欠平衡完井基礎技術

欠平衡鉆井技術基礎知識90年代以來國內(nèi)外欠平衡鉆井技術的發(fā)展方向和趨勢 欠平衡鉆井技術是90年代在國際上成熟并迅速發(fā)展的一項鉆井新技術(圖3-1)。欠平衡鉆井又分為:氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井、常規(guī)鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井。在美國，欠平衡鉆井技術被稱為上游石油工業(yè)新技術，已經(jīng)成為鉆井技術發(fā)展熱點，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術相結合。國外欠平衡鉆井技術主要集中在井控、鉆井液、程序設計、特殊工具等方面

圖3-1 世界采用欠平衡鉆井技術增長趨勢的預測

自80年代以來，由于研制成旋轉防噴頭、空氣鉆井馬達等設備，又研究出各種往井筒中注氮的方法，使欠平衡鉆井工藝達到了大規(guī)模投入工業(yè)使用的程度，并呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的勢頭。其原因主要是人們對減輕地層傷害越來越關注，而且欠平衡鉆井有可能提高鉆速和減少衰竭油藏中的井漏問題。目前在國外該項技術已成為一種成熟的鉆井工藝。一些油公司曾報道，與常規(guī)方法鉆水平井相比，運用欠平衡鉆井技術使水平井產(chǎn)量提高了10倍。

目前欠平衡鉆井系列分為:①氣體鉆井，包括空氣、天然氣和氮氣鉆井，密度適用范圍0~0.02g/cm³;②霧化鉆井，密度適用范圍0.02~0.07g/cm³;③泡沫鉆井液鉆井，包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定泡沫鉆井，密度適用范圍O.07~0.60g/cm³;④充氣鉆井液鉆井，包括通過立管注氣和井下注氣兩種方式。井下注氣技術是通過寄生管、同心管、鉆柱和連續(xù)油管等在鉆進的同時往井下的鉆井液中注空氣、天然氣、氮氣。其密度適用范圍為0.7~O.9g/cm³，是應用廣泛的一種欠平衡鉆井方法;⑤水或鹵水鉆井液鉆井，密度適用范圍1~1.30g/cm³;⑥油包水或水包油鉆井液鉆井，密度適用范圍為0.8~1.02g/cm³;⑦常規(guī)鉆井液鉆井(采用密度減輕劑)，密度適用范圍大于O.9g/cm³;⑧泥漿帽鉆井，國外稱之為浮動泥漿鉆井，用于鉆地層較深的高壓裂縫層或高含硫化氫的氣層。欠平衡鉆井技術按工藝分類可分為兩種:流鉆(flow drilling)是指使用普通鉆井液的欠平衡鉆井;人工誘導欠平衡鉆井是指由于地層壓力太低，必須采用特殊的鉆井液和工藝才能建立欠平衡。

現(xiàn)在已有20多個國家應用欠平衡技術鉆井，技術先進的國家包括美國、加拿大、英國、阿根廷、墨西哥等國。這些欠平衡技術先進的國家，創(chuàng)造欠平衡條件采用的常用技術有:邊噴邊鉆;泥漿帽鉆井;立管氣體注入;環(huán)空氣體注人;連續(xù)油管鉆井。水、地層水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡鉆井的循環(huán)工作介質。散裝或膜濾氮氣、工業(yè)廢氣、空氣、氮氣和空氣的混合氣、天然氣和空心玻璃球都作為減輕劑或發(fā)泡劑。

欠平衡鉆井作業(yè)的關鍵技術包括產(chǎn)生和保持欠平衡條件(有自然和人工誘導兩種基本方法)、井控技術、產(chǎn)出流體的地面處理和電磁隨鉆測量技術等。近年來，欠平衡鉆井技術的進展主要集中在井控、鉆井液、程序設計、特殊工具等方面。國外目前已經(jīng)成熟運用新一代欠平衡鉆井技術，即在鉆進、接單根、換鉆頭、起下鉆等全部作業(yè)過程中始終保持井下循環(huán)系統(tǒng)中流體的靜水壓力小于目標油氣層壓力，同時欠平衡鉆井技術也越來越多地與水平井多分支井及小井眼鉆井技術相結合，有效開發(fā)了一些新老油田，其應用范圍日益廣泛，美國已將其列為21世紀急需的鉆井技術。

