欠平衡钻井要考虑的事项和方法.pdf

f f 4 } 擗献 螭 、 ’ 国再钻井技术 第三卷1 ， 9 8 - T l t 2期 欠 平 衡 钻 井 要 考 虑 的 事 项 和 方 法 ．D B u t l e r 等 现在经济条件已促使石油和天然气 的经 营者为更有效地开采烃而试验新技术 。 这方面 的一项最新技术是欠平衡钻井 。 欠平衡钻井有 意识地改变井底循环压力 ， 使其低于油层静压 力。当继续钻进时 ， 这个欠平衡压力使油层流 体进入井筒， 避免了流体潺失和地层损害。许 多油层都适合于欠平衡钻井 ， 但当决定是否要 钻欠平衡井时， 经营者应谨慎小心。人们常常 认为， 用欠平衡钻井技术能从衰竭的油藏中增 加产量， 钻井成本也能被减到最低程度。然而 必须谨慎地使用欠平衡钻井技术 ， 因为欠平衡 钻井技术是复杂的 ， 并且涉及到许多不确定因 素。 因此 ， 在实际欠平衡钻井之前 、 钻井过程中 或钻井之后 ， 这些工程都需要进行综合分析， 以保证实现最大的效益 。 为什么要欠平衡钻井 欠平衡钻井不仅能通过产生的附加收益 来提高效益 ， 而且也能通过减少整个钻 井或完 井的成本来提高效益 。在许多地方， 欠平衡钻 井可能有助于获得最大的收益。这些收益包 括， 由于进行 了测试漏 失压力和 实时油藏试 验， 所以减少了完井或增产措施的成本； 由于 减小了地层损害， 所以提高了井的产能。 1 ． 地层损害 在钻水平井段时， 产层长时间被浸泡在损 害产层的液体中， 增加了限制继续损害地层的 可能性 。储层能量较低的衰竭油藏 ， 不能从井 筒周围地层中清除这些损害。 在常规钻井中有 t I ． ， S 孙 书 译 ／ - ’ ‘ 。 。 一 沙真银校 『 L 一、 l 各种各样引起地层损害的机理， 其中主要的是 固体堵塞孔喉， 减小了渗透率的恢复， 还因流 体侵入， 增加了液体的饱和度 ， 所以地层损害 可能影响经营者的生产收益和缩短经济油田 的寿命 。 2 ．完井或增产措施的成本 由于水平 井增产措施成本高、 复杂 ， 并且 常常是无效的 ， 所以欠平衡钻井具有优势 。在 欠平衡钻井中 ， 进入储层的流体可能最小或避 免紧靠井筒附近地层的损害， 通常不需要增产 措施。 一般来说， 当钻机最后作业时 ， 所钻的欠 平衡井便可下入生产管投产 。 3 ．井漏 井潺可能大大地增加钻井工程的成本。 当 钻井液潺进 包括井漏或昂贵的液体失去添加 荆 裂缝、 低压油层或高渗透性油藏 ， 就产生附 加的成本。 另外， 由于钻井液漏失， 引起压差卡 钻 ， 损失钻机时间， 所以可能使钻井成本升高。 在最坏的情况下 ， 如果被卡的钻柱不能 自由活 动 ， 那么钻柱可能被损坏 。这些 问题 的发生导 致钻井成本比钻欠平衡井高得多。 欠平衡钻井 可以减小或避免这些问题 。 4 ．钻速 人们发现钻速常随着 水平 井段长度的增 加而降低。这主要是减小 了有效钻压 ， 增加了 井眼的阻力 。 尤其是欠平衡钻井需要较低的钻 压 ， 以便保持不变的钻速 。 另外 ， 由于钻头端面 上液柱压 力减 小， 正在被钻 的岩石 更容 易破 碎。高能量的循环液体也有助于减小“ 压持作 维普资讯 国 外钻井拉求 5 用” ， 使钻头继续切削新岩石而不是碾压 已破 碎的岩屑。 5 ．实时油藏试验 欠平衡钻井为测试正在被钻进的油藏提 供了欠平衡的机会 特征数据的获得和分析 ， 使工程和地质人员便于识别和确定象裂缝、 致 密层、 尖灭、 断层和水层这样的地质异常。 油藏 工程和开发工程能用这些资料来确定储层的 非均 质性程度 ， 确定最优水平井段 的长度 ， 确 定将来开发 井的数量和井位 。 