欠平衡钻井技术

…２０　３　７　１年月黼　中国化工贸易　

Ｃｈｉｎａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｒａｄｅ　………　逵　

浅析欠平衡钻井技术原理及工艺　

张国君　

（大庆钻探工程公司钻井三公司工程开发分公司。黑龙江大庆１６３０００）　

摘要：欠平衡钻井的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，使产层流体有控制的计入井筒并将其循环到地面的钻　

井技术。本文主要是从欠平衡钻井的原理出发，讨ｉ％－＿ｒ－艺参数的设定以及钻井液的选择依据。　

关键词：欠平衡钻井工艺欠平衡钻井液　

利用可靠的装备在万千能控制的情况下，合理的确定钻井液液柱　

压力与地层孔隙压力的负压差值，引导地层流体进入井筒，形成溢流　

或井喷，在溢流或者井喷状态下钻进时，控制进口钻井钻井液保持稳　

定，将出口的钻井液与地层流体的混合物通过地面管汇引到距井口较　

远的体外除气加重装置里，除去９５％以上的气体，需要时可加重到所　

需要的钻井液密度，然后返回到钻井液循环罐中，如此反复。　

一、欠平衡压力钻井工艺技术原理　

１．储层伤害较小的基本原理　

根据力的平衡原理，当地层孔隙压力大于井筒液柱压力（动态、　

静态）压力时，地层孔隙流体就会侵入井筒，引起溢流和井喷，而井　

筒钻井液滤液及固相就不能入侵地层，外界的液体和固相不能对地层　

产生伤害，即基本保持储层性质的原始面貌，这就是储层伤害较小的　

基本机理。　

２．负压差值的选择　

负压差值的确定对欠平衡压力钻井技术能否成功地实施起着重要　

的作用。欠平衡压力钻井和其他技术一样，工艺技术是核心。而欠平　

衡钻井工艺的核心就是井底压力的研究和控制，其中井底负压值的大　

小直接影响到地层流体进入井筒内量的多少，关系到能否安全快速钻　

进。井底负压值的控制是欠平衡钻井成功的关键。负压值太大，有可　

能超过井控装备的承压能力，造成井喷失控事故，对稳定井壁也不利。　

另外速敏的影响也会对储集层产生新的伤害，负压值太小，有可能起　

不到对储集层伤害小的作用。　

二、欠平衡钻井中井内压力情况　

欠平衡钻井

欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力，允许地层流体流入井眼、循环出并在地面得到有效控制的一种钻井方式。欠平衡钻井具有能提高硬地层的机械钻速，减少循环漏失和压差卡钻等优点，从而获得发展。推动欠平衡钻井技术的发展，其主要原因是减少和防止水平井钻井中钻井液对地层的损害。早期的欠平衡钻井所采用的循环介质为空气，后来相继发展了用氮气、天然气、雾、泡沫或空气的轻质低密度钻井液的欠平衡钻井技术，主要用于钻低压地层。随着欠平衡钻井技术进一步成熟及井控设备的发展（承受高压的旋转防喷器引入油田后），又发展了用液体钻井液（清水、盐水、油基、水基钻井液）对高压地层进行欠平衡钻井的技术，如边喷边钻、钻井液帽钻井、不压井钻井等技术。

九十年代得以充分发展的欠平衡钻井技术是旋转钻井的发展和继续，是钻井工作者经过长期实践针对中、低压油藏所采用的科学对策。由于减少了压差，阻止了滤液和固相进入储集层，因而能够最大限度地去发现和保护中、低压油藏，以获取比常规过压钻井高得多的经济效益。另外，欠平衡钻井还可以克服液柱的压持效应，提高破岩效率，解放钻速，缩短建井周期，减少钻井液对储集层的浸泡时间，可以安全钻过严重水敏性地层及漏失层，避免大量钻井液漏失而降低了钻井成本。这些优点，使得美国和加拿大的欠平衡钻井数已经占其总钻井数目的1/3或更多，欠平衡钻井技术还刚刚起步，截止到去年底，大约有100多口井采用欠平衡施工，且相继成立了大港欠平衡钻井公司、四川欠平衡钻井公司和新疆欠平衡钻井公司。

欠平衡钻井技术经过几十年的发展，至目前，国外已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻 井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。空气欠平衡钻井技术，是指空气作为循环介质进行欠平衡钻井，是最早发展的一种欠平衡钻井技术。由于该技术是直接使用大气中的空气，所以可较大地节约钻井材料费用。氮气钻井技术，在欠平衡钻井中，氮气能用作钻井液，或作为钻井液的一种组成成分。主要的优点胜过空气钻井，因氮气和烃气的混合物不易燃烧，这样，可消除井下着火的可能性。天然气钻井技术，在天然气钻井中，使用天然气如同使用氮气或使用空气一样，可用作欠平衡钻井的循环介质。在钻含油气地层时，使用天气然钻井或防止井下气体混合物着火。然而，不同于氮气或空气，天然气当它排放到大气中时，一定会形成一种易燃的混合物。这种固有的较高的地面着火的潜在危险。使用天然气的钻井方法与使用空气或氮气钻井有一些不同。雾化钻井技术，在空气钻井过程中，如出现少量的地层水流，通常作法是将空气钻井转变成雾化钻井。雾化钻井的具体作法是，在压缩的空气流未注入钻柱之前，向其注入少量的含有起泡剂的水。注入的这种液体与地层产出的水就会分散成不连续的（独立的）液滴的雾，这种雾流速度与气流速度相同。泡沫钻井技术，泡沫可用作钻井的循环流体，泡沫流体为气液两相构成的乳化液，它具有静液柱压力低、漏失量小、携屑能力强、对油气层损害小等特点。适用于低压、易漏、水敏性地层、欠平衡泡沫钻井技术是目前国外应用较为广泛的一项钻井技术。充气钻井液钻井技术，虽然充气钻井液很早就用于油气工业，但是，在50年代早期在美国犹他州的Emery县才第一次使用充气钻井液钻井。当时，是使用充气泥浆作为钻井液，主要用途是避免因使用泥浆钻井时的井漏，而不是特定用于欠平衡钻井，近年来，由于水平井钻井的迅速发展，为了避免水平钻井中的地层损害，在加拿大、美国及世界上其他地区，使用充气液体作为钻井液已被用于欠平衡钻井。充气钻井液的连续相通常为未稠化的液化，如水、盐水、柴油、或原油等，气相为氮气、空气或其它气体。充气钻井液一般不含有表面活性剂，在井下具有较高的液体体积分数。使用充气钻井流的井底压力通常高于用雾、泡沫等其它轻质钻井液的井底压力。充气钻井液的有效密度通常为4ppg~7ppg

