欠平衡钻井完井技术
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钻井与完井新技术郭昭学（西南石油大学钻井所）油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题专题五：欠平衡钻井完井技术▪一、概述▪二.欠平衡钻井的专用设备▪三、欠平衡钻井设计▪四.欠平衡钻井工艺技术▪五.欠平衡完井技术油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@ 钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题一、概述▪ 1.欠平衡钻井的概念在钻井过程中井筒内井底流体有效压力低于地层压力，允许地层流体有控制地进入井筒，并可将其循环到地面进行分离。
这种地层流体受负压差的作用向井筒内连续流动的条件下所进行的有控制的钻井工艺过程，就叫做欠平衡钻井（UBD－Underbalanced drilling）油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题2、欠平衡钻井方法分类按钻井循环介质密度分类 按工艺分类 按用途分类一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题 2.1自然欠平衡：就是用合适密度的钻井液(包括清水、混油泥浆、原油、柴油、添加空心固体材料钻井液等,）进行欠平衡钻井。
也叫做流钻(Flow Drilling)欠平衡钻井，一般用于地层压力当量密度≥l.10g ／cm 3的情况。
人工诱导法欠平衡：就是用充气钻井液、泡沫、雾，甚至用气体做循环介质进行的欠平衡钻井。
一般用于地层压力当量密度<l.00g ／cm 3的情况 实际应用时应根据具体情况进行选用。
例如当井较深、环空截面积很小，即便地层压力当量密度为1.10g ／cm 3时，由于循环钻井液时产生的环空循环压耗很大，也可能要用人工诱导法才能实现欠平衡；若用原油（或油包水、水包油）作循环介质，当井深浅，即使地层压力当量密度低于1.00g ／cm 3时也能实现自然法欠平衡钻井。
在美国奥斯汀,曾用密度高达1.80g ／cm 3的钻井液欠平衡钻开地层压力当量密度2.04g ／cm 3的储层.我国青海油田开2井欠平衡钻井液密度达到1.50g/cm 3以上。
2、欠平衡钻井方法分类-按钻井循环介质密度分类一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题2.12、欠平衡钻井方法分类-按UBD 钻井工艺分类一、概述液相欠平衡钻井技术：采用常规钻井液包括水基、油基以及有固相和无固相钻井液的欠平衡钻井技术。
气液两相欠平衡钻井技术：混合气液两相可以达到从气相到液相之间的任何密度值。
气液混合物按照其结构与相对气液体积分数，可分为雾化，泡沫或充气液，使用这三种循环介质的欠平衡钻井技术，气液两相欠平衡钻井技术。
气相欠平衡钻井技术：采用空气、氮气、天然气和废气等气体作为钻井介质欠平衡钻井技术为气相欠平衡钻井技术。
广义的气体钻井指泵入流体中含气相的欠平衡钻井技术油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题 2.12、欠平衡钻井方法分类-按UBD 钻井工艺分类（续）一、概述UBD 技术对应的钻井流体密度范围：气体钻井。
包括空气、天然气、废气和氮气钻井。
密度适用范围0－0.002g／cm 3； 雾化钻井。
密度适用范围为0.002－0.04g ／cm 3，气体体积为混合物体积的96%－99.9%； 泡沫钻井。
密度适用范围0.04－0.6g ／cm 3，井口加回压时可达到0.8g ／cm 3以上，气体体积为混合物体积的55%－96%； 充气钻井。
密度适用范围0.7－0.9g ／cm 3或更高，气体体积低于混合物体积的55%； 油包水或水包油钻井液钻井。
密度适用范围为0.8--1.0g ／cm 3； 淡水或卤水钻井液钻井。
密度适用范围1.0—1.30g ／cm 3； 常规钻井液钻井。
密度适用范围>1.10g ／cm 3；泥浆帽钻井。
用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。
油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题IADC 欠平衡钻井、完井和修井委员会提出的欠平衡钻井分类： 0级——只提高钻井作业；不存在含碳氢化合物的地层。
1级——井内流体依靠自身的能量不能流到地面。
井眼稳定并且从安全角度来说属低级危险情况。
2级——井内流体依靠自身的能量可以流到地面，但利用常规压井方法可以有效制止，并且在设备严重失效的情况下也只产生有限的后果。
3级——地热和非碳氢化合物开采。
最大关井压力低于旋转控制头等作业设备的额定工作压力；设备严重失效会产生直接严重后果。
4级——油气开采。
最大关井压力低于旋转控制头等作业设备的额定压力，设备严重失效会产生直接严重后果。
5级——最大设计地面压力超过旋转控制头的额定压力，但低于防喷器组的额定工作压力。
2、欠平衡钻井方法分类-按UBD 钻井用途分类一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题（1）具有潜在井漏或钻井液侵害的油气藏•晶间渗透率大于1 ⨯10-3μm 2的地层；•具有大的宏观开放型裂缝的地层（开度大于100μm）•具有大量连通孔洞的非均质碳酸盐地层；•可以导致过平衡压力大于6.9MPa的压力枯竭地层；•裂缝型渗透通道的产层。
