欠平衡钻井技术
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欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术(Underbalanced drilling,简称UBD)是一种在井口维持地层压力低于井口压力的钻井方法。
该方法主要是通过减小钻井液密度或增加气体(氮气、天然气或压缩空气)注入到井内,以降低井底压力,使钻井过程中地层压井的现象得到控制。
欠平衡钻井技术的主要优势在于可以减少地层崩塌、井击、井喷等危险情况的发生,并且可以提高钻井速度和孔隙渗透率,从而减少钻井成本。
与常规钻井技术相比,欠平衡钻井技术可以更好地保持储层中的原始压力和流体性质,从而更好地评估储层的产能。
欠平衡钻井技术的应用范围广泛,适用于不同类型的油气井,包括深水井、高温高压井、气井、油藏难以气窜的井等。
在深水井中,欠平衡钻井技术可以减少水合物的形成并提高钻井速度。
在高温高压井中,欠平衡钻井技术可以减少井口附近的孔隙压力差,降低井喷和井击的风险。
欠平衡钻井技术的关键是控制井底压力和钻井液流量。
为了确保井底压力低于井口压力,需要通过控制钻头旋转速度、注入气体的流量和钻井液的密度来实现。
通常会使用特殊的测量设备和控制系统来监测井底压力和流量,以确保钻井过程的安全和有效。
但是欠平衡钻井技术也存在一些挑战和风险。
一方面,由于井底压力低于井口压力,有可能导致井喷和井击的发生。
由于钻井液密度较低,可能会导致钻井液中的固体颗粒无法有效地将井底产能传递到井口。
在实施欠平衡钻井技术时,需要对目标油气井的地层进行详细的分析和评估,选择合适的钻井液和气体注入方案,并严格控制钻井液和气体的流量和压力,以确保钻井过程的安全和顺利。
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。
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种在井筒内使压力低于地层压力的钻井技术。
相较于正平衡钻井技术,欠平衡钻井技术能够降低钻井过程中的井下事故风险,提高钻井速度和效率,适用于复杂地质条件下的钻井作业。
欠平衡钻井技术的原理是通过控制钻井液循环系统中的泵入流量,使井筒内部维持一个压力低于地层压力的状态。
这样可以减少地层破裂和井下沉积物堵塞的风险,从而提高钻井的安全性和效率。
欠平衡钻井技术主要有以下几种常用的方法:1. MEG(气泡剂辅助)技术:在钻井液中添加气泡剂,通过气泡的膨胀和爆破,形成一定的气泡力量来降低钻井液的密度,从而降低井筒内部的压力。
2. 流体耦合技术:将高压气体以流体耦合的方式注入套管与井筒之间的缝隙中,使套管外形成一个低压区域,从而降低井筒内的压力。
3. 膨胀管道技术:通过选用膨胀管道,使钻井液在膨胀管道内压力降低,然后再进入井底,形成平衡钻井管道,实现钻井液外泄来降低井筒内压力。
欠平衡钻井技术的应用范围比较广泛。
在高压气藏和高渗透油藏等特殊地质条件下,这种技术可以减少地层损伤和泥浆污染,保护地层储集能力。
在气体钻井和高温、高硫、高压等腐蚀井下环境条件下,欠平衡钻井技术可以提高钻井的安全性和效率。
欠平衡钻井技术还可以应用于水平井、大角度井和深水井等特殊钻井作业中。
不过,欠平衡钻井技术也存在一些问题和挑战。
由于钻井液密度的控制比较困难,需要选择合适的钻井液体系和气泡剂,以确保欠平衡钻井的效果。
欠平衡钻井的安全性较差,井下系统会面临较大的压力差,需要加强井控措施和监测手段,避免井下事故的发生。
欠平衡钻井技术能够提高钻井的效率和安全性,在特殊地质条件下有着广泛的应用前景。
随着钻井工艺和技术的不断发展,欠平衡钻井技术将进一步完善和应用于实际生产中。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指通过钻井液压力低于地层压力,使得钻井液能够在钻井作业过程
中尽可能少地进入地层中,从而达到减少井壁崩塌、防止钻井液污染地层的目的。
欠平衡钻井技术的优势在于,可以降低井壁塌陷的风险,减少钻井事故的发生,并且
