋势。未来欠平衡钻井技术将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于保护油层和提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。2.中国主要钻井技术发展应用情况

中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。新疆、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。“九五”期间大港油田针对前第三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液体系实施了欠平衡钻井工艺技术，完

井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。截止到2006年，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有了很好的基础。在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在中国国内产生了良好的影响。

随着中国欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在中国的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后中国各油田发展的目标。

由于使用欠平衡钻井技术对于发现及保护油气层等方面具有许多优点，其应用越来越广泛。随着旋转控制头、空气钻井马达等设备的研制成功，相继又研究出各种往井筒中注氮的方法，使欠平衡钻井工艺达到了大规模投人工业使用的程度，并呈现稳步增长的势头。其原因主要是人们对减轻地层伤害越来越关注，而且欠平衡钻井有可能提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏问题。在国外，该项技术已经成为一种成熟的钻井工艺。一些油公司曾报道，与常规方法钻水平井相比，运用欠平衡钻井技术使水平井产量提高了10倍。

目前，世界上已有包括中国在内的20多个国家应用欠平衡技术钻井，其中技术先进的国家有美国、加拿大、英国、阿根廷、墨西哥等。这些欠平衡技术先进的国家，技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面，常采用的技术有边喷边钻、泥浆帽钻井、充气钻井、连续油管钻井等。在钻井中可将地层水、海水、淀粉水、柴油、原油用做欠平衡钻井的循环工作介质，将散装或膜滤氮气、工业废气、空气、氮气和空气的混合气、天然气和空心玻璃球作为减轻剂或发泡剂。在美国，欠平衡钻井技术被称为上游石油工业急需的钻探技术，已发展成为钻井技术的热点，并越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。

我国是钻井技术应用大国，国内欠平衡钻井数量在快速增加，据专家预测，我国的欠平衡钻井可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%500。其欠平衡钻井的技术进展也很快，目前各油田已经能够成功应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术。到目前为止，欠平衡钻井与水平井、套管钻井相结合的欠平衡钻井技术也得到了广泛

应用。在我国四川、新疆及鄂尔多斯等地的不压井起下钻技术、利用套管阀进行全过程欠平衡钻井等技术得到较好的应用，控制压力钻井技术也得到发展。我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且还设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备。

通过应用欠平衡钻井技术，在油气勘探中取得了巨大成果。例如，在“九五”期间，大港油田针对前古近系深层勘探，在板深

7、板深8井、板深4井、板深701井、板深702等井采用低密度无固相钻井液体系实施欠平衡钻井工艺技术，成功发现了千米桥潜山亿吨级凝析，使大港油田南部古潜山勘探取得了历史性的突破。

四川油气田在钻探邓西3井时，采用全过程欠平衡钻井新技术喜获成功，测试日产气量达45.6 X104 m3，从而发现了邓西气田，并证明了“川西前陆盆地大型含气区”有较好的勘探开发前景。闻名中国石油的“磨溪速度”，欠平衡钻井新技术发挥了重要作用，磨溪气田的产能迅速翻番。四川油气田用145天钻成6 530 m的超深井、27天完成2000多米水平井段的钻进，欠平衡钻井技术功不可没。

应用欠平衡钻井技术，在松辽盆地深层火山岩领域，也取得了天然气的重大突破。2006年中国石化在长岭断陷的腰英台深层部署钻探了腰深1井，在3 544--3 750 m的营城组火山岩段测试，获日产30 x 104 m3的高产天然气流，一次提交探明储量大于400 X 108 m3 ,整个火山岩圈闭形成了一个千亿方级的大型整装天然气田。

但是，欠平衡钻井技术应用具有一定的局限性。适合欠平衡钻井地层必须具备如下条件:①地层地质资料清楚;②井壁稳定性好，不易发生坍塌;③储层HZS含量低于20 mg/cm3;④对钻井完井作业伤害敏感，而且不能有效消除这种伤害的低压、低孔、低渗储层，特别是碎屑岩储层。

在高压油气层、破碎或松软地层不适合使用气体钻井、充气及泡沫钻井技术，在出水严重地层、含HZS地层不适合空气钻井。三：欠平衡钻井技术中的问题

对于欠压实的地层；钻井“产出”的储层流体有油、气、水等，甚至含CO2或H2S；高压高渗地层，特别是高压气井；膨胀地层盐岩蠕动、泥岩膨胀缩径易

导致卡钻；油气产出过量，造成速敏；由于设备、工艺的局限性使设计实施困难等的井都要考虑是否实施或使用欠平衡钻井。

适应欠平衡钻井的地层有四大类：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。四：欠平衡钻井技术的发展前景

目前全国难动用储量已达到石油50亿吨，天然气20万亿立方米，煤层气35万亿立方米；在中石油内部，欠平衡井在钻井总量中所占比例还很低——欠平衡/气体钻井技术有着十分广阔的市场需求和发展空间。

欠平衡钻井技术的发展趋势是:(1)随着工具的进一步改进，全过程欠平衡钻井技术将得到广泛应用;(2)井底压力自动控制技术(控制压力钻井)将得到快速发展;(3)欠平衡钻井水力分析模型会更加完善，计算结果将更切合实际;(4)随钻井底压力、地层压力测量技术将迅速发展;(5)与套管钻井相结合的欠平衡钻井技术将日臻完善;(6)空气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等技术将广泛推广和应用。

未来的欠平衡钻井技术将进一步朝着安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于发现低孔低渗储层油气、保护油气层、提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。

总结：

总的来说，我国欠平衡钻井技术发展起来的时间并不长，技术也并不成熟，存在一些问题有待解决，但欠平衡钻井技术在现代钻井技术中占据了重要的地位，随着时代的发展越来越能体现出它的作用来。

参考文献：1.韩玉安等.欠平衡钻井的发展状况及专用设备的发展方向.西部探矿工程

2.李静, 赵小祥.欠平衡钻井技术及其应用与发展.石油钻探技术 3.任中启.欠平衡钻井技术应用.石油钻采工艺.4.周英操，翟洪军．欠平衡钻井技术与应用[M]．北京：石油工业出版社，2003．

