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全过程欠平衡钻井配套技术的研究与应用

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全过程欠平衡钻井配套技术的研究与应用　里坤鹏（长城钻探钻井技术服务公司，辽宁盘锦１２４０００）　摘要：欠平衡钻井技术的突破不仅仅是工艺本身的突破，　更重要的是多种欠平衡钻井配套技术的突破。从初期的以解　决钻井工程问题和提高机械钻速为目的。到以发现和保护油气　层为目的的多种技术的配套应用，实现了钻井全过程的欠平衡　配套技术，提高了油气藏勘探成功率和开发效果。　关键词：钻井；油层污染；全过程；欠平衡；配套技术　在国外，随着欠平衡钻井技术的进一步成熟和井控装备的　发展，从初期仅应用于低压地层的欠平衡钻井技术发展到用钻　井液对较高压力地层实施欠平衡钻井的技术，如边喷边钻、不　压井起下钻等技术，以及能降低高压地层欠平衡钻井安全风险　的连续油管欠平衡钻井技术。目前，世界上已有２Ｏ多个国家使　用欠平衡钻井技术开发低压、低渗和低产油气藏，特别是衰竭　油气藏。加拿大在所钻的５０００多口水平井中有７００多口采用　欠平衡技术，此项技术已比较成熟，在有条件井上采用欠平衡　钻井其单井产量可达常规钻井的２－１０倍，大大节省了增产措施　的费用。近年来，国内欠平衡钻井技术也有新的发展，如新疆　的解放１２８井有效解决了钻井中遇到的一些复杂难题。　１问题的提出　在钻井、试油、等过程中都会不同程度地对储层造成伤害，　且部分伤害是不可恢复的，具体表现在：　１．１储层水敏损害较严重，属强水敏，是由多种因素造成的　水损害，这些因素包括：①水敏性矿物水化膨胀；②丝缕状伊利　石等的微细结构物，形成岩石中大量的微细孔及微细颗粒，微　孔增大了流体的流动阻力，微细颗粒在流体推动下运移、堆积，　堵塞喉道；③孔隙喉道表面大量的伊利石微细颗粒，使岩石的比　表面积成百倍增大，半径小于Ｏ．２５　ｍ微细毛管占毛管总量的　一半以上，造成强大的毛管力，形成对流体的流动阻力。这些　因素使须家河组储层水锁损害率达２０．４％－９４．９％，平均８５．３％。　１．２有一定的速敏损害，且岩心样品之间的临界速度值差　别较大（０．０５７８％一１．５９ｅｍ／ｍｉｎ）。　１．３存在酸敏损害，损害率达４．５％－４３．８％，随着ＰＨ值上升，　由于氢氧化物的产生如Ｆｅ（ＯＨ）３、ＡＬ（ＯＨ）３等，使损害率增大，损　害原因是酸蚀后岩石颗粒脱落，一、二次反应的沉淀物如氢氧　化物、硅酸盐等，以及它们与酸蚀形成的粘土膜等堵塞岩石孔　喉造成损害。　１．４钻井液（泥浆）对地层损害较为严重，渗透率损害率　３５．卜８５．６％，造成损害的原因为固相颗粒和滤液的水锁效应，　而滤液的水锁损害占总损害的９０％以上。　１．５完井过程中的损害主要为钻井液（泥浆）的损害，它占　整个损害的６１．１％～９８％。地层一旦被钻井液损害，靠地层自　身能量恢复，效果较差。　１．６压裂液对地层渗透率损害的主要原因是滞留水产生的　水锁损害，它占总损害的６７．１％以上。　目前尚无解除损害的有效办法。为有效保护储层降低储　层污染，最有效的办法是不让泥浆滤液和固相颗粒进入地层，　因此开展全过程欠平衡钻井技术攻研究与应用。　２全过程欠平衡钻井配套技术的设计　主要包括：适合欠平衡完井的储层选择；欠平衡完井方式　优选；欠平衡完井管柱优化研究及完井井下工具；欠平衡完井　操作规范和适用条件。　．　２．１考虑了注入气、基液、地层产出油、气、水以及岩屑等多　相的耦合，并结合油、气之间在井内随压力温度变化，相态的转　变，利用多相漂移流动模型，建立充气欠平衡钻井井筒多相流　模型；在此基础上，研究其数值计算方法，开发相应的数值模拟　研究预测。通过对欠平衡钻井井壁失稳机理进行了分析，研究　了泥页岩地层和非泥页岩地层的井壁稳定性，确定井壁稳定分　析条件。　２．２欠平衡钻井地质选井条件。　选择欠平衡钻井层位，其地层压力体系应比较单一，同一　裸眼段一般压力体系差值不宜太大。一般要符合下面条件：①　地层孔隙压力、漏失压力、坍塌压力和其他地质资料较清楚；②　地层稳定性好，不易发生坍塌，欠平衡钻井井段不宜太长；⑨储　层不含Ｈ２Ｓ或微含Ｈ２Ｓ，④储层能量有所衰竭的老气田｝　２．３合理井身结构确定。　井身结构是确保欠平衡钻井顺利进行的关键因素之一。　因此，设计之前需要认真分析该地区邻近井的地质、钻井、测　井、试油资料。建立坍塌压力、孔隙压力、漏失压力剖面，以确　定合理的井身结构。　３全过程欠平衡钻井配套技术的应用　针对低产、低压、低渗、不含Ｈ２Ｓ、砂体纵横向分布不均及压　力系数差异大的地质特点，为了及时发现天然气层和减少对　“三低”储层的伤害、提高钻进速度及解决工程地质难题为目标　的欠平衡钻井工艺技术。针对欠平衡钻井后期压井、固井作业　会对油气层造成不可逆转的巨大伤害，研究形成了常规欠平衡　钻井、不压井带压起下钻、不压井带压取芯、不压井带压测井、　不压井带压下油管完井等。　３．１欠平衡钻井工艺技术　①确定合理欠压值的方法；②欠平衡钻井液、完井液的选　择、设计和维护原则；③浅井气藏、深井气藏、柴油机尾气充气　钻井和纯天然气钻井的合理井口及地面装备配套方案及工艺　流程；④相对稳定的井口回压控制技术。　（下转第２５７页）　２ｏ１５年４月