它也有利于有效 监控 开发速度 、 实时确定钻井深度 、 井 眼方位 和全井的变化。在某些情况下， 为了节约钻井 成本， 当获得经济的开发速度后， 水平井段的 长度可以设计减少 7 5 。 创造欠平衡钻井的条件 通过改变一些参 数可以获 得欠平衡钻井 的条件。在井筒几何尺寸、 注入流体类型、 流 速、 地 面控制 措施和注入方法方 面有许 多选 择。最优的选择取决于一定的油藏条件， 如油 藏类型、 驱动机理、 级别、 地层深度、 压力、 目标 压降和经营者的特殊要求。 通常是改变注入液 体、 气体的类型和速度来控制井底压力。由于 大多数经营者已经指定了井眼和钻具的尺寸， 所以应首先检查规定的几何尺寸 必须考虑规 定的井眼／ 钻具 尺寸不允许严重影响钻井、 排 泄钻屑和生产或注入流体 。 在新井中这可能不 是 一个严重 的问题 ， 因为井眼／ 钻具尺寸通常 能被改变 ， 而在老井重钻的井眼里 ， 井眼／ 钻具 尺寸已固定， 为了满足各种参数要求， 需要进 行调查 。 井下压力状态的存在、 注入流体的类型及 液体对砂层表面和顶替液的影响对欠平衡钻 井至关重要 油藏 的压降必须控制 ， 至少要被 监视 ， 以维持欠平衡条件。在欠平衡钻井过程 中， 可利用精确数据监控和多相流模型来分析 压降和注入物之间的关系。 多相 流模拟软件应该包括对几 种不 同流 体流型的选 择 ， 以便调 整注入流体和 产 出流 体 ， 最后确定流动状态和流速 。在计划描述软 件系统的整个运行范围和这个系统对油藏流 人物变化 的敏感程度的过程中， 使用计划的井 底循环压力 在欠平衡钻井过程中， 要预先确 定来自水平井筒的流人物是极其困难 的， 因此 必须在程序中设计流八速度的范围， 以保证它 成功地完成运行 一般 以经营者期望开发速度 的 5 O 、 1 0 0 和 1 5 0 来模拟和评估流人物 。 在水平井段要使产量、 压降和地面的回压相协 调 ， 关键是保证计算 压降 在规定压降的情况 下， 完成不同流速的一系列试验， 其 目的在于 确定一个成功可能性 最大的流量范围， 而且要 确保出现不同于预计的油藏流人物时仍然有 效 关于现场服务和设备 1 ．整体服务 从开始计划阶段就需要多学科的研究 。 这 个研究应该由来自于经营机构的油藏、 地质、 钻井和开发人员及服务公司的专家们完成。 欠 平衡钻井需要一整套不同的服务和设备。 各个 方面的作业必须以协作的形式来组织 ， 以便增 加成功完成工程的可能性 。 不同的和特别指定 的服务必须被结合在一起， 以形成相关的作业 机构。只有通过这种研究， 才能真正制定和完 成优选钻井的计划 2 现场工程 从传 统上讲 ， 对 一般钻井 作业的工 程报 告， 通常由管理机关提供 钻井工程师将写出 钻 井计划 ， 从 有关先进的作业 中获得经验 ， 然 后完成现场坚硬地层的钻进。 井场需要地质专 业人员， 因为对于返到地面的岩屑进行实时处 理 ， 对整个井的成功是必要的。成功地钻一 口 欠平衡井 ， 需要对 钻井和生产参数 的实时处 理 ， 所以模拟的环节应该服从于从工程学科中 成长起来的地质学家的思路 欠平衡钻井作业需要现场人员认真实旅 监督工程的规定 ， 保证通过服务 中心对所有服 务都进行协调和控制 现场观察显示 欠平衡 钻井服务工作常常协调得不好， 最后导致经营 者追加成本。 维普资讯 6 国界钻井技术 第十 三卷1 9 9 8年第 2期 现场人员通常不适应与常规钻井技术有 区别的欠平衡钻井措施 ， 因此不能保证欠平衡 钻井工作的各个方面都象计划中指定 的那样 来进行。 