可以减少钻井液对地层的侵蚀,从而保护地下水资源。
同时,欠平衡钻井技术还可以提高
钻进速度,降低钻井成本。
然而,这种技术也有一定的缺点,主要包括钻井风险较大、需
要高强度的完井技术等。
欠平衡钻井技术的实现需要依靠钻井液的选择和钻井液压力的控制。
一般来说,要采
用低密度、低粘度的水基钻井液,同时根据地层压力、钻井深度等因素,合理确定钻井液
的密度和液压。
在钻井过程中,通过调整钻井液的密度和液压,保证钻头和井壁之间的压
力差控制在一定的范围内,从而实现欠平衡钻井。
为了更好地实现欠平衡钻井技术,还需要引入一些相关技术,比如井眼稳定技术、密
度调整技术、完井技术等。
井眼稳定技术主要通过原位固化、井眼衬衫等手段来防止井眼
崩塌,从而保证钻进速度。
密度调整技术则可以根据地层变化,实时调整钻井液的密度,
从而避免体积膨胀从而引起的井壁塌陷。
完井技术则可以在钻井完成后,采用套管、钻杆、水泥、封隔器等工具来加强井壁支撑和污染防治,保证井口的安全性。
总之,欠平衡钻井技术在石油钻井领域具有广阔的应用前景,能够有效减少钻井事故,降低钻井成本,而且还能有效保护地层和地下水资源。
随着技术的不断发展和完善,欠平
衡钻井技术将会在石油勘探、开发和生产领域中发挥越来越重要的作用。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是一种常用的钻井方法,用于在井筒内部维持较低的压力。
它通过在钻头底部连续注入气体或液体来实现。
这种技术的主要目的是减少井底孔洞的损害并提高钻井效率。
欠平衡钻井技术的原理是在井口维持一个较高的压力,以便在井底产生一个较低的地层压力。
这种压力差可以有效地减少钻井液到穿透层的渗透压差,从而降低损伤地层的风险。
欠平衡钻井技术还可以通过控制地层渗流来减少井底的泥浆侵入,从而提高钻井速度。
欠平衡钻井技术有两种主要的方法:气体欠平衡钻井(UBD)和液体欠平衡钻井(LWD)。
气体欠平衡钻井是指通过向井底注入气体来降低地层压力,而液体欠平衡钻井是指通过向井底注入液体来实现。
这两种方法各有优缺点,选择应根据具体情况。
欠平衡钻井技术的应用非常广泛。
它可以用于突破复杂地层,如高渗透性、高泥浆侵入性和高井壁稳定性等条件下的困难地层。
它可以用于提高钻井速度和降低操作风险。
欠平衡钻井技术还可以用于井下作业,如井底测试、钻井液循环、产能测试和井壁修复等。
欠平衡钻井技术也存在一些挑战和风险。
它需要特殊的设备和技术,增加了操作成本和难度。
欠平衡钻井过程中可能出现井喷和井漏等安全问题,需要采取有效的安全措施。
欠平衡钻井技术在一些特殊的地质条件下可能不适用,需要根据具体情况进行评估。
欠平衡钻井技术是一种有效的钻井方法,可以减少地层损伤、提高钻井效率和降低操作风险。
随着技术的不断进步,它将在更广泛的领域得到应用。
为了确保安全和效果,需要充分考虑各种因素,并采取适当的措施和监测手段。
欠平衡压力钻井技术一、欠平衡压力钻井的概念欠平衡压力钻井Under Balance Drilling (UBD )是指在钻井过程中泥浆柱作用在井底的压力(包括泥浆柱的静液压力和循环压降),低于地层孔隙压力。
欠平衡压力钻井时,p b p p <,0<∆p 。
此时允许产层流体流入井内,并可将其循环到地面,地面可有效地控制。
UBD Pp >Pb = Ph + Pa + Pch二、国内外发展概况1、欠平衡压力钻井发展历史欠平衡压力钻井实际上是一种古老的钻井方式,直到1895年旋转钻井产生之前,绳索式顿钻钻井都是用欠平衡方式进行的,在当时技术条件下,利用欠平衡方式诱发井喷是发现油气藏的手段。
欠平衡-----井喷------油气藏从1895至1920这段时间里,旋转钻井是用清水作为循环流体的,为保证钻井安全和井眼清洁,1920年开始使用加有粘土和处理剂的混配钻井液体系,自此,超平衡压力钻井成为常规的钻井方式。
国外从30年代开始发展欠平衡压力钻井技术,当时用空气作为钻井液,钻速提高了2-3倍,同时还避免了许多井漏和卡钻事故。
70-80年代发展了泡沫技术,有效地解决了携岩问题,进一步推进了欠平衡压力钻井技术的发展,但由于成本和安全原因,这项技术在80年代停滞。