欠平衡钻井技术

欠平衡钻井技术是一种在井底压力小于地层压力的情况下进行钻井的技术。相比于常规平衡钻井技术，欠平衡钻井技术能够降低钻井过程中的井漏风险，并提高钻井效率。

欠平衡钻井技术的主要原理是利用人工创造的压差，使井底压力低于地层压力。这种压差可以通过以下几种方法来实现：

1. 人工气体注入：在井底通过注入气体，如氮气或天然气，在井中形成气垫，降低井底压力，以实现欠平衡状态。

2. 全液体钻井：用轻质液体，如泡沫、泡沫水或汽液混合物，替代常规的钻井液来钻井。这种液体的密度较低，能够降低井底压力。

3. 降低泥浆密度：通过减少钻井液中浆体材料的比重，使泥浆的密度降低，从而实现欠平衡。

欠平衡钻井技术的优势主要表现在以下几个方面：

1. 降低井漏风险：由于井底压力较低，井壁与地层之间的压差减小了，从而降低了地层的损害和井漏的风险。

2. 提高钻井效率：由于井底压力较低，钻进速度可以提高。而且，欠平衡钻井中通常使用轻质液体进行钻井，减少了下钻时间和井深对泥浆密度所需的调整，进一步提高了钻井效率。

3. 可用于水平井和高井深：常规平衡钻井技术在水平井和高井深情况下的施工难度较大。而欠平衡钻井技术由于井底压力较低，可以有效降低水平井和高井深情况下的井漏风险，减轻施工难度。

欠平衡钻井技术在实际应用中也存在一些问题和挑战。欠平衡钻井技术的设计和操作要求高，需要充分了解地层特点和井漏风险，合理选择施工参数。由于钻井过程中井底压力低于地层压力，地层中的气体和油可能会通过井眼进入井筒，需要采取相应的措施进行处理和处理。

欠平衡钻井井底压力控制技术

随着我国油田经济的不断发展，钻井技术已经得到了完善和改进。欠平衡钻井技术在钻井过程中有着显著的优点，但是欠平衡钻井技术在应用过程中对稳定性的要求非常高，而在实际应用过程中影响井底压力的因素非常多，这些因素的存在导致欠平衡钻井技术在应用过程中会出现问题，因此需要对造成压力波动的因素进行分析，并提出相应的解决措施，能够有效完善欠平衡钻井技术在钻井过程中的应用。

标签：欠平衡钻井;控制技术;井底压力

在进行欠平衡钻井过程中，井底压力和地层孔隙压力会形成压差状态，压差状态的存在能够有效保护油气层。在实际应用过程中，如果欠压值出现不合理，造成压差过大，就会对地层以及地面设备造成很大影响，以至于增加施工风险。如果压差过小就会引起井底压差波动，对欠平衡钻井造成影响，进而对油田储集层造成伤害。因此在进行欠平衡钻井过程中要确定欠压值，影响井底压力波动的不确定因素非常多，必须要依靠足够的手段来控制井底压力，避免井底压力出现较大波动，是保证欠平衡钻井施工最为有效的手段。

1井底压力控制技术

1.1井底压力监控法

在进行欠平衡钻井过程中，需要依靠PWD技术对井底压力进行检测，并通过检测数据进行压力控制，当井底压力处于欠平衡状态时，可以利用该方法对井底压力进行控制，井底压力监控法是一种最直接、最准确的方法。如果存在以下几种情况，仅是依靠地面压力很难估算出井底压力，需要通过井底压力检测技术来实现压力控制。

在进行钻井过程中，采用井底动力钻具会受到马达压力损耗的影响，因此很难通过地层压力来表示井底压力，需要采用PWD技术对井底压力进行检测，从而确定井底压力的大小。

利用欠平衡钻井技术对大斜度定向井或者大位移井进行钻井时，会受到井眼清洗条件的影响，导致在水平段的压力耗损较大，合理利用PWD技术能够有效判断水平段是否出现欠平衡状态。

PWD技术能够对井底压力进行检测，当检测结果显示井底处于过平衡状态时，井底压力与地层压力之间没有必然联系，因此降低立压值能够引起PWD技术所检测的井底压力降低，但井底有可能处于正压差状态。虽然PWD技术能够有效对井底压力进行检测，但是由于该设备的运行成本较高，因此在国内并没有得到大范围使用。