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欠平衡钻井技术在东北工区的应用

欠平衡钻井技术在东北工区的应用

总第１２１期　

２００６年第　期　西部探矿工程　

ＷＥＳＴ—ＣＨＩＮＡ　ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｍａｙ．２００６　

文章编号：１ｏ０４—５７１６（２００６）０５－－０１７７—０３　中图分类号：ＴＥ２４文献标识码：Ｂ　

欠平衡钻井技术在东北工区的应用　

郭良栋　

（中石化华北石油局第五普查勘探大队，河南新乡４５３７００）　

摘要：欠平衡钻井是一项技术性强、风险性大、施工难度高的系统工程。欠平衡钻井能及时直观发现、评价油气层，减　少对储层的伤害。为确保，ｉ￣ｘ－安全，达到预期的欠平衡钻井效果，做到有预见性和科学性，在欠平衡钻井中应开展数值　

模拟研究，在研究中需建立精细的多个数学模式进行欠平衡钻井数值模拟，以此优化各项钻井参数，为欠平衡钻井设计　

和施工提供科学依据。　

关键词：欠平衡钻井；储层的损害；保护油气层；乳化柴油钻井液　

欠平衡钻井是一项技术性强、风险性大、施工难度高的系统　

工程。为了确保施工安全，达到预期的欠平衡钻井效果，做到有　

预见性和科学性，欠平衡钻井中应开展数值模拟研究。在研究中　

需建立精细的多个数学模式进行欠平衡钻井数值模拟，以此优　化各项钻井参数，为欠平衡钻井设计和施工提供科学依据。针对　

东北地区含油气资源丰富的低产、低压、低渗特点，为了及时发现　

油气层和减少对“三低”储层的伤害，加快钻井节奏、缩短钻井周　

期，达到提高东北地区油气勘探开发综合效益。由此可见，实施　

欠平衡钻井技术尤为重要。　

１欠平衡钻井的优势　

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，循环出井口并在地面得到有效控　制的一种钻井方式。它具有以下优点：①提高钻井机械钻速；②　

提高钻头使用寿命；③可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失；④　

能减少对储层的损害，更好的保护油气层；⑤能克服液柱的压持　

效应，提高破岩效率，解放钻速，缩短钻井周期，减少钻井液对储　

层的浸泡时间，可以安全钻穿严重水敏性地层及漏失层，避免大　

浅析欠平衡钻井技术原理及工艺

浅析欠平衡钻井技术原理及工艺

…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　

大牛地气田欠平衡水平井钻井技术

大牛地气田欠平衡水平井钻井技术

１０　探矿工程（岩土钻掘工程）　２０１０年第３７卷第９期　

大牛地气田欠平衡水平井钻井技术　

芦固芳　

（中国石化集团华北石油局三普石油工程公司，陕西成阳７１２０００）　

摘要：针对鄂尔多斯北部地区低压低渗地层，常规钻井工艺技术一直是制约钻井效率和及时发现有效保护油气　层、影响油气产能的重要因素。为此，近几年在鄂北工区大牛地气田进行了欠平衡钻井工艺和水平井钻井技术的　推广应用与研究。介绍了欠平衡钻井技术工艺概况、优点及在大牛地气田水平井中的应用。业已显示，欠平衡钻　井技术具有及时发现和有效保护油气层、提高机械钻速、及时评价低压低渗油气层的特点，同时提出了应用中存在　的问题和技术难点。　关键词：欠平衡钻井；水平井；机械钻速；储层保护；大牛地气田　中图分类号：ＴＥ２４９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７４２８（２０１０）０９—００１０—０５　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｕｎｄｅｒｂａｌａｎｃｅｄ　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｗｅｌｌ　ｉｎ　Ｄａｎｉｕｄｉ　Ｇａｓ　Ｆｉｅｌｄ／ＬＵ　Ｚｈｏｕ－ｆａｎｇ（Ｓａｎｐｕ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　ＳＩＮＯＰＥＣ　Ｎｏａｈ　Ｃｈｉｎａ，Ｘｉａｎｙａｎｇ　Ｓｈａａｎｘｉ　７１２０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｅｓｔｒｉｃｔｓ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｉｓ　ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｔｏ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｕｎｄｅｒｈａｌａｎｃｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　Ｄａｎｉ．　ｕｄｉ　ｇａｓ　ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｂａｌａｎｃｅｄ　ｄｒｉｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ印一　ｐｌｉｅａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌ　ｏｆ　Ｄａｎｉｕｄｉ　ｇａｓ　ｆｉｅｌｄ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｕｎｄｅｒｂａｌａｎｃｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｉｍｅｌｙ　ｄｉｓ—　ｃｏｖｅｒｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｆｏｒ－　ｍａｔｉｏｎ　ｗｉｔｌ１　ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｉｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｂａｌａｎｃｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌ；ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；Ｄａｎｉｕｄｉ　ｇａｓ　ｆｉｅｌｄ　

欠平衡钻井井底压力控制技术

欠平衡钻井井底压力控制技术

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。