80年代末以来,由于专用设备和工具的配套,以及相应技术的发展,欠平衡压力钻井技术才又迅速发展起来。
欠平衡压力钻井技术以美国和加拿大应用为最多,技术和装备最先进,它们大都成立了欠平衡压力钻井服务公司;其次是英国、巴西、委内瑞拉、墨西哥等国也应用了欠平衡压力钻井技术。
我国从近几年也开始研究和应用欠平衡压力钻井技术。
2、国外情况欠平衡压力钻井技术是八十年代后期在美国德克萨斯州奥斯汀白垩系地层钻井时得以迅速发展起来的。
目前美国欠平衡压力钻井的井数已达2500多口。
美国和加拿大具有:(1)先进的欠平衡钻井装备(2)专业技术服务公司(3)配套的欠平衡钻井技术加拿大欠平衡钻井数目图欠平衡压力钻井作为能提高油气产量的一项重要技术,已在世界20多个国家和地区4500多口井上应用。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是一种有效的钻井方法,它采用低于地层压力的钻井液压力实现井底
压力低于地层压力的状态,使得岩层泥浆得以尽可能快速地向井口移动而不被井底压力阻碍,从而达到提高钻进效率和减少发生卡钻事故的目的。
该技术主要应用于较软的岩层和
低透水性的地层中。
有以下 3 个显著的优势:
1. 提高钻进效率
欠平衡钻井技术中使用的钻井液压力较低,可以减小钻头和井壁之间的摩擦力和阻力,使得岩层泥浆得以尽可能快速地向井口移动。
因此,欠平衡钻井技术相比传统的钻井技术,可以减少井深相同的情况下所需的钻进时间。
2. 减少卡钻
在传统的钻井技术中,通常需要使用高压的钻井液来控制井底压力,然而,如果地层
的透水性较低,钻井液可能无法快速地向井口移动,导致井底压力过高,从而引发钻具卡
钻等问题。
而欠平衡钻井技术中使用低压力的钻井液,可以有效地避免卡钻等问题的发
生。
3. 减小地层侵入和物质损伤
欠平衡钻井技术主要适用于以下场景:
1. 钻井深度不超过 2000 米
2. 井壁不过分稳定,且易塌陷
3. 钻进的地层破碎和填充性较好,即其透水性不太高
4. 采用的岩层泥浆能够清除钻屑,防止其在井孔中堆积
总之,欠平衡钻井技术在适用场景中具有显著的优势。
在选用该技术时,需要综合考
虑地层条件、岩层类型、钻具、钻井液等多个因素,以确保其应用效果达到最好。
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种钻井技术,可以在沉积岩层中高效率地进行作业。
该技术是在溢流地层下进行的,对途径的地层结果有着较好的控制。
欠平衡钻井技术在减少地层破损、提高作业速度和减小地层污染等方面都具有明显优势,因此在石油开发领域具有重要地位。
欠平衡钻井技术的主要优点之一是它可以显著地减少井壁的破坏。
在传统的钻井技术中,井眼往往在钻井的过程中会受到较大的挤压力,并且受到地层岩石和井壁完整性的影响。
而欠平衡钻井技术是在井眼内部形成一定的压力差,使岩层不会对井壁产生挤压作用,从而实现了最大程度地减少了井壁的破坏,提高了井的完整性。
欠平衡钻井技术还可以提高作业的速度,因为它可以在一段时间内不断地往井眼内喷入泥浆,从而使钻头在井眼内快速作业。
与传统的正平衡钻井技术相比,欠平衡钻井技术可以在相同的时间段内完成更多的进尺,节约了作业成本和时间,并提高了作业的效率。
欠平衡钻井技术还可以显著地减小地层的污染。
在传统的正平衡钻井技术中,井眼内的泥浆会不断地向地层中渗透,导致地层岩屑的渗出,从而污染了地下水资源。
而欠平衡钻井技术是在井眼内形成了一定的压力差,使得地层岩屑不易渗出,从而减小了地下水资源的污染。
欠平衡钻井技术的应用也有着一些局限性。
在选择欠平衡钻井技术时需要根据地层的实际情况来决定,因为并非所有的地层都适合欠平衡钻井技术。
欠平衡钻井技术需要高额的投资成本,包括设备、人力成本等,这对一些小型石油公司来说可能具有一定的难度。
欠平衡钻井技术在实际操作中需要严格的控制,否则可能会引发一系列地质灾害,如地层崩塌、封堵等。
欠平衡钻井技术的发展具有十分重要的意义。
它可以有效地提高油气的开采率,减少能源资源的浪费。
欠平衡钻井技术可以在一定程度上缓解地下水的污染问题,有助于保护地下水资源。