现场钻井人员可能不熟悉常常引起一 般故障的欠平衡作业 ， 因为有关欠平衡作业的 日费是极高的 ， 所以要强调的是避免现场之 间 及现场和管理机关之间的不必要的延误 。 开始钻井时， 油藏注入物很可能改变 ， 现 场人员必需对注入混合 比的变化及时采取措 施 ， 以便保持最优的欠平衡钻井条件 。注入混 合 比的变化是以改进多相流模型的结 果为基 础的。 另外 ， 在评估地面压降、 推导注入物性能 关系的钻井过程中和有关质量监控方面， 可以 用计算机模拟来提供井筒生产能力的资料。 这 个分析提供了在定性基础上推断一个横截面 在指定期 间的生产能力的唯一机会。另外 ， 局 部油藏数据能被用来帮助把地质样品分析 与 测井图进行对 比。 3 ．流俸处理 在欠平衡钻井作业中， 流体处理措旖是关 键 。在各种作业的情况下 e P 钻井、 起下钻 、 循 环和接单根等 ， 这个 封闭系统必须保证 岩屑 取样和气体的排放 ， 必须允许井队人员使井流 动或压井 。 井筒的流 出物必须通过适当尺寸和 适当结构的分离器 。气体从分离器中出来后 ， 到达装有 自动点火系统和火焰扩散系统的天 然气火炬装置 。原油和水在分离器中被分离， 并被抽 出单独计量 ， 然后 存储 在井场 的容 器 里 。 所有对罐有压力的烃都应该被排放到天然 气火炬装置。如果存储容器不足的话， 原油可 以被运输到外部容器中， 水将被重复利用或被 排到指定的排水池中。作为附加的安全措施， 所有的液体罐 的周 围都必须有防火堤及消防 通道 。 地面设备的布置应妥善设计， 以免井队人 员受到有毒烟雾和易燃液体的侵害。 设备的布 置必须保持与井 口和所有可能产生火花的装 置有足够远的距离 距离的远近必须满足相应 的规范和经营者的规定。根据本地区的风向， 天然气火炬装置应该被安放在下风头。 4 ．旋转分流器 钻 井时 ， 井的控制用旋 转分 流器来完成 。 保持系统密封时 ， 旋转分流器为原油和天然气 从井中流出提供了通路 。 现在使用的旋转分流 器有两种基本设计 。 第一种是把液 压加到环空 密封件上， 因此在钻柱周 围产生一个压力硬密 封。第二种设计有一个紧配合的橡胶密封件 ， 它利用环空压力来加强钻柱周围的密封效果 。 所需防喷器的类型取决于钻井的类型。 要 考虑的因素包括井深 、 期望 的环空压力、 流体 是否含硫及操作措施 。从根本上讲 ， 如果分流 系统失效时， 防喷器必须能使放喷或压井工作 交替进行。由于在生产层钻进时井是活跃的， 所以在井场应该有足够 的压井加重流体 。 注气的选择 空气、 液态氨 、 井场生产的氨气 、 过滤后的 废气或就地生产的容易得到的甲烷， 都能和液 相一起注入 。 上述各种气体都有其物理的和经 济的限制条件， 所以做适当的分析有助于决定 钻井中注入哪种气体更适当 。 任何一种气源都 不要影响其它气源的使用。 1 ． 空气 根据技术 资料记载 ， 用空气作为降低井底 压力、 增加机械钻速的方法具有长久的成功历 史 。 然而 ， 人们公认 ， 对于钻必要的“ 干” 井和不 从水平井段 中生产大量的油和水来说 ， 空气钻 井 技术是被限制 的。另外 当用空气钻 生产层 时 ， 可能存在相当大的危险 。当空气被用作注 入气体时 ， 在这个系统的任何一点都可能产生 可燃混合物， 从而导致井下着火或地面爆炸。 井下着火将引起打捞工作、 底部钻具的损失， 最后可能导致填井 。 地面爆炸对人员和环境都 将引起极大的危险。 如果打算把空气作为注入 气体。 那么我们强烈建议用含有预先确定浓度 的惰性气体 例如氮气 的混合物体系。 空气和 氨气的确切混合比例， 必须通过就地情况的燃 烧分析来决定。 