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1、欠平衡钻井技术介绍,内容,一.国内、外欠平衡钻井应用状况 二.欠平衡钻井的基本概念三.欠平衡钻井技术的优点四.欠平衡钻井系列五.欠平衡钻井设备六.井口装备分级七.适应前平衡钻井的地层八.钻具组合九.欠平衡钻井前几个关键关节十.欠平衡钻井前几个重要步骤,50-70年代，四川油田进行边喷边钻的实验。70年代玉门、长庆、安塞、新疆等油田采用气、泡沫和充气泥浆钻井，多数井因地层出水而告终。八十年代中期及九十年代以来，国内新疆、中原、胜利、大港、塔里木、四川、华北、辽河、滇黔桂、吐哈、大庆、青海、长庆、新星等油气田和公司以及高校与科研院所相继又开始重视这项技术，投资引进设备，开展理论和技术研究，并进行了
2、较多的试验和现场施工，解决了钻井工程问题，保护了储层，提高了单井产量，获得了重大勘探突破。CNPC已经把欠平衡钻井技术列为重点应用技术之一。,一.国内欠平衡钻井技术发展状况,国 内,国外气体欠平衡钻井技术发展状况,1、20年代50世纪出现了以空气钻井为标志、主要用于地热、煤层气钻井。首先解决井漏，以提高经济为目的。（机械钻速是常规钻井的410倍、钻头寿命提高24倍）。2、6070年代为第一高峰期、由于设备、理论计算、化学药制剂以及国际石油危机的影响，导致被冷落。3、90年以后，油价持续低迷，各大石油公司被迫斥巨资进行技术研究。其目的是靠科学技术进步降低发现、开采油气的费用，从而降低油价。通过对
3、比，对于低压、致密、裂缝油气藏以及含水敏矿物，吸水势能高的储层采用常规的钻井和完井技术再进行大规模水力压裂改造，有效果但经济效益差。应用欠平衡钻井技术，消除正压差和 水敏，并以它对产层伤害最小等的优点，再次受到石油界的青睐。是继水平井之后的钻井新技术，与水平井联合具有无比的优越性。,国外气体欠平衡钻井技术发展状况,4、目前美国及加拿大的欠平衡钻井、完井技术已经商业化，形成欠平衡钻井技术研究、设备研制、技术服务三位一体的专业化公司。在该技术领域处于领先的公司是美国Weatherford公司，该公司包括下述8个专业化公司：AIR DRILLING SERVICES COMPANY、TESCO、EC
4、D、International Nitrogen Services、Alpine、Dailey、WILLIAMS、OILTOOLS公司。2001年加拿大欠平衡钻井总数占完成井的43%，美国大约1/3的陆地钻井使用了欠平衡钻井工具和技术。,1989-Rick Stone(Signa 工程公司)使用 Williams 1000 psi 旋转头在 德克萨斯 Austin 灰岩地层,首次进行液相欠平衡钻井“Flow Drilling”；1991-John and Vinson Williams 发明高压 Williams Model 7000 旋转头，并获得专利。,现代欠平衡钻井技术诞生,大港油田：A
5、、古潜山,储层的压力系数1.03左右。B、采用液体欠平衡技术。C、自99年到目前已经钻探井23口，开发井6口。其中乌深1井完钻井深5852米为全国之最。欠平衡钻井技术已经成为古潜山勘探开发的首选技术。,欠平衡钻井的应用实例（国内）提高勘探精度,邛西3井地层压力1.24，采用1.031.21泥浆，从34873572m使用欠平衡钻井，实现起下钻、取芯、电测、下油管作业均在不压井带压状况下完成。在须4段发现新气藏，测试45万m3/d。浅2井在浅1井原井场使用天然气钻井获11万m3/d产量,四川使用欠平衡钻储层发现新气藏和增产,大庆油田所钻的宋深101、卫深5井是松辽盆地的最大突破，表明了松辽盆地深层
6、蕴藏着丰富的天然气资源；长庆油田陕242井是我国首次真正采用天然气为循环介质钻成的；塔里木油田解放128井首次采用泥浆帽钻井技术，解决了井漏问题；青海油田开2井采用高密度钻井液欠平衡钻井技术获得突破；辽河高升油田开发枯竭油藏见到明显效果；吉林油田采用泡沫钻井液钻成了伊51井；吐哈油田在牛102井实验了欠平衡泡沫水平井钻井工艺，并采用油基钻井液钻成了侧钻井马1C井,CNPC现状对欠平衡钻井技术的优点的认识有待于进一步提高，克服保守观念。目前主要用于探井，解决发现问题。只有广泛应用于开发井提高采收率才能体现出该技术的优点；技术不完善。只能解决欠平衡钻进，欠平衡完井技术有待于进一步开发研究；关键装备
7、如高压旋转头、膜制氮设备、高压增压器、强行起下钻设备、柔性管钻井设备及随钻压力检测仪器、高压密闭循环系统国内还不能生产，完全依赖进口，使欠平衡钻井装备的投入大，操作费用高，影响技术的推广应用；,系统内研究单位、施工作业公司相互交流少，标准不统一，经验不共享，没有形成整体优势，影响技术发展和完善；缺乏有经验的欠平衡钻井工程师和培训计划；对欠平衡钻井目的和常规钻井污染机理的研究不够；欠平衡钻井设计施工缺乏多部门合作。,CNPC现状,1992 现在,已经开发出10 种 欠平衡钻井方法空气、天然气钻井；液体欠平衡钻井；密闭循环液体欠平衡钻井；雾化钻井；泡沫钻井；充气钻井；泥浆帽钻井；强行起下钻技术；水