國內(nèi)欠平衡鉆井技術近年來發(fā)展較快。國內(nèi)采用該項技術完成60余口井，所用設備主要以引進為主。新疆、中原、大港、勝利等油田引進了一批設備，鉆成了一批欠平衡井，具有了一定的經(jīng)驗。"九五"期間大港油田針對前第三系深層勘探進行了欠平衡鉆井完井技術綜合研究，在千米橋潛山和烏馬營潛山采用低密度無固相鉆井液體系實施了欠平衡鉆井工藝技術，完井采用射孔完成，成功的發(fā)現(xiàn)了千米橋潛山億噸級的凝析油氣田，揭示了烏馬營潛山儲油氣藏特征。截止到目前，大港油田已經(jīng)先后引進了三套主要欠平衡裝置，成立了專業(yè)化技術服務隊伍，從設備和經(jīng)驗上都具有了很好的基礎。在以液體為介質進行欠平衡鉆井施工上，從設計及施工人員的水平、欠平衡裝備、現(xiàn)場施工中井口回壓控制等技術上都取得了一定的成功經(jīng)驗，在國內(nèi)產(chǎn)生了良好的影響。

隨著國內(nèi)欠平衡技術認識的不斷加深，該技術開始逐漸被應用于老油田的開發(fā)，今后欠平衡技術在國內(nèi)的應用范圍將逐漸擴大，設備配套國產(chǎn)化的進程將逐漸加快，實現(xiàn)全過程欠平衡將成為今后國內(nèi)各油田發(fā)展的目標。) r" A3 ]0 x2 m& b+ ~- Z t

欠平衡鉆井技術發(fā)展有如下幾個關鍵方向:鉆井模型分析;更有效的鉆井液;更有效的井底導向系統(tǒng)與馬達;有利于新的鉆井液的井控與地面分離系統(tǒng);集成化趨勢。

未來欠平衡鉆井技術將進一步朝安全、簡便和適用的方向發(fā)展。這項技術對于保護油層和提高鉆井速度具有重要意義，將廣泛用于低壓低滲油田和老油田。

國外主要鉆井技術發(fā)展應用情況

國外已經(jīng)實現(xiàn)了全過程的欠平衡鉆井、完井。

(1)欠平衡鉆井井控

'欠平衡作業(yè)中的井控可以通過鉆井液的流變性、循環(huán)控制裝備、節(jié)流器及地面分離系統(tǒng)來共同完成，最新的改進表現(xiàn)在以下幾個方面:

①額定5000 lb/in²靜壓力的旋轉控制接頭;

②完善的卸扣橡膠設計和組成;

③5000 lb/in²地面分離裝置

④自動節(jié)流體系;

⑤能應付大量產(chǎn)出液、鉆屑和鉆井液的地面分離系統(tǒng)

在加拿大，普遍采用能處理多達20X100000ft³/d氣體的密閉環(huán)型分離體系(敞開環(huán)型體系經(jīng)常用于其他場合)。雙密封元件環(huán)空分流器及其控制系統(tǒng)已應用于欠平衡鉆井中，旋轉式井口控制裝置是一種可以進行欠平衡鉆井的特殊設備，工作壓力達到了2000 lb/in²，目前4部鉆機中就有一臺鉆機采用旋轉密封裝置。Shaffer公司研制的隨鉆壓力控制裝置將球面旋轉防噴器與液壓和電子儀器控制結合在一起，為欠平衡鉆井提供了實際的裝置。