适当的试验室试验可能由燃烧 工程专家来完成。在加拿大的一般作业中， 通 过应用这项技术， 液态氮的成本巳被减少到每 维普资讯 国界 蛄井技术 天 3 5 0 0 0美元 。 空气钻井设备占用相当多的资金和消耗 相当多的燃料 。 当井下着火的危险和 由高含量 氧引起可能腐蚀的影响同时存在时， 空气钻井 的经济吸引力将被减小 。 2 ．液态氮 在欠平衡钻井技术发展初期 ， 散装氮气或 液态氮被用作标准的注入气体。 由于氮气的惰 性和容易得到 ， 所 以它最先被使用 现场经验 表 明 液态氮的成本高达总成本 的 2 5 。 在一 口设计合理的欠平衡井中， 氮气的注入速度几 乎总是随着水平井段长度和产量的增加而变 化 ， 因此氮的生产成本与注入泵量有关。当需 要增加氮气注入量时， 这个经济关系可能严重 地限制了现场工程师证明它的合理性。 精确地 评估和控制成本是极其困难的， 因为氮气注入 量的增加可能使其成本严重超过预算。 在特殊 的情况 下， 较高的 日费 包括用氮量和有关泵 的费用 ， 使人们常使用给定的散装氮气， 而拒 绝市场上可能得到的替代物 。 如果在较短的时 间 内， 水平井工程 需要相对少量的氮气 ， 可能 认为用散装氮气比较经济。 因此反对动用大量 的设备来提供一个注入气体的替代源 又因为 液态氮基本上是纯的， 所以在束缚水中观察腐 蚀和跟踪氧气都不成问题 3 ． 现场生产的氮气 对液态氮的一个非常经济有效的替代物 是利用现场生产的氮气。 这样增加氮气的注入 量与经济的矛盾不再存在， 因为氮气的消耗与 费用不再有联系 现场生产的氮气按天付费。 氮气生产设备包括空气压缩机和通过过滤介 质， 从压缩空气中分离氮气的装置。由于氮气 和氧气的分子体积不同， 所以氮气通过过滤介 质， 而氧气被排到大气中 然后氮气被增压到 立管压力， 注入井底。 应该注意 现场氮气发生器的能力受压缩 机能力 在足够的输入压力的情况下， 输入足 够的空气 的限制 我们强烈建议在开钻之前 ， 需要对供气 装置进行最大输气能力的试验 。 这 个试验应该在不包含氧气和最大纯度氮气的 情况下来完成 ， 这 个试验证 实的最大输气 能 力， 在实际作业中不取决于公布的数据， 因此 避免了在钻井过程中， 较高 的输气速度带来的 意外麻烦 。现场观察 表 明 输 气能力规格为 1 5 0 0 标准立方英尺的氮气发生器 ， 在 5 氧气 的情况下， 每分钟输 送 1 0 1 5标准立方英尺 的 氮气， 因此必须注明氮气的纯度和系统的输送 能力。 一般来说， 用纯度达到 9 5 的氮气来钻 井。在氮气发生器出口端 ， 氮气的输送速度随 着其纯度的增加而大大地减小 。 周 围温度和地 面海拔高度对压缩机的输送能力和可能的速 度也有极大的影响。应当指出 ， 因为没有完成 正式 的燃烧研 究， 所以前边 所指的 9 5 的纯 度没有考虑系统的易燃性。 过去用现场氮气发 生器的经验已经表明这是安全的。 因为在采出 的水中含有氧气， 所以腐蚀也已被观察。详细 的腐蚀研究， 应该在一口用共生水所钻的井上 来完成。 4 ．净化的废气 为了在立管压力的情况下提供足够量 的 注入气体， 井场需要压缩机。经有效的过滤处 理之后， 来 自压缩机原动机的废气可以被用作 惰性注入气体 。 这是其它注气源 中很经济的替 代物 。 5 ．甲烷气 甲烷气可能是惰性气体的可行的替代物。 经济学方法具有预测注入速度 、 确定气源位置 和预测使用时间的功能。 经营者必须考虑把销 售油品的管线连接到井场的成本和火炬燃烧 销售气体的直接成本 。一般情况 下， 较低注入 速度或短时间钻井作业， 可以不用销售气体。 