欠平衡鉆井技術編輯推薦

《欠平衡鉆井技術》編輯推薦：《欠平衡鉆井技術》是作者精心為廣大讀者朋友們編寫而成的此書。《欠平衡鉆井技術》適合從事油氣勘探、鉆采工程、油氣田開發(fā)工程、應用化學的技術人員以及相關研究院所的科研人員、高等院校師生參考。《欠平衡鉆井技術》內容新穎，重點突出，能理論聯(lián)系實際。

1 緒論

1.1 編寫目的

1.2 提速鉆井

1.3 控制環(huán)空壓力鉆井

1.4 欠平衡鉆井的定義

1.5 欠平衡鉆井的歷史

1.6 進行欠平衡鉆井的原因

1.7 欠平衡鉆井與過平衡鉆井的對比

1.8 欠平衡鉆井的缺點和局限性

1.9 欠平衡鉆井分級體系

2 如何進行欠平衡鉆井

2.1 數(shù)據(jù)收集

2.2 評價

2.3 欠平衡鉆井的可行性

3 詳細鉆井設計

3.1 循環(huán)系統(tǒng)設計

3.2 流動模型

3.3 鉆柱及井下工具設計

3.4 設備選擇

3.5 井控策略

3.6 人員選擇

3.7 培訓和資格

3.8 作業(yè)程序

3.9 欠平衡井的完井

3.10 井下作業(yè)

3.11 工藝流程圖

3.12 鉆機與工區(qū)布置

3.13 健康、安全和環(huán)境規(guī)劃

3.14 詳細成本估算

3.15 欠平衡鉆井方案

4 重要的欠平衡鉆井事件

附錄1 欠平衡鉆井服務公司

附錄2 常用縮寫

參考文獻

一種替代方法是通過電纜將隨鉆測量工具回接至地面。這種技術在使用連續(xù)油管作鉆柱時曾得到成功應用。如果使用鉆桿，可采用濕式連接法，但這需要花費更多時間，這可能是一個限制因素。

鉆桿注入方式的另一個缺點是氣體會侵入井下橡膠密封件中。當橡膠件中有氣體侵入，然后起鉆到地面時，容積式馬達特別容易失效。一旦起鉆完成，由于膨脹性氣體無法從定子中迅速釋放出來，橡膠部件可能爆炸或膨脹。這種作用（爆炸式減壓）不但毀壞馬達，還影響所有井下橡膠密封件，導致馬達的頻繁更換。這對于鉆井作業(yè)而言成本可能十分高昂。為解決這種膨脹問題，已經(jīng)研發(fā)出專門的橡膠化合物，并不斷變更馬達設計。

大部分馬達供應商現(xiàn)在都可以提供用于這種井下環(huán)境的特殊設計的容積式馬達。但是，如果采用鉆桿注入方式，根據(jù)操作要求考慮采用全金屬渦輪。在地面進行鉆具卸扣時必須非常小心，以防鉆柱中存在任何高壓氣體。

3.1.10環(huán)空注入系統(tǒng)

通過同心套管柱進行的環(huán)空注入方式常用于各種海上作業(yè)項目（圖3.12）。如果井內安裝了合適的套管柱或完井油管，應用這種方法就是值得的。對于一口新鉆井，應在目的層上面安裝一根尾管。尾管通過一個改進的油管懸掛器回接至地面，懸掛器的作用是承受回接管柱的重量。

氣體注入套管與尾管形成的環(huán)空可以實現(xiàn)鉆井作業(yè)中所需的生產(chǎn)壓差。在最終完井之前起出回接管柱。對于較老的井，替代方法是在完井中使用氣舉偏心工作筒。在鉆井作業(yè)過程中，安裝這些設備可以提供合適的井底壓力。

這種作業(yè)的缺點是井眼尺寸和所需工具受到最小完井內徑的限制。但是，通過環(huán)空將氣體注入系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：在接單根過程中可以繼續(xù)注入氣體，因此可以提供更加穩(wěn)定的井底壓力。

通過環(huán)空注氣只是將單相液體泵入鉆柱中。好處是常規(guī)的隨鉆測量工具可以在最佳環(huán)境下工作，這對項目的操作成本能夠帶來積極的影響。

然而，該系統(tǒng)的缺點是必須有合適的套管／完井結構，并且為了達到所需的欠平衡條件，注入點必須足夠低。

為安裝回接管柱和注氣系統(tǒng)，還可能需要對井口進行一些修改。還必須要考慮需要鉆出較大的井眼以容納該系統(tǒng)，以及與環(huán)空注入相關的井控問題。

欠平衡鉆井技術基礎知識90年代以來國內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。

國內欠平衡鉆井技術近年來發(fā)展較快。國內采用該項技術完成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，在國內產(chǎn)生了良好的影響。

隨著國內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。