欠平衡钻井技术的推广应用还可以促进石油装备技术的升级,促进我国石油装备行业的发展。
欠平衡钻井技术的应用还可以促进我国石油产业的结构调整和转型升级,促进我国石油产业的转型升级。
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种在井筒中应用压力差异来驱动钻头进入地层的钻井技术。
与传统的平衡钻井技术不同,欠平衡钻井技术被广泛应用于一些难以钻进的地层,例如自然气水合物地层、高温高压地层以及高粘度油藏等。
本篇文章将从欠平衡钻井技术的概念、原理、优点和应用等方面详细介绍该项技术。
欠平衡钻井技术是利用在井筒中形成的气体、泡沫、液体的压力差异来推动钻头快速进入井壁中使井筒完成一个完整的钻进过程。
该方法通常通过在井筒中注入空气、泡沫、气液两相、纯气等气体以及液体,使钻井作业能够在恶劣的地质环境下广泛应用。
欠平衡钻井技术的优势在于可以显著提高效率和降低钻井成本。
欠平衡钻井技术的原理是在井筒中形成一个压力差异,使得钻头受到推力而能够顺畅快速地钻入地层。
欠平衡钻井技术的原理可以分为两个部分:1、井筒内高压与低压的形成在欠平衡钻井技术中,通过在井筒中注入气体或者液体的方式,形成了不同压力、不同密度的介质,从而形成了井筒内的高压和低压区域。
当在井筒中形成了不同密度的介质时,就会出现一定的静差压力,静差压力是指两点之间沿表面法线方向的压力差。
2、钻头推进力的形成井筒内部形成的静差压力可以充当一定的驱动力量来推动钻头进入地层。
在欠平衡钻井技术中,静差压力可以克服摩擦力和阻力,从而形成一定的推进力。
因此,钻头在井筒内的进展速度直接决定了静差压力和钻头推进力的效果和质量。
欠平衡钻井技术由于其独特的特点,在钻井作业中得到了广泛应用,其主要优点包括:1、提高钻井效率相比于传统的平衡钻井技术,欠平衡钻井技术采用的是压力差异来驱动钻头入井,能够很大程度上提高钻井效率,缩短钻井周期,加快钻井作业进度,从而降低了整个钻井作业的成本。
2、适用范围广欠平衡钻井技术具有适用性广的特点,特别是在一些难以钻探的地层、高压高温地层、高黏度油藏中,采用欠平衡钻井技术可以避免钻头被地层催生物卡住或卡钻,进而可以提高钻井成效,降低钻井成本。
3、提高生产欠平衡钻井技术可以有效地改善钻屑清除,避免了关井作业、停电清井等情况的发生,从而可以加快地层开发,提高生产效率。
欠平衡钻井技术一.欠平衡钻井的类型欠平衡钻井分为两种类型,即流钻和人工诱导欠平衡钻井。
流钻欠平衡钻井,就是用合适密度的钻井液(包括清水、混油钻井液、原油、柴油、添加空心固体材料钻井液等)进行的欠平衡钻井;而人工诱导欠平衡钻井,就是用充气钻井液、泡沫、雾、气体作为循环介质进行的欠平衡钻井。
一般而言,当地层压力当量密度大于或等于LlOg/cm3时,用流钻欠平衡钻井,否则可用人工诱导欠平衡钻井。
这两类方法不是绝对的,实际应用时应根据具体情况进行选择。
经过几十年的发展,目前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。
1.气体钻井技术气体钻井技术是指采用空气、天然气、废气和氮气钻井,密度适用范围为0〜0.02g∕Cm3。
采用空气欠平衡钻井可较大地节约钻井材料费用。
采用氮气钻井,主要优点是氮气和烧气的混合物不易燃烧,可消除井下着火的可能性。
采用天然气钻井,天然气排放到大气时,会形成易燃的混合物,存在着火的潜在危险,对大气也有污染。
2 .雾化钻井技术雾化钻井技术的密度适用范围为0.002~0.040g∕cm3,气体体积为混合物体积的96.0%~99.9%。
在空气钻井过程中,如出现少量的地层水,通常做法是将空气钻井转变成雾化钻井。
雾化钻井的具体做法是,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液滴。
3 .泡沫钻井技术泡沫钻井技术的密度适用范围为0.04~0.60g∕cm3,井口加回压时可达到0.8g∕cm3以上,气体体积为混合物体积的55%~96%β泡沫用作钻井的循环流体,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应用较为广泛的一项钻井技术。