销售气体的优点是它与生产的烃的相容性和 不需要考虑腐蚀问题 测 量 技 术 用可压缩气体钻井时， 常规 的测量工具是 无效的 。当钻欠平衡井时， 把测量信息传到地 面有两种选 择。在甩钻井工具 电磁测量 IV r WD 的同时 ， 用 电磁测量 它是通过大地而 不是通过钻井流体来把电信号传送到地面 是 维普资讯 8 国界钻井技术 第十 三卷1 9 9 8 年 第 2 期 受欢迎的传递测量信息的方法 。 然而局部高电 阻率的地层可能中断信号 。 在电磁 MWD工具无效的地 区， 需要用测 井电缆传递测量信息 。 这 种方法需要在井底传 感器和地面之间的钻杆里下入导线 。 一种湿连 接系统允许不起出整个电缆而进行连接。 使用 这种连接系统， 可使测井电缆做最少的修补。 然而， 现场观察表明 用测井电缆传递测量信 息， 可能需要过长的连按时间。 按单根后 ， 再次 进行湿连接 的失败 ， 可能导致 另外的 时间延 迟 。 一 天 内的时 间 图 1 生产速度一3 0分钟取样 一 1 0 0 一 天内的时问 图 2 生产速度 一5分钟取 样 数 据 采 集 进行欠平衡钻井时， 必须不断监视操作参 数。某些参数的微小变化， 可能影响系统的平 衡 。最初， 数据采集过程是用手工把数据记录 到纸上， 现在已发展到把连接直播卫星的综合 计算机系统与数据处理 中心联网。 现场经验表 明， 这两个极端都是不可取的。 第一， 数据转化 和滞后 时间问题 ； 第二 ， 极高的成本和不必要 的复杂性 。有较高愿望的经营者 ， 使每一个服 务公司对他们收集的数据负责， 确保它的完整 性。 另外每个公司必须适当地格式化他们的数 据 ， 以便使现场工程师容易地分析它们。不能 过高地估计适当数据转化的重要性。 图 1 和图 2表明了速度连续控制 的重要性。图 1 表示随 机记录的气体生产速度的变化。 图 1 和图 2 分别为按工业标准 3 0 分钟 取样 间隔和 5分钟取样间隔测绘的天然气生 产速 度图 。 就象看到的那样， 由于作 业是动态 的， 所 以天然气的生产速度有很大的变化， 如果不连 续监控作业参数 ， 这些波动将注意不到 ， 不平 衡的实际状态将不能确定 。 另外需要现场欠平 衡钻井工程师评估实时作业 。 为了设计和管理欠平衡钻井作业 ， 需要对 钻井技术有一个清楚的和基本的了解 。 因为欠 平衡工程仍是钻井工程 ， 所以对欠平衡工程负 管理责任的人员， 应该是具有水平井和欠平衡 钻井的的管理专家 。 考虑到以上情况， 当把一般的知识用于欠 平衡钻井时必须谨慎小心。通常， 在一般钻井 过程中， 警告井下将要发生问题的标志， 在欠 平衡钻井过程中可能见不到。例如， 在一般钻 井作业中， 增加注入压力可能引起井眼的不清 洁和被钻屑堵死。 在泥浆振动筛上减少固体 的 返出， 可以证 实这个问题。由于欠平衡钻井系 统是密闭的和可压缩的， 所以立管压力的反应 不可能被及时的注意到。另外 ， 到密闭地面系 统的返出物都被确定了路线 ， 所以确定固体返 出的体积是非常困难的。 利用油气分离罐中的 取样体积 ， 是确定固体返出体积的唯一方法 。 欠平衡钻井作业是复杂的 。 对流动条件作 任何变化之前， 都需要作周密的分析。欠平衡 钻井人员应能根据发展趋势分析操作参数， 以 便决定某些问题是否正在发生。 维持欠平衡钻井条件 为了获得最优的结果 ， 在整个井段必须维 持系统的欠平衡条件。 因为许多因素可能相互 作用， 所以从技术上维持欠平衡条件是不可能 的。 这些因素包括 水力截面积、 生产流体的性 质、 多相流的流型 、 压降程度、 注入物和表面流 体速度等 。