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2.欠平衡钻井技术及应用 篇二

碳酸盐岩区块位于阿曼北部, 区块之间的距离不超过35 km。阿曼石油开发公司分南北2个主要生产部分, 并再次细分为地质相关的区块。在北部区块Shuaiba段的碳酸盐岩中有三个主要的油层:上Shuaiba层、下Shuaiba层和Kharib层。通过对这些区块中实施的欠平衡钻井技术的可行性研究, 证明这些区块可从欠平衡钻井技术中受益, 2003年12月开始了以下Shuaiba层为目标层位的欠平衡钻井技术的应用。

2 区块背景

阿曼北部区块的目标层位大部分是Shuaiba油层, 这是一个横穿阿曼北部的丰富的碳酸盐岩储层, Kharaib也是这些区块的碳氢化合物产层, 但是由于部分储层位于自由水之下, 因此不考虑应用欠平衡钻井技术。Kharaib油层的主要区域已经钻了直井, 而利用欠平衡水平井开发会破坏目前的井网, 欠平衡垂直井没有明显的经济效益。

这些区块最早于1964年开始常规钻井, 1976年投入生产, 而最后投入生产的区块是在2003年。连续的勘探计划使新的区块不断投入开发。

根据区域注水情况的不同, 产层的油藏压力也不同。然而, 有几个区块注水无效, 因此大部分油井是利用气举或电潜泵方式生产的。

这些区块自生产后产量持续自然递减, 直到1990年初采取了水驱的有效措施后产量才显著增加, 并且通过增加钻井数量和更好的储层管理来维持产量。然而2000年初产量开始下降。2004年采取了加密钻井措施, 直井间距从250 m降低至125 m, 产量最终趋于稳定。

3 应用欠平衡钻井技术的原因

在阿曼石油开发公司的碳酸盐岩区块应用欠平衡钻井技术有以下几个原因。

从一个石油开发公司的角度, 应用欠平衡钻井技术的原因有:

◇ 通过降低表皮效应保持油层原有流通性, 进而提高产量;优化完井方案和敏感特殊区域的早期堵水;

◇ 通过高钻速的快速钻井能降低成本, 减少对射孔的需求, 降低储层对增产措施的需求, 全面降低油井整个生产时期的生产成本;

◇ 应用电阻率分析的方法更好地测量饱和度和波及范围;了解注水动态中的含水饱和度与含水率的关系, 识别基岩流入和裂缝流入动态的不同。

从区块本身出发, 应用欠平衡钻井的原因有:

◇ 通过降低表皮效应提高产量;

◇ 消除或避免酸洗作业从而降低成本;

◇ 监测得到的实时油层特征有助于地质导向、识别裂缝及其分布并快速做出决策。

4 欠平衡钻井技术的应用历程

1990年以来, 阿曼石油开发公司进行了几次试验。2002年4月, 阿曼石油开发公司在不同区块开始了欠平衡钻井试验计划。至2006年3月, 阿曼石油开发公司南部油田钻了80多口井 (包括几口多分支井) 后, 成功完成了预定目标并结束了他们的欠平衡钻井施工。

阿曼石油开发公司北部油田应用欠平衡钻井技术完成了70多口井, 其中在碳酸盐岩区块中所钻的16口井开始于2003年12月, 其他的北部油田区块陆续于2004年和2006年开始跟进应用欠平衡钻井技术。欠平衡钻井技术的应用在北部的几个油田区块仍在进行, 显示了欠平衡钻井技术的适应性和成熟性。

在这些区块中, 区块3被选为2003年12月第一个应用欠平衡钻井技术的候选区块。因为它是一个成熟的区块, 油层压力低并且为规则间距生产井。然而, 由于在钻井时储层压力太低, 在一些井中无法建立欠平衡钻井条件, 达到欠平衡钻井所需的诱喷压差始终无法获得。在不同的油井进行了几次欠平衡钻井尝试, 但未能成功。其中两口井能够达到欠平衡状态, 但是未能维持该状态。

由于区块3不是一个理想的实施欠平衡钻井的区块, 因此决定在不同的区块测试欠平衡状态。2005年7月, 在区块6应用了欠平衡钻井。该区块是一个有6口加宽间距的油井新区块。第7口井就是用欠平衡钻井技术钻进的。该区块储层的渗透率非常低, 导致在直井中其井底没有流体流入到井眼内 。该井作为常规井钻进, 发现地层压力相对较高, 于是应用欠平衡钻了水平井眼。同样低渗透率和低含油饱和度导致了相对较低的流量, 计算出的实时生产指数为0.01 m3/ (d5kPa) , 与常规钻井相比, 该生产指数没有太大的差别。2005年9月, 用欠平衡技术在区块4钻了2口井。由于区块4已经高度开发, 油藏性质好, 并且有效的注水保持了较高的油层压力, 因此被选作欠平衡钻井区块。

区块8在进行了欠平衡钻井可行性研究之后成为第二阶段试验的目标区块。在此区块计划有4口井实施欠平衡钻井。这4口井于2006年3月开始钻进, 部分获得成功。根据欠平衡钻井时所取得的成效看, 2007年5月区块8有更多的井实施了欠平衡钻井, 其中1口井将作为实例研究。

通过这一试验过程, 在工具机械操作方面做了一些改进, 如用井下隔离阀控制压力。实时油层地质监测技术也有所进步。

5 取得的成果

5.1 钻井

当油藏压力足够高允许井眼中有足够的压降时, 在油田开发钻井或注水钻井中即可获得并维持欠平衡的钻井条件。在我们的例子中, 油藏压力非常低, 低于9 000 kPa, 难以得到并维持井眼中的欠平衡压力状态。

在这些区块中, 钻速不是主要问题。相对较软的碳酸盐岩层的厚度平均为1 000 m。在试验中井底钻井组合的不同 (光滑的、刚性的、旋转导向的) 对钻速影响不大, 因此没有必要增加投入来获得更先进的井底工具。

在这些井的钻井过程中没有发生损失钻井时间的事故。

5.2 地质

在这些区块中使用欠平衡钻井技术的主要原因之一是有助于钻进的地质导向。目的层厚度通常小于4 m, 其油气显示最好厚度才1 m。通过应用随钻实时油藏监测技术和地层评价方法, 可以保证钻进在油气显示最好的油层内进行。