8、平井欠平衡钻井；海上应用了欠平衡钻井工具和技术。,未来欠平衡钻井技术发展,将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。这项技术对预报和油层提高钻井速度具有重要意义，将广泛应用于低压低渗油田和老油田。,欠平衡钻井配套技术气体钻井完井配套技术 小井眼钻井完井配套技术 水平井、分支井钻井技术 大位移钻井完井配套技术 保护油层钻井完井配套技术,CNPC着重发展推广应用六项配套技术,井口装置与 井 筒流动情况,API 定义：钻井过程中主体产层流体流入井眼，并可将其循环到地面，地面可有效控制。这一技术称欠平衡钻井。ERCB（加拿大能源储备部）的定义：设计钻井液柱压力低于产层压力，若液柱压力不够低时，在钻井液中加
9、入空气或氮气，较低液柱压力必然引起地层流体流进井眼，这种地层流体必须循环出地面，地面可控制。,二、欠平衡钻井的概念,我们的定义：在钻井过程中钻井液循环体系井底的压力低于地层空隙压力，使产层的流体有控制的进入井筒、并将其循环到地面进行分离处理的钻井技术。,欠平衡钻井的概念,四、欠平衡钻井系列,1.气体钻井。包括空气、天然气、废气和氮气钻井，密度适用范围00.02g/cm3；2.雾化钻井。g/cm3。气体体积为混合物的96%-99.9%，常规的雾化钻井液含液量少于2.5%；3.泡沫钻井液钻井。g/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%-97.5%；,4.充气钻
10、井液钻井。g/cm3，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法。气体体积低于混合物体积的55%。,欠平衡钻井系列,5.液体欠平衡钻井,油包水或水包油钻井液钻井。密度适用范围为0.8-1.02 g/cm3；水或卤水钻井液钻井。密度适用范围1-1.30 g/cm3；常规钻井液钻井。密度适用范围大于1.10 g/cm3；采用密度减轻剂钻井液钻井技术，密度适用范围大于0.9 g/cm3。6.泥浆帽钻井(Mudcap Drilling)。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，是另类欠平衡钻井技术。,五、欠平衡钻井所需设备,气相欠平衡钻井需要专门的气体注入设备液体、充气钻井应具有一套
11、独立的分离和撇油系统对井口装置及钻具类型和组合的要求与常规钻井不同需要一些特殊的工具,旋转头液动阀节流监控系统（液体、充气）分离系统（液体、充气）空压机、增压器（气相钻井）制氮装置（气相钻井）,欠平衡钻井设备,点火装置防回火装置（液体、充气）撇油系统（液体、充气）硫化氢检测系统防爆系统流量检测系统强行起下钻装置,冷却润滑系统,1.新型耐高压耐磨密封胶芯；2.万能快速更换轴承总成；3.液压锁紧安全卡箍；4.正压轴承润滑；5.轴承水冷系统；6.动力控制系统；7.钻台控制监控台；8.数字信息采集系统DIGS。,旋转控制头轴承总成,防回火装置,太阳能自动点火装置,一级欠平衡钻井井口装置示意图,六、井口
12、装备的分级,二级欠平衡钻井井口装置示意图,三级欠平衡钻井井口装置示意图,七、适应欠平衡钻井的地层,低渗透砂岩油气藏低渗透微裂缝油气藏裂缝及溶洞油气藏过压实硬地层,八、钻具组合,钻具要求,使用18 钻杆；钻具外表面无毛刺。,常规钻具组合,钻头钻铤回压凡尔投入式止回阀18斜坡接头钻杆下旋塞六方钻杆上旋塞。钻头回压凡尔钻铤投入式止回阀18斜坡接头钻杆下旋塞六方钻杆上旋塞。,采用气相欠平衡钻井技术时，为防止在接单根时气液倒返，还要在钻进中每几个单根中加接一只回压凡尔（常闭式）。例如：钻头回压凡尔钻铤投入式止回阀18斜坡接头钻杆回压凡尔几个单根18斜坡接头钻杆回压凡尔几个单根18斜坡接头钻杆回压凡尔下旋
13、塞六方钻杆上旋塞。,九、欠平衡钻井前的几个关键环节,1.合理的井口回压设计 井口回压=地层压力-（环空压耗+钻井循环介质柱压力+欠压值）在欠平衡钻进过程中回压控制大小直接关系到井底欠压值的大小及是否能够达到欠平衡状态。一般井口回压设计为1.4.1MPa。2.井口装置的试压一般使用堵塞器单独对井口防喷器装置进行试压，环形防喷器试压到额定工作压力的70%，闸板防喷器、压井管汇试压到额定工作压力，节流阀后的部分比其额定工作压力低一个压力等级试压。每打一只钻头均对井口设施试压一次，确保万无一失。3.两套钻井液体系的准备根据地层压力确定合适的钻井液密度，在作业前准备两套泥浆体系：欠平衡钻井液体系、近平衡压井液体系（如果需要）。,十、欠平衡钻进中的几个重要步骤,1、钻井液体系的转换2、接单根3、换胶芯4、确定近平衡压井液密度（如果需要）5、起下钻,谢谢大家,