当在一个范围内工作时 ， 必须考虑 这些因素 。如上所述 ， 为了扩大操作参数的范 ∞∞嚣 加 0 一 一 维普资讯 国界站井技术 9 围， 作业的范围也应该被扩展。图 3 描述了对 于特别的一组参数 ， 井底压力与氮气流入速 度 的关系。 l 0 10 20 30 40 50 氯气注遗窿 M3 册 图 3 操 作范 围 粗线表示油藏的压力。 建议的氮气注入速 度为 9 4 1 m。 ／ min。 最优的速度只能通过考察 环 空速度分布和井底马达可能得到的水马力 等作业因素来确定。 注入速度必须足够高， 以 便发挥气举作用的优势， 而不引起过大的摩擦 损失和气举成本 。记住这个范 围只对一定的 作业参数有效。 上边提到的各种因素也能相互 结合 ， 使这个图形在任何方向上移动。由于这 个原 因， 在钻井过程中对作业参数和井底生产 速度进行监控和实时模拟很关键 。 常规钻井作业 常规的作业措施也可能影响整个工程的 成功 。象接单根 、 测井和起下钻这样的常规作 业， 可能引起高密度的段塞进入系统， 使在地 面维持欠平衡的条件变得更困难 。 每一个钻杆 接头都可能使系统引起环空流体段塞。 环空流 体段塞主要发生在停泵时。 环空段塞的严重程 度主要取决 于所生产烃的类型、 油井在 自身能 量下流动的能力和注入混合物 中流体浓度的 情况 。 例如， 井生产相对少的烃气 ， 并且有相当 大的流体浓度， 那么一定流体的段塞将在井底 形成 。现场观察已经清楚地表明 在循环中断 的过程中， C H． 和系统 中的氮气在井筒中分离 开。 对于一个低能量气井， 在接单根之后， 精 确的生产数据监控显示 在相当大的气体峰值 之后 ， 气体产量减小。由于流体段塞是由注入 流体的分离而形成的， 并移动到地面， 所以气 体的产量被减少 。最后段塞从井中被清除 ， 随 段塞而流出的全部压缩气体在地面膨胀 。 随着 产量的增加 ， 这种现象越加明显。 在边远生产 井中避免环空段塞 是极其 困 难的。在接单根或起下钻之前 ， 用气体清洗钻 杆可能减小这个影响 。 避免流体段塞的唯一方 法是对钻杆及环空增 加气体冲洗时间。很明 显 ， 由于需要很 长的开泵时间， 所以这不是长 久之计。 另外 ， 由于气流吹干了井眼， 钻杆阻力 明显升高。 由于地层载荷的原 因， 正在生产流体的井 可能继续显示流体段塞。在停泵时间里， 增产 流体的措施实际上可能压住它们。 在这些情况 下 ， 再开始 向钻杆注入气体／ 流体则引起严重 的问题 。通常不能建立循环 ， 钻头必须下井并 以划 眼的方式逐 步进入井 中， 然 后 向下 吹流 体 ， 钻头最后到达井底重新开始钻井作业。处 理这个问题的成功方法是 在下钻杆之前， 关 闭通到分离器的出油管上的大闸f -3 。 作用在井 上的合理 回压 ， 保持流体与系统的长时间的平 衡 ， 以便在没有过高流体裁荷的情况下完成连 接 。 最高机械钻速与有效机械钻速 在讨论 了流体段塞之后 ， 井底压力能被有 效的影响， 钻欠平衡井的 目的可以被综合考 虑 ， 使其变得更加明显。 用常规钻杆， 不控制钻 井速度 ， 可能导致意想不到的过平衡状态 。如 果对每一个含有增加钻屑浓度的流体段塞 ， 在 接单根之前通过系统循环返到地面没有足够 时间的话， 那么它 们可能积累 ， 对过 平衡 井产 生足够的 回压 。 高分辨率的生产数据帮助工程师决定最 优的接单根频率。 观察结果 图 2 显示出与流 体段塞到达地面有关的生产数据的峰值和低 谷 。 对于可能获得最大稳定的机械钻速的问 题， 流体段塞的现象有着非常重要的影响。