5.3 油井生产

钻进过程中的试油和试油的灵活性使得完井时能选择更好的完井和采油方式。如选择适当的电潜泵尺寸、油管尺寸, 可以根据试油井口产出情况配套地面油罐。

5.4 作业

实施欠平衡钻井需要更多的设备和工艺, 因此通常比常规钻井花费更长的时间。在我们的例子中, 这种时间差别不是很明显。欠平衡钻井周期的减少可能是由于作业人员对设备、工艺的精通和相互之间配合的默契。

现场和管理办公室之间通过因特网传输欠平衡钻井实时数据, 保证了相互的协同作用。

6 欠平衡钻井实例研究

6.1 区块4的一个实例

图1示出井的总体情况。该区块主要用直井开发, 然而在油田边缘较高的地层水位意味着只有较少的储层可供开采。通过一个水平分支钻进2个含油单元, 这2个含油单元均显示了较好的含油孔隙度, 但是其饱和度和生产特性不同。

根据得到的随钻生产数据, 油井随后被侧钻钻进到一个更好的含油单元。含油饱和度值通常作为完井的基础。在本例中, 只有油气显示较好的部位被完井, 随着流入动态的进一步落实, 做出了侧钻的决定。

这表明了在欠平衡钻井过程中取得随钻油层特征的价值以及在好的油藏区域及好的压力条件下布井位给欠平衡钻井所带来的优势。

6.2 区块8的一个实例

在区块8油井3中, 应用欠平衡钻井来确认供油裂缝。

在常规钻井和欠平衡钻井中, 如预期有裂缝或断层存在或钻井有问题时需要进行随钻图像测井。如果裂缝早期发现, 就能及早封固, 从而防止油井出水。

在常规井中, 图像测井被用来分辨裂缝和断层, 隔离裂缝和断层可以使生产状况达到最优。在欠平衡钻井中不用图像测井就可以确定裂缝和裂缝中的流体情况。因此, 我们可以使油井的介入作业量最低, 使产油量最大化。

图表概述:5 根据钻井时井内流体数据预计油层压力是8 900 kPa。5 油井生产指数是0.045 m3/ (d5kPa) 。油层地质特征:5 H1井眼钻进低渗透性的下Shuaiba油层A单元, 没有钻遇目标层, 产量低。从H1中我们得出B单元油层压力等于或低于8 500 kPa, A单元有稍高的油层压力8 900 kPa。5 H2井眼侧钻进显示更好和更高渗透率的B1.1单元, 这一侧钻井段的产量超过预期目标。

7 采油速度

在欠平衡油井和常规油井之间, 采油速度没有太大的差别。欠平衡油井的初始产量有时比预计的要高一些, 但是递减速度也较快。因此欠平衡油井有助于加快采出速度而不是增加采出量。从生产速度来看, 欠平衡钻井油井经济可行。

8 采油指数

欠平衡油井的采油指数与常规井相比是不同的, 初期采油指数通常比常规油井高, 可能是由于欠平衡油井具有较低的表皮因子。一些欠平衡油井的采油指数比常规油井低可能是因为其位于低压区域, 这些井不久的将来均需要注水来维持压力。

9 成本效益

采用了2种方法以降低欠平衡钻井的成本:①在整个钻井过程中采用带有欠平衡配套设备的成套钻机钻进;②先用普通钻机向下钻至储层, 然后用带有欠平衡配套设备的整套钻机钻进, 也就是分批钻进方式 (图3) 。我们发现全部采用欠平衡配套设备钻进的油井比分批钻进的油井花费要低一些, 但还是比采用常规钻机花费要高。在阿曼石油开发公司所属的其他油田, 欠平衡钻井费用与常规钻井的费用相似, 这是因为欠平衡钻井的钻井周期较短。

井1C和2C采用常规钻机钻井 UBD井1和UBD井2完全用欠平衡钻机钻井 UBD井3和UBD井4采用两种钻机钻井

10 前景

我们发现在欠平衡钻井中分批钻进方式有很多优点, 因此将继续应用这种方式实施欠平衡钻井。分批钻进方式不仅降低钻井成本, 而且当钻进储层时能不断改进油井轨迹和压力预测, 达到更好的开发储层的目的。

实时密度图像测井通过帮助识别储层不同层位的密度差异达到地质导向钻进。密度图像测井也可以提供井眼所遇到的地质构造及其特征, 然而其分辨率不足以进行详细的构造和地层分辨工作。

当欠平衡钻井返出的岩屑呈糊状时, 从岩屑样品中只能得到很少的有意义的分析结论。因此, 测井数据的解释对于了解地质情况是极其重要的。

11结论

(1) 井位的选择对于欠平衡钻井的成功与否非常重要。在选井阶段所花费的时间保证了欠平衡钻井的预期结果。不适当的井位可能导致在欠平衡钻井时在有效操作中花费大量时间和成本, 而这些问题在常规钻井中不会发生。

(2) 式和采油方式的优选是非常有用的, 如电潜泵尺寸的选择等。

(3) 团队协作对成功非常有益。欠平衡作业的平稳运行需要设备完善的正规钻井队和专业的管理人员以及双方默契的配合。

(4) 欠平衡钻井似乎只能加速油井的生产而未必能增加油井总产量, 因此对油井的有效管理显得尤为重要。

3.论煤层气的欠平衡钻井技术 篇三

摘要：欠平衡钻井是指在钻井过程中钻井液循环体系的井底压力低于地层孔隙压力，使钻井流体循环体系井底压力低于所钻地层孔隙压力，以实现产层流体有控制地进入井筒并将其循环到地面的一种钻井工艺。本文在分析国内外欠平衡钻井的基础上，结合已有的研究成果，开展了欠平衡钻井技术的探讨。

关键词：煤层气；欠平衡钻井；发展建议

前言：目前，煤层气勘探开发的难度越来越大，开发设备的投入成本也越来越高。这种形势就对煤层气的勘探开发提出了两条要求：一是要降低成本；二是要实现技术进步，以满足越来越高的勘探难度要求。因此，提高钻井技术，节约钻井成本成了降低总成本的有效途径，这促进了欠平衡钻井技术的应用与推广。与常规钻井相比，欠平衡钻井具有更为显著的经济效益。

