欠平衡钻井完井技术-hsmi-10-13.ppt

欠平衡/气体钻井完井技术,一、欠平衡钻井技术的概念、分类、优缺点及条件二、欠平衡钻井技术发展现状三、欠平衡钻井技术含专用设备及工具、压力控制等四、欠平衡完井技术,第10次～第13次课,一、欠平衡钻井的概念、分类、优缺点及条件,1、什么是欠平衡钻井技术2、欠平衡钻井方法分类3、欠平衡钻井的优缺点4、欠平衡钻井技术保护储层的原因5、欠平衡钻井的条件6、中国的欠平衡钻井,1、什么是欠平衡钻井技术,对于欠平衡钻井的概念，有多种表诉,但无论哪种表述都包含以下两个主要方面，即第，井筒环空中循环介质的当量循环密度一定要低于所钻地（储）层的孔隙压力当量密度，这个差值即为欠压值；第二，地层流体一定要有控制地流入井筒，并把它循环到地面再分离出来。因此，地层流体受负压差的作用向井筒内连续流动的条件下所进行的有控制的钻井过程，就叫做欠平衡钻井。,一、欠平衡钻井的概念、分类、优缺点及条件,2、欠平衡钻井方法分类,2.1按钻井循环介质密度分类2.2按工艺分类2.3按用途分类,一、欠平衡钻井的概念、分类、优缺点及条件,2.1按钻井循环介质密度分类,2、欠平衡钻井方法分类,一般而言，当地层压力当量密度≥l.10g／cm3时，用自然法欠平衡，否则可用人工诱导法欠平衡。自然欠平衡，就是用合适密度的钻井液包括清水、混油泥浆、原油、柴油、添加空心固体材料钻井液等）进行欠平衡钻井。人工诱导法欠平衡钻井，就是用充气钻井液、泡沫、雾，甚至用气体做循环介质进行的欠平衡钻井。这两类方法不是绝对的，实际应用时应根据具体情况进行选择。例如当井较深、环空截面积很小，即便地层压力当量密度为1.10g／cm3时，由于循环钻井液时产生的环空循环压耗很大，也可能要用人工诱导法才能实现欠平衡；若用原油（或油包水、水包油）作循环介质，当井深浅，即使地层压力当量密度低于1.00g／cm3时也能实现自然法欠平衡钻井。在美国奥斯汀,曾用密度高达1.80g／cm3的钻井液欠平衡钻开地层压力当量密度2.04g／cm3的储层.我国青海油田开2井欠平衡钻井液密度达到1.50g/cm3以上。,2、欠平衡钻井方法分类,2.2欠平衡钻井按工艺分类,按工艺分为液相、两相、气相欠平衡钻井技术。采用常规钻井液包括水基、油基以及有固相和无固相钻井液的欠平衡钻井技术为液相欠平衡钻井技术。混合气液两相可以达到从气相到液相之间的任何密度值。气液混合物按照其结构与相对气液体积分数，可分为雾化，泡沫或充气液，使用这三种循环介质的欠平衡钻井技术为两相欠平衡钻井技术。采用空气、氮气、天然气和废气等气体作为钻井介质欠平衡钻井技术为气相欠平衡钻井技术。,2、欠平衡钻井方法分类,2.2欠平衡钻井按工艺分类,三类技术对应的密度为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0－0.002g／cm3；②雾化钻井。密度适用范围为0.002－0.04g／cm3，气体体积为混合物体积的96－99.9；③泡沫钻井。密度适用范围0.04－0.6g／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55－96；④充气钻井。包括通过钻杆和井下注气两种方式。井下注气是通过寄生管、同心管在钻进的同时往钻井液中连续注气。密度适用范围0.7－0.9g／cm3或更高，气体体积低于混合物体积的55；⑤油包水或水包油钻井液钻井。密度适用范围为0.8--1.0g／cm3；⑥淡水或卤水钻井液钻井。密度适用范围1.01.30g／cm3；⑦常规钻井液钻井。密度适用范围1.10g／cm3；⑧泥浆帽钻井。用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。,2、欠平衡钻井方法分类,2.3欠平衡钻井按用途分类,IADC欠平衡钻井、完井和修井委员会提出的欠平衡钻井分类0级只提高钻井作业；不存在含碳氢化合物的地层。1级井内流体依靠自身的能量不能流到地面。井眼稳定并且从安全角度来说属低级危险情况。2级井内流体依靠自身的能量可以流到地面，但利用常规压井方法可以有效制止，并且在设备严重失效的情况下也只产生有限的后果。3级地热和非碳氢化合物开采。最大关井压力低于旋转控制头等作业设备的额定工作压力；设备严重失效会产生直接严重后果。4级油气开采。最大关井压力低于旋转控制头等作业设备的额定压力，设备严重失效会产生直接严重后果。5级最大设计地面压力超过旋转控制头的额定压力，但低于防喷器组的额定工作压力。,3、欠平衡钻井的优缺点,①及时发现和有效保护油气层，是储层环保技术，节省储层改造费用；②随钻对储层进行评价，实现钻井工艺向勘探、开发工艺延伸；③可提高机械钻速；④避免井涌，防止粘吸卡钻；⑤能够提高勘探效率，缩短勘探周期；⑥能够避免井喷。