4 .充气钻井液钻井技术充气钻井液钻井技术包括通过钻杆和井下注气两种方式。
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling,简称UBD)是在钻井过程中,使钻井液压力低于井底地层流体压力,从而实现井底地层流体向井口运移的钻井技术。
这种钻井技术主要适用于含有高产量天然气和高液位油藏的区域。
1. 避免地层污染。
与传统的过平衡钻井技术相比,欠平衡钻井技术可以避免钻井液污染地层。
2. 提高井产量。
由于欠平衡钻井技术会将井底地层流体连接到井口,因此可以在钻井时降低地层压力并提高井产量。
3. 提高采收率。
通过欠平衡钻井技术采出的油气含水低,可以提高采收率。
4. 减少地层损伤。
欠平衡钻井技术可以减少地层的损伤,从而降低永久性损伤和补偿成本。
虽然欠平衡钻井技术带来了许多优势,但它也面临以下挑战:1. 安全风险。
欠平衡钻井技术需要在高压、高温下操作,很容易发生事故。
2. 钻井液处理问题。
欠平衡钻井技术需要使用高质量的钻井液,这种钻井液需要特别处理。
3. 设备成本高。
欠平衡钻井技术需要特殊的设备和工具来实现,因此成本较高。
4. 需要高技术水平。
欠平衡钻井技术需要专业的技术人员来操作,需要在现场处理许多技术问题。
1. 水滴井或高液位油藏。
这些地层可以用欠平衡钻井技术来钻探,可以降低地层压力并提高采收率。
3. 复杂地层。
欠平衡钻井技术可以在复杂地层中有效地进行钻探,可以减少地层损伤和清洗周期。
总结欠平衡钻井技术是一种先进的钻井技术,可以提高井产量和采收率,减少地层污染和损伤。
但它也面临一些挑战,需要高技术水平和特殊的设备和工具。
欠平衡钻井技术可以用于含有高产量天然气和高液位油藏的区域,以及复杂地层和浅层钻井。
欠平衡钻井技术欠平衡压力钻井是指在钻井过程中钻井液柱作用在井底的压力(包括钻井液柱的静液压力,循环压降和井口回压)低于底层孔隙压力。
常规的钻井属于过平衡钻井,钻井液压力大于地层流体压力,小于地层破裂压力。
这样做主要是防止井喷。
欠平衡钻井时,钻井液压力略小于底层流体压力,仍小于地层破裂压力。
这样能及早发现油气藏。
欠平衡钻井系列分为:①气体钻井,包括空气、天然气和氮气钻井,密度适用范围0~0.02克/立方厘米;②雾化钻井,密度适用范围0.02~0.07克/立方厘米;③泡沫钻井液钻井,包括稳定和不稳定泡沫钻井,密度适用范围O.07~0.60克/立方厘米;④充气钻井液钻井,包括通过立管注气和井下注气两种方式。
井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。
其密度适用范围为0.7~O.9克/立方厘米,是应用广泛的一种欠平衡钻井方法;⑤水或卤水钻井液钻井,密度适用范围1~1.30克/立方厘米;⑥油包水或水包油钻井液钻井,密度适用范围为0.8~1.02克/立方厘米;⑦常规钻井液钻井(采用密度减轻剂),密度适用范围大于O.9克/立方厘米;⑧泥浆帽钻井,国外称之为浮动泥浆钻井,用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。
欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种:流钻是指使用普通钻井液的欠平衡钻井;人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低,必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。
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,以下是国外目前比较先进的专用装备。
①高压旋转分流器-防喷器系统又称旋转防喷器(BOP)。
国外有好几个厂家都有专利产品,其中美国Williums工具公司生产的旋转防喷头使用最多,压力级别最为齐全。
该公司供应的高压系统有7000型和7100型两种:7000型的静试验压力为21MPa,工作压力为10.5MPa;7100型包括旋转控制头总成、热传递-润滑装置、遥控监控台和遥控防爆电源设备。