一、欠平衡钻井工艺的发展现状

近年来，欠平衡钻井技术在国内外都得到了迅猛的发展，这主要归功于欠平衡钻井井控设备和工艺技术的迅速发展。当然，欠平衡钻井井控设备的发展，为欠平衡钻井提供了强有力的硬件保障，通过多年的探索和研究，已经基本形成了低压井欠平衡钻井井控技术。

1、液体欠平衡钻井井控技术产生于上世纪30年代，经过半个多世纪的发展，目前已经是作为常规欠平衡钻井技术在全球大范围的推广应用了，其井控工艺技术也相对完善成熟。但是，液体欠平衡钻井技术主要针对岩性致密、低孔、低渗特征的储层，且地层压力较低，低压井欠平衡钻井井控技术相对成熟。而针对川西深层高压、裂缝发育情况不详的储层，采用液体欠平衡钻井相应的井控工艺技术目前还正在探索中。

2、早在本世纪50、60年代，为防止井漏和提高机械钻速，人们就提出并应用了该项技术，但出于安全方面的考虑，未能引起人们的重视，国外许多大公司大力研究和应用这项技术，无论在气体钻井工艺和技术还是装备方面都取得了飞速的发展，美国和加拿大应用该技术比较普遍，他们常采用注氮气、空气、天然气等轻质流体钻井，成功地解决了地层比较坚硬的问题，其配套设备也日趋完善，技术趋于成熟。在国内，由于某些区块的地质特点，造成在该地区钻井遇到了一系列复杂情况和事故，主要表现为极易井斜、复杂的井眼不稳定、长段井漏、多压力系统、井深、地层高研磨性以及岩石不均质特性等，加之钻井设备老化等因素，己严重影响了机械钻速。

二、欠平衡钻井的优越性

1、防止地层伤害、提高油井产能

欠平衡钻井可防止常规钻井造成的地层损害，常规钻井造成地层损害的原因主要有以下几个方面：

（1）钻井液滤失速度高，造成地层细颗粒和粘土颗粒的运移；

（2）钻井液中加入的固相或钻井中产生的固相侵入地层；

（3）存在可能发生钻井液严重侵入的高渗层；

（4）地层对侵入的水相、油相敏感，导致钻井液滤液留在地层中，影响了近井眼地区的渗透率，产生永久性产能下降；

（5）侵入液与产层或地层液发生不利反应（如粘土膨胀、化学吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等）。

2、减轻工程复杂、提高机械钻速

（1）提高了防喷能力，防止井喷失控；

（2）降低了液柱压力，减轻井漏和压差卡钻；

（3）消除压持效应，有利于提高机械钻速。

三、实施欠平衡钻井的条件

气态钻井液，在欠平衡钻井技术中，最简单最早的欠平衡钻井技术是采用干燥空气作为钻井液。后来选用天气然作为钻井液。当在产气区钻井或接近天然气管线的区域使用天然气钻井，成本是较低的。另一种选择的气体是用惰性氮气代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气。现场制氮这种方法，目前国外普遍采用。

两相钻井液，从单一的气相和单一的液体的所液两相的混合就可获得任一所期望得到的钻井液密度。气体和液体的混合物，有时也称为轻质钻井液（低密度钻井液），按气相和液相的结构及相对体积数，轻质钻井液又分为雾、泡沫和充气钻井液，在通常的压力和温度情况下，它们的结构及性能取决了气相和液相的相对体积分数。不同的钻井液具有不同的密度。

液态钻井液，当地层孔隙压力通常超过同一深度的淡水或盐水静液压力时，使用常规液钻井液，控制钻井液的密度就可利用地层压力自然形成欠平衡条件。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，国外目前比较先进的专用装备系统主要有：高压旋转分流器-防喷器系统、液流导向系统、地面分离系统、隔水管帽（Riser Cap）旋转防喷器系统、实用隔水管（Virtual Riser）装置、地面数据采集系统。

四、国内欠平衡钻井技术的发展建议

1、进一步研究欠平衡钻井工艺技术

中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。虽然国内对欠平衡钻井技术已进行了一些理论上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范围较窄，过去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡条件下的边喷边钻技术上，其它方式的欠平衡钻井技术，如使用空气、氮气、泡沫、充气钻井液进行欠平衡钻井，还很少涉及到，所以需扩大研究欠平衡钻井技术内容，如：进一步研究欠平衡钻井工艺技术、进行欠平衡钻井数值模拟研究、扩大欠平衡钻井的适用范围、重视欠平衡钻井技术的选择和正确的设计、增大欠平衡钻井井数，以提高欠平衡钻井的规模效益等方面的研究。

2、加强国内欠平衡钻井设备系列配套的研制

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（额定的动密封压力已达17.5MPa）、闭式四相分离处理系统等，这为安全、有效地欠平衡钻井提供了必要条件，有些设备国内有些油田已引进。而国内也早在1980年代就开始进行研制旋转防喷器和钻井液/气体分離器，但这些设备在某些设计结构上及技术指标上，与国外相比，还有一些差距，因此，还需在吸收国外设备先进技术的基础上，加强国内的研制工作，使其系列配套，满足欠平衡钻井的需要。

3、进行欠平衡连续油管钻井技术的研究

欠平衡连续油管钻井技术与常规钻井技术相比，具有钻井效率高，在整个作业过程中因不连接钻杆，可始终保持负压条件，能有效地减少地层损害，钻井安全可靠等优点，由于这些优点，适合其它欠平衡钻井方法不适合的高压和含H2S地层的钻井。国外已大力发展，而我们国内还未涉及，对此，国内应对该项技术进行一些理论上的探索和研究，大力发展利用欠平衡连续油管钻井技术进行老井加深、老井侧钻、小井眼钻井、浅气层及低压油气藏的钻井技术，以提高这些井的钻井效率、降低钻井成本、提高油气采收率。

结语：虽然，国内外对欠平衡钻井技术的应用已相当多，但这项技术还存在着不足，仍需改进。一套成熟的适应高压气井的欠平衡钻井井控技术和设备还有待开发。希望经过不断的探索，能够让欠平衡钻井工艺技术在我国尽早成熟起来，和其他行业一样，让我国的钻井行业也快速崛起。

参考文献：

[1]林洪德.煤层气井空气钻井条件下地质录井面临的新问题及解决方法[J].中国煤炭地质，2009，（S1）.

