负压钻井技术
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负压钻井技术
一、负压钻井的定义：负压钻井也叫欠平衡钻井，是针对常规的近平衡钻井来讲的，通俗说液柱压力小于地层压力就叫负压钻井，这是石油钻井的一个进步。
负压钻井指的是在钻进过程中保持负压，而在起下钻保持平衡或过平衡。
技术优点：
1.及时发现油气层；
2.可以实现边漏边钻或边喷边钻；
3.减轻对地层的伤害，保护油气层
4.提高机械钻速。
二、设备组成
旋转防喷器、液动平板阀、撇油罐、储油罐、污水泵、点火管线、单流阀、防毒面具、H2S监测仪等。
三、旋转防喷器的工作原理
上下胶芯实现对钻杆的密封，相对于钻具是静止，不能发生相对转动，可以滑动，轴承转动，这就是旋转防喷器和万能防喷器的区别。
四、负压设计及钻具组合
负压值一般为1.5Mpa，本地区的地层压力为1.09—1.10左右，这样设计的泥浆密度为1.03,接立柱或停泵时，负压值约为3.4Mpa。
钻井组合：钻头＋钻铤＋单流阀＋加重钻杆＋钻杆立柱。
五、负压钻井水力参数
1、负压值确定
确定原则：仅在钻进和接单根时在井底维护一定的负压值，起钻时，井底压力处与平衡状态。
2、水力参数确定 A、根据多相流体力学特征参数
B、根据本地区钻井经验与地层发育情况从而避免或减少井漏时井底必须维护一定的负压值；
C、根据钻井液的密度设计及负压值钻进过程中不通过节流阀施加回压时，井底负压0.5~1MPa，接单根时井底负压在2.5~3MPa，立压约14MPa，环空压耗2MPa。
六、负压钻井对井控的要求
1、 井口设备的组合与试压
井口名称 试压介质 试压值
MPa 稳压时间
Min 允许压降
MPa
套管头 清水 按部颁标准 30 0~0.5
钻井四通 清水 按部颁标准 30 0~0.5
双闸板 清水 按部颁标准 30 0~0.5
旋转防喷器 清水 动态10/静态15 10/30 0~0.5
2、负压钻井对井控的安装要求
A、负压钻进前必须校正天车、转盘、井口，三者中心线偏差小于10mm，并按要求安装好旋转防喷器、防喷器及液气分离器与欠平衡装置等。
B、配备一定数量的斜坡钻具（一般350m）和起钻工具。
C、旋转防喷器动态试压，一般在转盘转速在20~60rpm时试15MPa。
D、现场要求制定一整套安全措施
七、负压钻井技术措施
1．泥浆循环路线
钻进时如无溢流发生泥浆循环路线：泥浆泵→方钻杆→钻头→环控→防喷器侧口→振动筛→1#循环罐（除砂器、除泥器）~4#循环罐→泥浆泵。
负压钻进循环路线：泥浆泵→方钻杆→钻头→环空→节流管汇（按水力计算结果控制回压）→液压分离器→撇油罐→2#循环罐（除砂器、除泥器、常规除气器）→3#循环罐→泥浆泵。
2．泥浆处理要求
A．井口回压控制平稳的重要保证是维护稳定的入口泥浆密度。要使用好油气分离设备及时除去产出物，维护入口泥浆密度和产出物的动态平衡。
B．向泥浆罐中加或从泥浆罐中排放液体，都要准确记录相应的数据。
3．正常钻进时井口回压控制要求
应严格按水力参数计算结果，平稳操作节流阀控制井口回压，回压的控制原则是调节节流阀使力压等于正常溢流量时的立压。当回压超过旋转防喷器耐动压的70%时或井内出气严重，液气分离器压力超过其额定压力的50%时必须起钻到套管内关井，调整泥浆密度，泥浆密度的调整原则是开泵循环时保证井底有0.5MPa负压值，当井口回压降至安全压力时再继续钻进。
4．钻进中接单根操作程序
接单根前如钻速很高应充分洗井，卸方钻杆前应先打开回压水阀，如没有泥浆流出方可卸方钻杆、接单根，否则单流阀可能失效，如失效见下面的应急措施。
A．打完单根循环10分钟上提，坐斜坡钻杆专用吊卡，停泵，关闭节流阀。
B．打开回水管线，无泥浆流出后方可卸扣，否则应投球使投入式止回阀开始工作，或利用备用的下旋塞接入钻具中。
C．接单根。 D．用大钳上口后，如有毛刺，要对接头表面进行修整。
E．上提方钻杆。
F．打开节流阀（全开），开泵，调节控制回压到正常控制值。
G．钻进。
5．起钻操作程序
起钻前应仔细检查防喷器组，液控压力打足，在防喷器组正常可靠情况下方可起钻。
A．流阀，使井底处于平衡状态，充分洗井两周，使返出泥浆密度与入口泥浆密度一致，确保无油气物质。
B．打开回水管线，无泥浆流出后方可卸扣，否则按钻进时回压凡尔失效后的处理程序中的起钻方法执行。
C．维护井口套压不变，经压井管线、钻井四通及节流阀连续灌泥浆。
D．起出的斜坡钻杆要和常规钻杆分开排放，以便起下钻溢流时强行下钻使用。
E．起出斜坡钻杆时，检查接头是否有毛刺，如有要用砂轮打掉。
F．起钻进入套管200m。
G．接方钻杆。
H．调节节流阀，在用低泵速经钻杆注入：套压（2.5—3MPa）×102/(重浆密度-井浆密度)×0.02（套管内容积）方的重泥浆的同时使井口套压逐渐为零，井底达到平衡状态。观察井口套压，如为零可进行起下钻作业，不然根据套压值再注入一定量的重泥浆。
I．旋转防喷器
J．全开节流阀，经压井管线、钻井四通及节流阀连续灌泥浆。
K．每起钻10柱，灌满泥浆后停止起钻与灌浆，观察井口是否溢流。如果溢流，根据起钻时出现溢流的处理程序执行。