欠平衡钻井的概念及要求一、前言欠平衡钻井是一种钻井技术,它是在井口内部维持一个低于地层压力的压力环境,使得钻头在钻进地层时能够更加顺畅地进行。
本文将介绍欠平衡钻井的概念、要求以及相关技术和应用。
二、概念欠平衡钻井是指在钻井过程中,通过控制井口内的气体或液体压力,使其低于地层压力,从而实现减小孔壁稳定性影响和减小岩石破碎度的目的。
这种技术可以提高钻头的进尺速度和降低钻头磨损率,并且还可以降低水泥固井质量。
三、要求1. 精确控制压力:欠平衡钻井需要精确控制气体或液体的流量和压力,以确保其始终低于地层压力。
这需要使用高精度的仪器和设备来监测并调整气体或液体流量和压力。
2. 安全措施:由于欠平衡钻井会产生高压气体或液体,因此需要采取一系列安全措施来确保钻井过程的安全。
例如,需要使用防爆设备和安全阀等设备来避免事故发生。
3. 高效率:欠平衡钻井的目的是提高钻头进尺速度和降低磨损率,因此需要确保钻井过程的高效率。
这需要使用先进的技术和设备,并且对钻井过程进行精细化管理。
四、相关技术和应用1. 气体驱动式欠平衡钻井:该技术主要通过在井口内部注入氮气或天然气来实现欠平衡状态。
这种技术可以有效地减少岩石破碎度,并且可以提高钻头的进尺速度。
2. 液体驱动式欠平衡钻井:该技术主要通过在井口内部注入泡沫液或水泥浆来实现欠平衡状态。
这种技术可以在一定程度上提高孔壁稳定性,并且可以降低水泥固井质量。
3. 应用领域:欠平衡钻井广泛应用于石油、天然气勘探和开发领域,特别是在复杂地质条件下的钻井作业中。
例如,在高温高压油藏、薄层气田和致密油气藏等领域都有广泛应用。
五、总结欠平衡钻井是一种高效的钻井技术,它可以提高钻头进尺速度和降低磨损率,并且可以降低水泥固井质量。
然而,欠平衡钻井需要精确控制压力、采取安全措施以及实现高效率等要求。
在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的技术和设备,并进行精细化管理。
欠平衡压力钻井技术一、欠平衡压力钻井的概念欠平衡压力钻井Under Balance Drilling (UBD )是指在钻井过程中泥浆柱作用在井底的压力(包括泥浆柱的静液压力和循环压降),低于地层孔隙压力。
欠平衡压力钻井时,p b p p <,0<∆p 。
此时允许产层流体流入井内,并可将其循环到地面,地面可有效地控制。
UBD Pp >Pb = Ph + Pa + Pch二、国内外发展概况1、欠平衡压力钻井发展历史欠平衡压力钻井实际上是一种古老的钻井方式,直到1895年旋转钻井产生之前,绳索式顿钻钻井都是用欠平衡方式进行的,在当时技术条件下,利用欠平衡方式诱发井喷是发现油气藏的手段。
欠平衡-----井喷------油气藏从1895至1920这段时间里,旋转钻井是用清水作为循环流体的,为保证钻井安全和井眼清洁,1920年开始使用加有粘土和处理剂的混配钻井液体系,自此,超平衡压力钻井成为常规的钻井方式。
国外从30年代开始发展欠平衡压力钻井技术,当时用空气作为钻井液,钻速提高了2-3倍,同时还避免了许多井漏和卡钻事故。
70-80年代发展了泡沫技术,有效地解决了携岩问题,进一步推进了欠平衡压力钻井技术的发展,但由于成本和安全原因,这项技术在80年代停滞。
80年代末以来,由于专用设备和工具的配套,以及相应技术的发展,欠平衡压力钻井技术才又迅速发展起来。
欠平衡压力钻井技术以美国和加拿大应用为最多,技术和装备最先进,它们大都成立了欠平衡压力钻井服务公司;其次是英国、巴西、委内瑞拉、墨西哥等国也应用了欠平衡压力钻井技术。
我国从近几年也开始研究和应用欠平衡压力钻井技术。
2、国外情况欠平衡压力钻井技术是八十年代后期在美国德克萨斯州奥斯汀白垩系地层钻井时得以迅速发展起来的。
目前美国欠平衡压力钻井的井数已达2500多口。
美国和加拿大具有:(1)先进的欠平衡钻井装备(2)专业技术服务公司(3)配套的欠平衡钻井技术加拿大欠平衡钻井数目图欠平衡压力钻井作为能提高油气产量的一项重要技术,已在世界20多个国家和地区4500多口井上应用。
3、国内情况国内从九十年代中后期,开始引进国外先进的井口控制设备进行探索性试验,主要是胜利、中原、新疆、塔里木等油田,通过试验,取得了一些认识和经验。