4.欠平衡钻井技术及应用 篇四

1 漏失原因分析

1.1 吉林油田长深区块地质概况

长深区块营城组上部发育中基性火山熔岩、火山碎屑岩, 中部发育细砂岩、砂砾岩和泥岩互层, 下部发育中酸性火山熔岩和火山碎屑岩, 其粘土矿物中含伊利石7.33%、绿泥石1.75%, 粘粒含量达14.92%, 粘粒中碎屑含量达4.5%。

1.2 施工中发生漏失的主要原因

(1) 长深区块营城组砂岩、砂砾岩、碎屑岩较发育, 易发生砂岩渗漏、裂缝性漏失等情况。

(2) 不同井段储层压力存在较大差异, 增加了发生井漏的风险。

(3) 下钻或接单根下放速度过快、可引发漏失。

(4) 钻井液及压井液中抑制封堵型处理剂加量不足。

2 防漏、堵漏措施

2.1 防漏措施

2.1.1 保持钻井液及起钻用压井液较低的液柱压力

欠平衡钻井施工时, 控制井底欠压值0.5-1.0Mpa, 钻进过程中及时清理沉砂罐, 固控设备达到四级净化要求, 最大限度清除钻井液中的有害固相;根据钻井施工中测得的气测值、捞取的砂样以及邻井压力情况, 科学确定起钻用压井液的密度, 以减少压持效应。

2.1.2 提高钻井液的携岩能力, 充分净化井眼

通过调整储层水平段配方, 引入高温提粘剂, 改善钻井液性能。

以上试验结果表明, 加入0.2%高温提粘剂后, 钻井液具有良好的抑制性、触变性, 较理想的塑性粘度、动切力和动塑比, 满足井眼净化要求。

2.1.3 使用适当浓度的随钻堵漏材料

配方a.钻井液+0.5%随钻堵漏剂

配方b.钻井液+1.0%随钻堵漏剂

配方c.起钻用压井液 (密度1.25g/cm3) +2%随钻堵漏剂

配方d.起钻用压井液 (密度1.25g/cm3) +3%随钻堵漏剂

在储层水平段钻井施工中, 向钻井液中加入0.5%-1%的随钻堵漏剂, 增强钻井液及压井液封堵裂缝的能力, 提高泥饼质量, 减少滤液对地层的侵入。

2.1.4 控制合理的机械钻速

储层水平段可钻性较好, 机械钻速较高, 若不能及时将钻屑携带出, 易形成岩屑床造成环空蹩堵, 导致漏失的发生。

2.2 堵漏措施

2.2.1 随钻堵漏

在储层水平段钻进中, 若发生轻微渗透性漏失, 采用边小排量钻进边补入纤维类堵漏剂随钻堵漏, 达到堵漏目的。

2.2.2 静止堵漏

采用起钻用压井液置替井筒内欠平衡用轻浆, 发生较大漏失时, 立即减小排量继续替换, 替换结束后, 将钻具起至技套内, 静止4-6小时后, 循环正常后继续起钻, 给漏失层位一个较好的沉积封堵过程。

2.2.3 使用多种堵漏剂复配进行堵漏

配方a.压井液+2%随钻堵漏剂+1%单向压力封闭剂

配方b.压井液+2%随钻堵漏剂+2%单向压力封闭剂

配方c.压井液+2%随钻堵漏剂+2%单向压力封闭剂+1%桥塞堵漏剂

配方d.压井液+2%随钻堵漏剂+2%单向压力封闭剂+2%桥塞堵漏剂

以上试验结果表明, 配方d的堵漏效果较好, 配以合理的工程技术措施, 能够满足长深区块储层水平段堵漏的技术要求。

3 现场试验应用

根据实钻经验及吉林油田长深区块的地质特点, 制订了防漏、堵漏技术措施, 在长深平5井进行了现场试验应用, 取得了良好的效果。

3.1 工程概况

长深平5井位于松辽盆地南部长岭断陷中部凸起哈尔金构造, 井深4827米, 水平段长1004米, 井身结构为三开井, 一开使用Ф444.5mm钻头钻至井深502m, 下入Ф339.7mm表层套管;二开使用Ф311.1mm钻头钻至井深3332m, 下入Ф244.5mm技术套管;三开使用Ф215.9mm钻头钻至4827m, 3100米至水平段前 (3823米) 下入Ф139.7mm油层套管, 水平段裸眼完井。

3.2 现场试验应用及效果

3.2.1水平段钻井液的维护处理

钻井液配方:膨润土5%+纯碱0.5%+烧碱0.8%+阳离子包被剂0.15%+磺化褐煤树脂3%+磺化酚醛树脂3%+180高效封堵降滤失剂2%+高温封堵剂2%+理想填充剂3%+隔离膜2%+白油5%+乳化剂2%+ZLR-101 3%+0.2%高温提粘剂。

钻进过程中, 根据现场消耗, 按配方及时补足各种处理剂, 确保钻井液性能稳定, 进入水平段前加入0.5%随钻堵漏剂, 以有效封堵微裂缝。

将制定的防漏、堵漏措施, 应用于长深平5井三开欠平衡施工, 钻井液流变性稳定满足施工要求。

3.2.2 水平段压井液的维护处理

技套候凝期间, 将储存的优质水基老浆经固控设备彻底处理后, 调配成起钻用压井液, 进入水平段起钻置替轻浆前, 向压井液中加入3%随钻堵漏剂;另通过加入2%随钻堵漏剂、2%单向压力封闭剂、2%桥塞堵漏剂将部分起钻用压井液配制成堵漏液, 置替开始后, 首先将堵漏液泵至裸眼段, 充分封堵裂缝后, 再替入压井液。