如 果在接单根时地面上只观察到一个流体段塞， 那么就可以说系统处在注入、 生产和机械钻速 维普资讯 1 0 国外钻井按 术 第十 三卷1 ， 8 年 第 2 期 的平衡状态。如果观察到一个以上的段塞 ， 那 么系统就不平稳。保持或增加机械钻速， 将最 终导致打破系统与流体的平衡 。因此 ， 在钻井 过程中严密的监控生产数据具有头等重要 的 意义 有效机械钻速是通过必须从井中清 除流 体和岩屑的整个开泵时间来定义的。 最高的瞬 时机械钻速是通过加深 井的开泵时间来修 正 的。 不顾段塞在井中的位置提高机械钻速会使 井中有足够 的岩屑 ， 以致 引起堵 塞和卡钻 问 题 。用常规钻杆时 ， 有可能使这些影响减到最 小 ， 但现在的技术不可能避免这种影响。然而 挠管钻井可 以避免流体段塞 。 误 解 欠平衡钻井作为一项相对新的技术， 存在 有许多误解。四种通常的误解是 地面生产烃证 明系统处在欠平衡状态{ 把空气钻井的概念应用到欠平衡钻 井 中； 在钻井流体中氮气越多越好 ； 欠平衡钻井可能减少边远井。 许多人以为在钻井过程中生产烃， 就证明 井是在欠平衡状态下被钻进 。这不是实事， 而 是危险的简单的消费。在水平井段 ， 由局部油 藏流入物而合成的较大压降， 导致在接近套管 鞋处欠平衡 ， 而在钻头处过平衡。这意味着当 地层损害和 或 在钻头处发生流体漏失时， 地 面上生声的烃可能是在套管鞋处产生的。 很明 显这破坏了欠平衡的目的。 在高渗地层， 井眼净化 、 大量注入物和 在 钻头处合成的井底压力之间的关系是没有完 全理解 的另一种现象 。由于井 眼的阻力 问题 ， 操作者常常感到加压困难。 环空流速的计算是 以达到地面的流速和水力截面为基础的。 建立 井眼应该适 当的净化。 然而分析和现场观察显 示有随动现象发生 。 在井底油藏压力和地面作 业 压力差的作用下 ， 在套管／ 钻柱段处固定 的 水力截 面积允 许流体／ 气体 以最大的速度通 过 。对于极高产能的井 ， 井筒的流量可能达到 这个极限。由于水力截面被饱和 ， 所以注入的 多余流体和气体必定滴入地层 。 因此分析通过 整个截面的环空速度， 将在钻头处或接近钻头 处显示出一个有效的起 点速度 。 随后流体和钻 屑不能通过这一点 ， 引起 井滴 ， 在裸眼 井段 造 成地层损害和可能的堵塞 。 总之， 烃的生产只证明井在水平段的某一 点是欠平衡的。 只有通过直接的测量或模拟环 空压力 ， 才能证实欠平衡钻井的状态 。 现场经验已表明 人们缺乏对用多相流体 钻井的基本的了解。 把空气钻井的原则用到欠 平衡钻井的工程中 ， 可能是灾难性的事情。当 增加气体注入速度可能出现问题时， 有人提出 试图通过减小液体的注入速度来改善井 的净 化条件。 这常常导致为携带岩屑提供能量的多 相流体中缺乏液体。然而 ， 没有足够的液体来 润湿钻屑， 使其变成象糊状一样的粘稠， 导致 井眼堵塞和卡钻问题 。保持欠平衡状态时， 为 净化井眼增加液体注入速度， 对大多数只有空 气钻井经验的人来说是直观的。 由于附加的摩 擦损失 ， 增加气体注入速度 ， 实际上可能也增 加井底压力 。 许多欠平衡作业被注入过量的氮气所影 响。当注入氮气增加时 ， 井底压力和机械钻速 显示出正的影响 。为 了增加这些效益 ， 有进一 步增加氮气注入速度的趋势。 然而对于给定的 系统 ， 能允许的氮气量是有限的 。注入氮气的 目的是减小液柱的压力 ， 从而减小井底循环压 力。然而， 增加氮气流量也增加了流体速度和 摩擦压力损失。 由于流体速度可能抵消了减小流体静压 头的好处 ， 所 以如果注入太多氮气 ， 就会有过 多的摩擦损失 。 当氮气流量大于每分钟 2 O re ， 这种影响在图 3中被表示出来 。