胜利油田97年开始引进美国Williams 7100型旋转控制头和地面处理设备,并进行配套,98年开展了两口井的试验,取得了经验。
三、欠平衡压力钻井的优越性1、欠平衡钻井的优点(1)、减轻地层伤害,解放油气层,提高油气井产能。
对于低渗油气藏,压力衰竭的油气藏,这一优势更为突出。
(2)、有利于识别评价油气藏。
钻进过程中井内泥浆柱的压力低于地层孔隙压力,允许地层流体进入井内,这有利于识别和准确评价油气藏。
(3)、明显提高机械钻速。
欠平衡压力钻井比超平衡压力钻井井底岩石容易破碎,而且井底易清洗,机械钻速大幅度提高,同时减轻了钻头磨损,提高钻头的使用寿命。
(4)、减少或避免压差卡钻和井漏事故的发生。
(5)、减少完井后地层改造的费用(如酸化压裂等)。
(6)、节约钻井时间,降低钻井费用。
在水平井钻井中,产层裸露的面积大,时间长,地层伤害的可能性高,伤害程度也严重,而合理地运用欠平衡钻井技术,可以克服这些问题。
2、欠平衡压力钻井的缺点:(1)存在井眼不稳定的可能性;(2)有潜在的更大的风险;(3)钻柱的扭矩和摩阻增加;(4)钻井设备复杂;(5)需要更多的操作人员。
水平井技术+欠平衡技术是最有效的油田开发技术。
四、欠平衡压力钻井的适用条件1、适用的地层(1)、硬地层(固结砂岩和碳酸岩油气藏);(2)、裂缝性油气藏;(3)、致密性(低孔低渗)油气藏;(4)、压力衰竭的低压油气藏;(5)、水敏性强的地层。
2、不适用的地层(1)、胶结疏松的地层;(2)、塑性大、易蠕动的盐岩层;(3)、不稳定页岩地层;(4)、高压酸性气井。
3欠平衡压力钻井应用的局限性欠平衡压力钻井的应用在技术和安全上有一定的局限性(1)高压高渗透的深井(井控和安全原因);(2)出水量大的地层;(3)高产油气井;(4)环空压降高的小井眼井;(5)含多套压力体系的井。
经验证明,只有针对合适的地层制定欠平衡压力钻井计划,才能获得理想的技术经济效益。
在制定欠平衡压力钻井计划之前,要了解地层的一些特性参数,如下:1、确定地层孔隙度、渗透率和孔隙喉道尺寸分布。
2、确定是否存在孔洞和裂缝。
3、确定地层中是否存在敏感性矿物(如膨胀性粘土)4、确定地层流体的饱和度。
5、确定地层的润湿性(亲油性和亲水性)。
五、欠平衡压力钻井的关键技术(1)压差的合理确定(地层条件)(2)井筒内压力分布特征及计算(3)欠平衡条件的产生(4)欠平衡钻井的井控技术(5)产出流体的地面处理技术(一)合理压差的确定压差确定的基本依据:◆地层孔隙压力;◆井壁稳定性;◆地层流体的流动特性;◆对地层流体的地面处理与控制能力。
压差的大小与井底压力和地层压力有关,当地层压力一定时,仅与井底压力有关,所以有效地控制井底压力,就能保持压差的稳定。
(二)欠平衡压力钻井井筒内压力特征及计算环空流体是多相流(固相、气相、油、水等),多相流的水力计算是一个复杂的课题。
气体在井筒内运移或随钻井液一起上返,其形态是井深的函数。
1、井筒内压力分布特征欠平衡压力钻井井筒内流体一般为多相流体系,压力分布比较复杂,然而弄清井筒内压力分布特性,并进行精确的计算,对于欠平衡压力钻井的设计与施工至关重要。
对井筒内的压力,所关心的参数主要是井底压差,保持压差的稳定是实施欠平衡压力钻井的关键。
2、影响井底压力稳定性的因素(1)地面设备的工作状态(例如注气设备、泥浆泵的工作状态);(2)接单根(此时要停止注气,停止循环);(3)起下钻(起钻前要加重泥浆,起下钻时产生压力波动);(4)地层流体产出状态(流体类型、产液速度、气液比);(5)岩屑产量、形状、尺寸;(6)井底清洗效果;(7)局部地层压力亏空效应;(8)井眼的几何形状,钻柱的几何尺寸。
3、井底压力计算由井底压力的影响因素可知,欠平衡压力钻井的井底压力计算是一项相当复杂的工作,难以精确地计算,但这又是欠平衡压力钻井设计与施工的一项关键工作,必须想办法尽量进行较精确的计算。
为解决这个问题,国内、外发展了欠平衡压力钻井井底压力的稳态和非稳态(即动态)模拟计算软件,这为欠平衡压力钻井施工前对大量可供选择的设计进行评价优选提供了方便的手段。