通过采取合理的防漏、堵漏技术措施, 长深区块储层水平段漏失问题得到有效解决, 钻井液漏失量大幅度降低, 建井周期显著缩短。

4 结论和认识

(1) 通过室内试验及现场应用表明:采取的防漏堵漏技术措施, 能够很好的解决长深区块水平井储层水平段漏失问题。

(2) 通过该防漏堵漏技术措施的应用, 能够大幅缩短建井周期, 节余钻井成本。

参考文献

[1]鄢捷年.钻井液工艺学[M].山东东营:中国石油大学出版社, 2006-07

5.欠平衡钻井液技术的分析探讨 篇五

1 欠平衡钻井液体系介绍

欠平衡钻井液的体系主要包括了常规钻井液、气流体、雾流体、充气水基油基钻井液以及泡沫钻井液。

常规钻井液体系有着一定的流变性能, 在抵制地层入侵和井眼清洁以及携岩方面也有较好的表现。在对高压地层进行施钻时, 地层的孔隙压力一般会比钻井液的循环液柱压力要大, 就形成了井底压力达到欠平衡状态, 钻井的过程可以辅以常规钻井液进行喷洒。

空气、天然气、氮气或二氧化碳混合以防腐剂、干燥剂形成的循环流体成为气流体, 这种气流体钻井过程中能减小一定的压差, 利于提高钻速, 保护钻头, 可以有效的保护低压油气层, 对敏感地层的伤害也较小, 在易漏层的钻穿过程也相对容易。除了这些优点外, 它也有自身的不足, 如容易引起火和爆炸, 存在安全隐患, 也影响到了钻具的使用, 所以在进行气流钻井时需严格谨慎的选择所使用的气体类型。

雾流体是由空气混合防腐剂、发泡剂以及少量水而形成的循环流体, 连续相为空气, 非连续相是液体, 如果低压油层的出液量低于24m/h, 就可以采取此种方式, 而对于大于24m/h的地层则需要采取泡沫钻井液进行钻进。这种钻井液的优势与空气钻井类似, 但是在空气量的含量上要多出20%到40%甚至更多, 才能保证井下的安全, 对于超深井, 这种方式对钻具的腐蚀较为严重。

充气钻井液技术是通过在钻井液中混入空气来降低流体液柱压力, 混合的比例一般钻井液比空气为10:1, 获得的液体密度最低可以为0.59kg/L。在使用充气钻井液钻井的过程中需要注意一些问题, 解决好钻井时空气的分离以及相关防腐、防冲蚀, 需要进行配套工艺以及地面的充气设备来进行保障, 地面的工作压力保障3.5~8MPa, 环空速度为0.8~8.0m/s。

泡沫钻井液多用于低压产层, 其组成是通过在液体中混入气体介质, 发泡剂和稳泡剂等形成。大致可以分为硬胶泡沫和稳定泡沫两种。硬胶泡沫的成本较低, 但是容易受到电解质和油品的污染, 不适合油气井, 多用于泡沫寿命长和需要携带能力较强的情况。稳定泡沫可以对油气层进行保护, 在低压油气层或枯竭层、地热井的钻井中效果明显, 对油层的伤害小且具有良好的携岩能力。

2 影响欠平衡钻井液的因素及选择依据

欠平衡钻井液的选择依据和影响因素主要是包括以下几点:与地层流体的相容情况、地层流体对钻井液的稀释、对流作用以及钻井液的防腐和粘度问题。

在欠平衡钻井中, 当达到了真正的欠平衡, 在井眼中就会出现地层油水与钻井液接触, 就会出现一些不良反应, 如结垢和沉淀物的生产、润湿反转、注入介质带来的氧化作用等。钻井的过程中地层会有流体产出, 不管是否选用闪点控制好的油基钻井液体系, 这就会对循环流体起到稀释的作用且带来污染。油、地层盐水与钻井液混合后导致稀释的同时也带来了不良反应。为确定钻井液是否能重复使用, 就需要对储层中获得的原油的苯胺点与浊点进行测量, 同时还需要保证温度较低的钻井液与产出液相接触时, 不会产生石蜡的结晶和析出。

在使用充空气以及氮气的钻井液时, 地层中或其他情况出现的咸盐水就会因为其含氧而具有较强的腐蚀性, 当地层中产生含有氢、硫的气体时就更加加重了腐蚀的程度, 所以为了避免钻柱和井下设备以及连续软管等的腐蚀失效, 需要添加腐蚀抑制剂来辅助, 通过分析地层产生的水、溶解的气体以及游离气体, 来对腐蚀性和可燃性进行相关评定。

对于高粘度的钻井液, 其紊流无法保证井眼的充分清洁, 在对固相的控制以及气体的分离方面难以取得较好的效果, 所以在欠平衡钻井的人工诱导作业中, 一般不选用这种钻井液。高粘度钻井液在泵送的过程中也因为较大的摩擦力而使得钻头无法处于欠平衡状态。

如果欠平衡钻井遇到的是低渗透、亲水以及残余水饱和度特别低的储层, 在毛细管压力作用下, 钻井液会通过对流自吸而进入近井地层, 造成了较大的潜在危害。在欠平衡钻井的过程中尽量避免使用液体介质和非润湿流体来作为基液, 就能有效的避免这些问题。如果钻井的介质为气体, 在钻屑输送的过程和对井眼的清洁方面存在一些问题, 还会造成一定程度的干研磨而导致钻头高温和钻屑过细, 这就直接影响到了低渗地层的油气产量, 这种情况可以采取加入少量液体的方法来解决。

3 欠平衡钻井液的关键技术

在欠平衡钻井液的技术方面, 最重要的就是基液的选用, 这个过程需要对储层、作业、流体以及实际经济因素进行综合考虑。首先考虑的是油藏压力, 当油藏压力较低时, 钻井液的液柱压力也会较低, 这就使得钻井液的选择范围更加有限。在深直井以及大位移的水平井作业时会出现摩擦压力的降低, 所选用的基液就不能是泡沫型和粘性较大的类型。泡沫、雾钻以及气体钻井液多用于衰竭情况较为严重的地层。其次钻井液的选用需要考虑地层流体与注入气、产出气等的相容性和安全性。第三, 要考虑到钻井液与储层岩石的相容性。在进行欠平衡钻井时如果压力丧失, 就会出现钻井液侵入地层的情况。最后要考虑的是储层的润湿性, 为了能减少钻井液自发吸入到地层的情况, 可以使用非润湿性基液来减少吸入的程度。为保证欠平衡钻井的顺利进行, 需要选用精确的循环模式。在循环模式的制定时就需要根据钻井液的多种性能来进行量化的两相分流, 如环空形状、井深、井眼的方位以及井下各种条件。