L．起钻操作要平稳，防止抽吸。并注意指重表吨位的变化。 M．起出钻头后，灌满钻井液、关上全封防喷器、节流阀。
6．下钻操作程序
A．打开全封防喷器。
B．下钻过程中，控制下速每柱不超过20s，每500m向钻杆内灌一次泥浆。
C．每下入10柱钻杆，停下观察井口，如出现溢流，根据下钻时出现溢流的处理程序执行。
D．下钻到井底后，关闭旋转防喷器。
E．开泵洗井前，先灌满钻杆，然后转动转盘，破坏泥浆静切力。
F．全开节流阀，在压井排量下，用钻进时的钻井液洗井约3/4周后，再用正常排量洗井，把重盐水替出。可能会有严重的后效出现，应精心控制节流阀。
G．钻进前，调零钻压表。钻压表的调零方法：在有回压的情况下，下放钻具时对零，以消除旋转密封头的影响。
7．起钻时发生井涌的处理程序
如果起钻时井眼总是满的、灌不进泥浆、灌入量少于起出钻具体积、灌满后2—3分钟井内还外流泥浆、以及泥浆池液面没有减少都表明出现了井涌。井涌发生时首先应关闭半封防喷器，求出套管压力，然后根据井涌时的不同情况，依据尽快制止溢流的基本要求采取如下措施：
（注：1.井浆密度=钻井泥浆密度×该泥浆起钻时所占井筒体积百分数+重泥浆密度×重泥浆所占井筒体积百分数。2.假定井队仅有400m斜坡钻杆。）
如果溢流被及时的发现，侵入物还聚集在井底可采用平推法及时将井压住，具体方法如下：接方钻杆→关下旋塞→关半封闸板防喷器→经反循环压井管线顶入同溢流量同量的钻井泥浆→继续起钻。
否则按如下方案执行： A．如果钻头位置≥套压×120/（重浆密度-井浆密度）
1．低泵速用反循环压井法注入：套压×120/（重浆密度-井浆密度）×0.013（环空截面积）方的重泥浆+套压×120/（重浆密度-井浆密度）×0.00386（钻杆内截面积）方的钻井泥浆的同时使井口套压逐渐为零，井底达到近平衡状态。全开节流阀，用正循环法从钻杆注入：套压×120/（重浆密度-井浆密度）×0.00386（钻杆内截面积）方重泥浆。
2．观察2-3分钟后如果仍有泥浆溢出则重复步骤A.1,正常后可进行常规起钻作业。
B．如果钻头位置〈套压×120/（重浆密度-井浆密度），同时套压×120/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置≤400(斜坡钻杆长)
1．调整旋转防喷器的工作压力使其在正常压力工作状态。
B．2．控制节流阀使回压不变的情况下下入：套压×120/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置m的斜坡钻杆。
3．执行A.1~A.2。
C．如果钻头位置〈套压×120/（重浆密度-井浆密度），同时套压×120/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置〉400(斜坡钻杆长)
1．调整旋转防喷器的工作压力使其在正常压力工作状态。
2．控制节流阀在回压不变的情况下下入：套压×120/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置-400m的常规钻杆（过钻杆接头时严格控制速度）后，下入400m斜坡钻杆。
8．下钻时发生井涌的处理程序
下钻时极易发生井涌，因为起钻的抽吸作用，再加上长时间未循环泥浆进入井筒的油气滑脱上升，造成井涌。所以下钻过程中应严格监视井口。每下入一部分钻具后停下，观察井口是否溢流时检察是否溢流的比较切实可行的方法。溢流发生时首先应关旋转防喷器，求出套管压力，准备强行下钻。 下钻时发生井涌重泥浆段注入的位置是钻头处而不是井口。
A．如果钻头位置≥套压×102/（重浆密度-井浆密度）
1．注入：套压×102/（重浆密度-井浆密度）×0.013（环空截面积）方的重泥浆+套压×钻头位置×0.00386（钻杆内容积）方的钻井泥浆的同时，控制节流阀使回压递减到零。
2．打开旋转防喷器，继续下钻。
B．如果套压×102/（重浆密度-井浆密度）〉钻头位置，同时套压×102/（重浆密度-井浆密度）≤钻头位置+400(斜坡钻杆长)
1．关闭旋转防喷器，控制节流阀使回压不变的情况下入套压×102/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置的斜坡钻杆。
2．执行步骤A.1~A.2。
3．打开旋转防喷器，提出斜坡钻杆。
4．按正常钻具结构继续下钻。
C．如果套压×102/（重浆密度-井浆密度）〉钻头位置+400(斜坡钻杆长)
1．关闭旋转防喷器，控制节流阀使回压不变的情况下入：套压×102/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置-400m的常规钻杆。
2．继续下入400m的斜坡钻杆。
3．执行步骤B.2~B.4。
9．空井时发生井涌的处理程序
A．如果井涌严重，迅速关闭全封闸板防喷器
1．将第一柱钻铤下在全封闸板防喷器之上，关闭旋转防喷器。
2．如果关井压力×钻铤横截面积≥第一柱钻铤重量
2．1全开节流阀，调节旋转防喷器的控制压力使其密封芯子在微漏的情况下下入第一柱钻铤。
2．2下入其它钻铤，直到钻铤重量〉关井压力×钻铤横截面积。
3．关闭节流阀。