(1)、稳态模拟井眼内的流体系统按两相流体系,并作如下假设加以简化:★忽略岩屑在泥浆中的滑脱,岩屑的返速与环空中流体的返速相同;★偶有过平衡状态,也无流体向地层漏失;★整个系统按牛顿流体(实际为非牛顿流体);★地层流体均匀进入井内;★气层不含流体,计算只涉及天然气的密度、粘度和溶度。
计算方法:把组成流体通道的环空和钻杆分成整个结构的一系列单元,每个单元的几何尺寸有长度、深度、斜度和直径,环空结构用偏心圆代表。
每个单元的计算结果迭加,即得井底压力。
(2)、动态模拟在欠平衡压力钻井施工过程中,很多情况会引起压力波动,井筒内的流体不可能或很难形成稳定流,井底压力也是波动的,例如图3-4 为现场记录的井底压力随时间的变化情况。
在这种情况下井筒内的流体被视为动态的非线性两相流或多相流系统。
井底压力 BHP (Bottom Hole Pressure )可用下式表示:as acc a P P P P BHP +++=h式中 h P —— 静液压力;a P —— 循环压降;acc P —— 流体加速压力;as P —— 井口回压。
以上四项压力都是动态的,决定于时间和系统的状态。
若给系统一个干扰,例如改变气体或流体的流速,所有项压力都会相应改变,换言之,干扰会导致系统的不稳定性。
下面分析一下式中每项压力的制约因素:h P 是气液体系平均密度的函数,其中气体的密度又是压力和温度的函数;a P 与环空流体的密度、粘度、上返速度和井壁摩擦系数等有关;acc P 是由流体突然加速引起的;as P 决定于地面回压阀的控制、气体和液体的速度及地面管汇情况。
在分析井底压力动态特性的基础上,要建立合理的动态压力的计算模型,如果对井底的动态压力描述不准确,控制不合理,将得不到预期的效果。
动态模拟的计算也类似于稳态模拟,用单元分割法。
(3)、把动态压力效应减至最小的措施综上所述,欠平衡压力钻井井底动态压力的影响因素可归结为两个方面,一是客观的井眼内非线性两相流(或多相流)体系的特性;二是人为的正常作业造成的对系统的干扰。
对客观因素可以通过分析,采取必要的人为措施,使流体的压力波动减至最小;对于人为因素可通过制定合理的操作程序和加强人员的操作技术培训来解决。
在UBD作业中,有不少作业要求经常中断井眼内的非线性多相流系统,例如起下钻、接单根、改变注气速度、测试及其它测量作业等,如果采取必要的、合理的措施,可使井底压力的波动减至最小,使之稳定在平均值附近,并且大部分的扰动会快速地消失。
在UBD作业中接单根和起下钻是两个最频繁的作业,应特别注意。
A、接单根接单根过程中造成压力波动的主要原因是停止循环失去循环摩擦,造成地层流体的产出增加,另一方面是系统中的流体分离。
失去的摩擦压降可通过增加井口的回压而得到补偿。
系统中流体的分离是时间的函数,为把其减到最小,一是减少接单根的时间,二是在钻具上安装浮阀,这样也可减少停止循环期间的流体分离。
使用顶部驱动装置也可以减少接单根的次数。
B、起下钻欠平衡压力钻井起下钻时常用静液压力把井压住,采用的液体最好是油层部位的自然流体,这样对地层的伤害最小。
另外起下钻时要控制起下钻速度,把动态效应减到最低限度。
(三)欠平衡条件的产生欠平衡条件是指负压差,产生负压差有两种方法:1、用常规钻井液密度,边喷边钻这种方法适用于孔隙压力较高的地层,用常规钻井液,使循环液柱的压力低于地层孔隙压力,自然处于欠平衡状态。
2、人工诱导产生欠平衡条件人工方式产生欠平衡条件有两种方法:(1)直接采用低密度钻井液,如气化的水基或油基钻井液,气雾或泡沫钻井液等。
(2)向钻井液基液中注入一种或多种非凝气,以降低钻井液基液密度。
非凝气的选择应以安全和经济为原则。
以下对常用的非凝气和注气方法作简单介绍。
常用的非凝气有:1、空气空气的应用有局限性,不适用于油水产量大的水平钻井;二是风险大,可能造成井下着火或地面爆炸,使用时要加一定量的惰性气体。
2、液氮液氮具有惰性和易获取的特点,是欠平衡压力钻井常用的流体。
3、现场产氮气在现场用压气机和产氮设备,用过滤器把氮气和压缩气体分开,然后对氮气增压,注入井内。
4、净化废气压缩机和原动机排出的废气经有效的过滤后可作为惰性气体注入井中。
5、甲烷气甲烷气与产层中的油气相容性较好,又无腐蚀问题,是一种较理想的气体。