参考资料

摘要：随着欠平衡钻井技术的发展, 欠平衡钻井液技术也在不断的更新。本文主要介绍了常用的欠平衡钻井液体系、选择钻井液的一些影响因素以及欠平衡钻井液的关键技术。

关键词：欠平衡钻井液,影响因素,关键技术

参考文献

[1]王鹏, 兰正升, 王建博.常规钻井液技术在欠平衡井中的应用[J].价值工程2011.27

6.欠平衡钻井技术及应用 篇六

1 储集层地质特征

1.1 岩性特征

上部为厚层深灰色白云质泥岩与薄层浅灰色、灰白色泥质白云岩互层, 局部层段含黄铁矿;下部为浅灰、杂色砾岩与浅灰、深灰、灰黑色泥质白云岩、白云质泥岩不等厚组合。砾岩成分以千枚岩、变质砂岩为主。

1.2 储层孔间类型

下沟组储层埋藏深、压实和成岩性好, 岩性致密。已钻井取心、铸体薄片、荧光薄片、扫描电镜、全直径岩心X-CT扫描和成像测井资料反映, 储层储集空间有孔隙和裂缝两大类, 孔隙主要包括溶蚀孔洞和微孔隙 (如晶间微孔及粒间微孔隙等) 两类, 溶蚀孔洞分为粒间溶孔、粒内溶孔、晶间溶孔及溶洞;裂缝包括构造缝、构造-溶蚀缝、压溶缝及微裂缝等。

1.3 储层物性

储层储渗空间类型主要是裂缝, 其次是孔隙和孔洞。裂缝密度平均为5.52 m/条, 裂缝宽度一般1 mm左右, 裂缝性状以水平缝为主, 且大多未充填。地下宏观裂缝宽度在16 mm左右, 微观裂缝宽度在1.6~6.3m左右。基质孔隙度和渗透率很小, 裂缝对渗透率贡献在99%以上。储集层孔隙度4.6~12.6%, 水平渗透率15~96.1×10-3μm2, 垂直渗透率0.12~16.8×10-3μm2。

1.4 目的层压力系统

根据地震资料及邻井实测压力数据分析, 该区目的层地层压力随构造位置的不同差别较大, 邻井测试结果表明, 下沟组压力梯度为0.97 MPa/100 m。预计青西区块储层段大部井属于正常压力系统。

1.5 储层敏感性

速敏为中等, 基质对速度不敏感。水敏为中等偏强, 渗透率损害程度达31%~75%。在矿化度升高情况下, 其盐敏程度为中等, 渗透率损害为26%~43%;矿化度降低时, 其盐敏程度为中等偏强, 渗透率损害为31%~71%。碱敏为中等偏强, 渗透率损害为30%~62%。酸敏为弱到中等, 渗透率损害在4%~63%。

1.6 油气水层

依据邻井钻探成果及地质综合研究成果, 预测本井油气层位置为:中沟组K1z段:4055~4 0 9 5 m;下沟组K1g2+3段:4 2 0 0~4240 m, 4295~4325 m, 4375~4395 m;目的层段没有夹层水和伴生气。

2 常规技术钻井现状

2.1 可钻性差, 钻速低

地层胶结比较致密, 主要为致密的泥岩、灰质泥岩、泥质白云岩及砾岩, 富含线状黄铁矿, 裂缝发育, 并且地层在上覆地层压力作用下变得非常致密, 不仅硬度和密度增加, 机械性能也向塑-脆性岩石或塑性岩石转化, 高围压下的岩石可钻性变的很差, 机械钻速低, 导致钻井周期较长。

2.2 频发井漏复杂

目的层由于裂缝发育丰富, 连通性好, 钻井过程中存在严重渗漏现象。从统计资料看, 已完钻井中17口发生60次余井漏, 累计漏失钻井液9000 m3左右, 损失时间近90天。

2.3 油气层保护难度大

裂缝与孔、洞相结合的双孔介质储层特征, 存在裂缝应力敏感性伤害、固相侵入伤害、外来液相侵入伤害、结垢伤害、储层矿物敏感性伤害等因素引起的油气层伤害, 采用常规技术所钻的井部分井小层表皮系数居高不下, 部分井试油效果不佳, 经过油层改造如酸化压裂后产量较高。

3 充氮气欠平衡钻完井技术优势

充氮气欠平衡钻井是通过钻柱向井内钻井液连续注入一定量的高压氮气, 以形成不稳定的气液两相流体为钻井循环介质, 达到降低全井筒液柱压力的目的。充氮气形成的气液混合钻井液为不稳定两相流体, 全井筒基本上是以液体为连续相、气体为分散相的两相介质, 该混相流体的优点是:地面脱气较容易, 脱气后的基液可进行常规的净化处理、循环使用。

储层上部的复杂常规地层段采用技术套管封固, 储层内三开实施充氮气欠平衡钻井, 通过合理调配气液比来科学降低液柱压力, 有效减小井底压持效应, 已达到提高机械钻速的目的;同时在裸眼段环空内形成负压差, 充分释放储集层能量, 最大限度的减少钻进过程中外来物质对储层空间和储层渗流通道的破坏, 保护储层, 防止井漏。

完井阶段优选欠平衡完井配套工具, 在井底欠压状态下完成下油层套管、下油管等作业, 实现钻完井阶段全过程欠平衡作业, 避免了储集层二次伤害。

4 现场实施情况

4.1 井身结构

与常规钻井的井身结构相比较, 改进后的欠平衡钻井井身结构节省了钻井周期、节约了钻井成本, 同时降低了欠平衡钻井的安全风险, 更有利于实施三开充氮气欠平衡钻井作业;悬挂筛管尾管的完井管柱不但缩短了完井作业步骤和周期, 便于更早的投产, 同时为油气井后期改造提供了更多的选择余地。