请记住 它所 显示的作业范围是对特定的井眼尺寸、 钻杆尺 寸、 地层深度和裸眼长度而言的。 另外 ， 当选择 最优的氮气注入流量时， 必须考虑钻井、 采油、 油藏和地质等方面的情况 。 欠平衡钻井能改善某些井的生产能力， 但 它不能影响油藏传递流体 的能力 。 如果 井的生 维普资讯 国外 鲇井 接术 产能力被井筒周围的地层损害所限制， 那么欠 平衡钻井可 以改进生产能力。 但是如果油藏是 低渗透的 ， 并且烃流动的很慢 ， 那么欠平衡钻 井可能不是经济可行的 ， 因为它很少或不能使 产量增加。 ． 因此在决定采用欠平衡钻井之前 ， 理解为什么给定的井或给定的油藏流动性差 是关键 的。 考虑经济的重要性 当考虑有关完成井的成本时， 欠平衡钻井 作业成本与常规井基本相同。 有关欠平衡钻井 的附加成本包括 氮气的供应 、 封 闭系统的地 面设备 、 数据采集设备和电磁 MWD工具 。然 而节约完井成本可能是更现实的。另外 ， 在某 种情况下， 钻井过程中所产生烃的价值， 有可 能支付整个钻井作业的费用。在其它情况下， 增加 的烃 的产量可能增加整个开发过程 的盈 利能力。 为减少昂贵的钻井问题所花的附加费用 是合理 的。然而 ， 欠平衡钻井最重要的好处之 一 ，是能实时评价油藏 。这使经营者有可能更 精确地定性油藏， 并为当前及将来的开发调整 勘探策略 。 结 论 欠平衡钻井是能帮助经营者使油气田开 发 获得最大盈利能力的--N相当新的技术 。 在 某些情况下， 欠平衡钻井实现了产能的极大增 加， 但这项技术不可能适应于各种油藏 ， 不应 该无保留的使用它。 使用这项技术能寻找地层 损害、 井漏和低钻逮等问题的原因。钻欠平衡 井的一个重要好处是能实时研究油藏。 能以各种方法 获得欠平衡条件 ， 对于特殊 井的最优选择 ， 将需要钻井、 开发、 油藏和地质 人员的参加。 欠平衡钻井过程需要把多种设备 和人员集结为一个作业整体。 能够用合适的多 相流体软件来精确的模拟这个过程。 需要连续 的数据监控和分析。 象对任何新技术都存在许 多误解一样， 对欠平衡钻井也存在误解。然而 不断地研究将帮助解决这个问蹶， 使用优化的 欠平衡钻井技术 ， 可能是非常有利的。总的来 说， 要评价现场特定 的基础工作的优点和成功 地增加盈利的能力 ， 必须对欠平衡钻井进行详 细的工程分析 。 上接第1 6 页 和质量的潜力及其它工 作， 使钻机得到了有效利用。 5 ．计划 提高效率就意味着要紧密安排作业程序 ， 所以地面和海上两者都需制定更加合理的计 划， 人员和设备的周转也同时加快。通过地面 和海上的密切联络， 首先制定了总体工作计 划。 6 ．质量控制 随着设备周转加快， 设备的工况就显得尤 为重要。 我们把设备的质量控制提到了一个非 常高的地位严格把关， 在使用 MWD作业时 过去常因此浪费工时 更应注意。 7 ．组装设备 由定向井／ MWD承包商供应 的组合设 备 ， 在进行预装配后 ， 使各井段底部钻具组合 的组装时间大为缩短。根据计划， 每种尺寸的 井眼都提前设置好了钻机。 为减小装拆 MWD 的作业时间， 上部三段井眼使 用了相 同的 M WD。 8 ． 泥浆的重复利用 较高的泥浆系统周转率， 有可能增加作业 成本 。 现在， 只要有泥浆罐 ， 泥浆即可多次循环 使用。 9 ．套管准备 套管在岸上进行测量、 整形、 上扣油、 减少 了在海上的处理时间及次品量 。这样， 钻机承 包商有更多的时间处理其他事情 如制定计 划 ， 从而提高了钻机作业教率。 译 自 S P E／ I AD C 3 7 5 7 7 维普资讯