2、适合欠平衡钻井的地层一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题（2）具有岩石——流体敏感性的地层相当大的地层损害可能是由于不相溶水基滤液与地层粘土或其他活性材料的有害反应引起的。
许多地层含有水活性粘土，如蒙脱石或混层活性粘土，这些粘土与非抑制性水基钻井液接触会发生膨胀，并严重影响采收率，而且在某种情况下，会影响近井眼区域固结。
有些地层可能还含有悬浮粘土和细颗粒或可运移材料，如高岭石粘土、碎岩屑、焦沥青和无水石膏。
这些问题可以通过采用油基或抑制性水基钻井液的欠平衡钻井技术来解决。
2、适合欠平衡钻井的地层(续1)一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题（3）具有液——液敏感性地层欠平衡钻井可以防止不相容的钻井液滤液侵入地层，从而消除侵入滤液与地层盐水或原油发生有害反应，其中的一种有害反应是高粘水包油乳化剂钻井液被圈闭在近井眼区域。
另外的有害反应包括：由于油基钻井液侵入油气藏原油引起脱沥，从而导致渗透率的降低；由于不相容的水基钻井液滤液和地层盐水混合而导致地层胶合和固相沉淀。
2、适合欠平衡钻井的地层(续2)一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题（4）具有潜在自吸能力的地层由于有害的相对渗透率效应，近井眼区域的水或烃形成永久性圈闭，从而导致地层产量的降低。
利用一种非湿性流体作为欠平衡钻井的基液，并维持欠平衡状态，就可以防止自吸和降低相圈闭的可能性，从而防止钻井液基液进入地层而直接产生驱替和圈闭。
（5）油藏性质高度易变的地层在油气藏渗透率、孔隙度和孔喉尺寸的分布上呈现出很大差别的高度层状地层、大量砂岩或碳酸盐地层设计过平衡钻井难度较大，而应用欠平衡钻井实现均匀的开采。
2、适合欠平衡钻井的地层(续3)一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题（6）具有活跃的地下水并且对水锥进敏感的地层在这样的地层如果采用过平衡钻井，那么钻井液会侵入地层，引起水锥进效应，并且在完井后的试油作业中很容易向水层打开通道，给今后的开采带来麻烦。
而欠平衡钻井，由于井底压力低于地层孔隙压力并且不需要试油作业，所以可以降低或避免以上问题的发生。
（7）低钻速地层对于某些硬地层来说，利用欠平衡钻井可以大幅度提高机械钻速，从而减少钻井时间和相关费用。
2、适合欠平衡钻井的地层(续4)一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题高压和高渗透率相结合的地层:从地层损害观点看，虽然埋藏较深的高压、高渗透率地层比较适合欠平衡钻井，但在地面可能出现安全和井控问题。
受压力束缚的地层:具有不同压力的多个产层的油气藏或在给定目的层中存在明显的压力变化的油气藏，是不适合欠平衡钻井的。
常规地层：对于常规地层，如渗透率低于0.5 ⨯10-3 μm 2的均匀晶间地层以及具有较低的岩石——流体和流体——流体敏感性的地层，设计合理的过平衡作业与价格较高、风险较大的欠平衡作业相比，效果可能更好。
地层孔隙压力不清或井壁稳定性差，需要足够钻井液密度才能控制井塌的地层；含大量H 2S 或CO 2气体的产层；人口密集区、重要设施附近和环境保护特别严格的地区。
3、不适合欠平衡钻井的地层一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@ 钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题(1) 减少对产层的损害，有效保护油气层，从而提高油气井的产量常规钻井一般都是过平衡钻井，由于钻井液液柱压力高于地层压力，不可避免地会造成钻井液滤液和有害固相进入产层，从而造成对产层的伤害。
在某些情况下这种伤害将永久地降低油井的产量，需要进行费用昂贵的增产措施和修井作业才能达到地层的经济产量水平。
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，从而有效地保护了油气层，减少或免去油层改造等作业措施及昂贵的费用，尤其在水平井中的优势很明显，这是实施欠平衡钻井技术的最大益处。
4、欠平衡钻井的优点一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题（2）有利于及时发现和评价低压低渗油气层，为勘探开发整体方案设计提供准确依据过平衡钻井对产层造成的伤害很可能使预期本应该出现的油气显示没有出现，从而影响了油气的勘探和开发。
而在欠平衡钻井条件下，钻井过程中地层流体可以进入井眼，在井口监测返出液就可以适时提供良好的产层信息，从而有利于达到勘探和开发目的，并可以及时对产层进行较为准确地评价。
4、欠平衡钻井的优点(续1)一、概述油气井工程研究所郭昭学Tel（028）83032458 E-mail:gzxsam@钻井完井新技术-欠平衡钻井完井技术专题(3) 大幅度提高机械钻速，延长钻头使用寿命，从而缩短钻井周期，减少作业及相关费用由于采用负压钻进，使井底岩石三相应力状态发生了变化，岩石的破碎强度降低, 特别是气体钻井, 有利于钻头对岩石的破碎，同时减小了压持效应，从而大幅度提高机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井综合成本。