4.2 钻具组合

Ф152.4m m M1365PDC钻头+Ф121 mm双母接头×1只+Ф121 mm箭形单流阀×2只+Ф121 mm钻铤×9根+Ф89 mm加重钻杆×15根+Ф120 mm柔杆×1只+Ф120 mm随钻震击器×1只+Ф89 mm加重钻杆×3柱+Ф89 mm斜坡钻杆 (至井口) +Ф127 mm旋塞阀×1只+Ф127 mm箭形单流阀×1只+Ф8 9 m m斜坡钻杆 (单根) +Ф121 mm方保×1只+Ф127 mm下旋塞×1只+Ф108 mm方钻杆

4.3

工艺参数 (见表1) (见表2)

4.4 欠平衡钻进

该井于2011年6月1日自井深4132 m开始充氮气欠平衡钻进, 最高注气压力26 MPa, 稳定注气压力22 MPa。欠平衡钻井初期因井底造型、跑合钻头及井下U型循环系统气液两相未混合均匀等因素, 钻时不理想, 钻至井深4167 m时, 钻时稳定在35 min/米左右。钻至井深4379.49 m时, 全烃值由0.03%左右突升至0.8%, 停钻循环一小时后全烃值升至52%, 点火成功, 火焰呈橘黄色、伴少量黑烟, 高度1~2 m, 泥浆循环池及振动筛上可见油花, 后续混油、充氮气钻进, 地面循环系统混油量稳定增长, 单根后效明显, 均能点火成功。

充氮气欠平衡作业井段4132~4434 m, 进尺302 m, 纯钻时间304:37 (h:min) , 机械钻速0.99 m/h, 钻进过程中点火成功13次, 火焰高3~6 m, 前为橙黄色伴少量黑烟, 后带蓝色火焰, 单次最长燃烧时间142 min, 累计燃烧356 min, 最高总烃100%。

4.5 欠平衡完井

(1) 关井求压。

充氮气循环两周后, 采用基浆密度为1.09 g/cm3的泥浆脱气循环一周半, 起钻至套管内关井求压, 最高套压2.6 Mpa, 稳定套压2.5 Mpa, 折算地层压力系数1.15。下钻至井底测后效, 井筒静止时间22:35, 油气上窜高度3107.25 m, 上窜速度137.59 m/h。

(2) 冻胶注入与顶替。

采用两部水泥车同时注入基液和交联剂, 注入排量600 L/min和150 L/min, 注入时间12 min, 然后采用1.09 g/cm3的泥浆顶替冻胶阀至2560 m, 累计注入泥浆9.65 m3, 最高顶替压力18 MPa。

(3) 冻胶成胶与返排。

关井后套压稳定在3.2 MPa, 5 h后放压判断冻胶阀成胶情况, 泄压为零后再次关井套压3 min内升至0.5 MPa;分析认为冻胶阀上部气体滑脱产生圈闭套压, 泄压一小时后关井, 套管上升幅度为0.6 MPa/5分钟, 最高压力升至3.2 MPa, 初步判断冻胶阀未起到密封作用。下钻至3000 m (冻胶阀底部) 循环返排冻胶阀, 从返排产物观察冻胶阀与泥浆混合严重, 测其密度分别为1.0 3、1.0 6、1.0 8 g/c m3;粘度为174 s, 冻胶阀未有效成胶, 在井筒内未起到密封作用。

后续二次试验冻胶阀未果, 采用静平衡压井的方法完成下筛管、倒井口、下油管等作业。

5 应用效果分析

5.1 提速效果明显

该井三开采用Ф152.4 mm钻头钻进, 其破岩能力比Ф215.9 mm钻头差, 将该井欠平衡作业井段纯钻机械钻速与邻井同层位、同井深的Ф215.9 mm钻头常规钻井机速对比发现, 该井欠平衡段机速明显提高, 平均提速85%, 其中较Q2-4井提速量高达145%。

5.2 探明和保护储层成果突出

该井充氮气欠平衡钻完井过程中累计点火成功23次, 火焰高度5~8 m, 累计燃烧时间661 min;自井深4379.49 m开始欠平衡钻进过程中稳定出油, 出油量达2 m3/h;录、测井资料证实:欠平衡钻井成功揭开5套油层, 其中3套为主力油层, 油气储量客观;投产后自喷采油, 日产液约29 m3, 日产油约27 m3, 是邻井的4~5倍。

5.3 保护钻头效果显著

欠平衡作业层段地层压力系数1.12~1.15 g/cm3, 欠平衡钻进过程中裸眼段环空当量密度最高0.9 g/cm3, 井底保持着3~5 MPa的动态负压差, 减缓了井底压持效应, 降低了井底岩石的强度;同时充氮气泥浆对井底钻屑清洗更加彻底, 钻头周围参与重复破碎与旋转磨蚀钻屑颗粒减少, 从而大幅度降低了钻头非有效工作时间, 有效提高了钻头寿命, 该井三开1只钻头一趟钻完成全部欠平衡井段, 钻头进尺达302 m, 较邻井φ215.9 mm钻头最大单只钻头进尺提高375.67%, 工作时间高达304:37 (h:min) , 较邻井平均指标同比提高86%。

6 结论和认识

(1) 柳108井为玉门油田最深的一口充氮气欠平衡井, 海拔高达2500 m, 充气设备承压高达26 MPa, 该井成功试验为玉门油田及类似油田高效勘探开发探索了一条新途径; (2) 该井欠平衡段使用1只钻头一趟钻就完成了全部欠平衡进尺, 欠平衡钻进过程中未出现任何井下复杂, 纯钻机速提高85%, 充分说明充氮气欠平衡钻井技术在延长钻头寿命、节约钻井周期和预防井漏复杂等方面的技术优势; (3) 应用欠平衡钻井技术在柳沟庄构造下沟组地层发现了3套好油层, 欠平衡完井投产后自喷采油, 且出油量乐观, 体现了充氮气欠平衡钻井与冻胶阀欠平衡完井相结合的全过程欠平衡钻完井技术在储层勘探和油气层保护方面具有独到的技术潜力。

参考文献

[1]杨虎, 王利国, 等.欠平衡钻井基础理论与实践[M].北京:石油工业出版社, 2009.