根据资料介绍，采用该技术井喷的发生率降低了24-30。,3.1欠平衡钻井的优点,3、欠平衡钻井的优缺点,3.2欠平衡钻井的缺点,①产层伤害。在欠平衡钻井过程中，许多因素（如起下钻、接单根等）可能引起井底压力波动，它的直接后果导致欠平衡状态的短期丧失，由于没有滤饼做屏障，更容易造成产层伤害；还有若不能欠平衡完井或完井时对产层保护不利，也可能伤害产层。因此在设计时要考虑周到，施工中要根据现场实际情况适时调整有关参数，精细操作，尽最大努力避免发生大的压力波动若不能欠平衡完井，应考虑在产层段替入与产层匹配的完井液。②井塌。在需要足够的钻井液液柱压力才能控制井塌的地层不宜采用欠平衡钻井技术；大位移定向井和水平井采用欠平衡钻井技术时的防塌问题需精心考虑。,,3、欠平衡钻井的优缺点,3.2欠平衡钻井的缺点,③环境保护。欠平衡钻井过程中“产出”的储层流体有油、气、水等，甚至含CO2或H2S等，如果处理不当会污染环境。④安全。采用空气钻井技术，当钻遇含有大量天然气的储层时，由于天然气进入井筒内与空气混合，当比例达到着火比例范围时，就有井下爆炸、损坏钻具的可能当H2S进入环空，就有可能造成钻具脆断、损伤人员身体、设备损坏等。因此，有H2S的井，设计要有特殊的防护措施，施工前认真准备，施工中加强监测；对高压井，特别是高压气井，如果防喷系统损坏或人员操作错误有可能导致井喷失控或地下井喷。,,4、欠平衡钻井技术保护储层的原因,从常规钻井技术造成储层损害机理分析，我们可以得到欠平衡钻井技术保护储层的原因，储层损害机理如下①在较高过平衡的条件下，因钻井液的滤失速度较高推动储层中固体颗粒运移而堵塞油气运移通道；②在正压差作用下，人工加入的固相或钻井过程中自然产生的固相侵入储层；③在正压差作用下可能发生钻井液严重侵入高渗储层；④储层对侵入的水相或油相敏感，从而导致水基或油基钻井液滤液残留在储层中，影响储层近井眼周围的渗透率，产生永久性产能下降；⑤侵入液与储层中的液、气、固体发生不利反应，如粘土膨胀、化学吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等，堵塞油气通道；上述五种储层损害都是因钻井过程中过平衡压力造成的，如果消除过平衡压力因素，各种侵入会减轻或消除，这就是欠平衡钻井能够减轻或消除储层损害的原因。,,5、欠平衡钻井的条件,5.1地层条件5.2井身结构条件5.3地面装备条件5.4其他要求5.5适合欠平衡钻井的地层,,5、欠平衡钻井的条件,5.1地层条件----客观存在基本无法改变,（1）地层压力系统。应尽可能单一，若是多压力系统，压力大小应比较接近。（2）地层稳定性。是重要条件之一。钻井液液柱压力或者钻井液的化学抑制能力以及地层侵泡时间等都是可能造成地层易垮的因素，如果事先考虑不周全，可能导致欠平衡钻井失败。现阶段，对探井地层稳定性的预测还相当困难。（3）地层渗透率。高压低渗、低压低渗或衰竭储层，裂缝型、孔隙型储层都适宜。对于地层压力当量密度不清的预探井，为了及时发现油气显示，可以应用欠平衡方法，但应有严密、详细的预防措施，组织、人员、装备、技术均应到位，防止井喷失控。（4）H2S含量。最好不含H2S，若有，含量不能影响施工。,,,5、欠平衡钻井的条件,5.2井身结构条件技术套管应下至欠平衡施工井段的顶部，除非其上部地层稳定、压力系统单一、能满足欠平衡施工要求。5.3地面装备条件（1）液相欠平衡钻井在常规井控装备的基础上还应配备一个相应规格的旋转控制头、液控阀；地面增加处理设备，包括液气分离器、真空除气器、防回火装置、火炬及点火系统等。（2）气相欠平衡钻井除与液相欠平衡钻井配备的井口装置外，还要配备气体制备、增压设备；雾化、泡沫钻井还需液体注入装置。（3）根据需要配备不压井起下钻装置、密闭循环系统、岩屑录井装置等。5.4其他要求（1）需要成立欠平衡钻井项目组，负责从设计到施工全过程的组织与协调；（2）需要专业化技术服务队伍负责施工；（3）需要采取严格HSE管理体系。,,5、欠平衡钻井的条件,5.5适合欠平衡钻井的地层,（1）要求只有在负压差条件下才能发现油气层。①低压低渗储层在正压差大时，钻井录井可能会漏掉，甚至在后期测井漏释的储层。②裂缝性油气藏对正压差和浸泡时间极敏感，由于不能及时发现和测试，有可能漏掉。即使在钻井过程中有油气显示但在完井试油、产层改造时也不能解除。③产量低，产层易伤害的地层。（2）地层情况复杂。如漏喷同层或同裸眼井段内钻井液密度大会漏，小则喷，采用欠平衡钻井可防止井漏。这种情况下，采用欠平衡钻井技术不仅可解决井漏问题，而且可省去防漏而多下一层套管。（3）对于渗透性好的地层，采用欠平衡钻井技术可提高机械钻速，避免压差卡钻。（4）含大量对水基钻井液滤液敏感的矿物的地层。此时靠钻井液柱压力解决不了井壁稳定问题。（5）与钻井液滤液严重不相容的地层。钻井液滤液与储层中的固相、液相发生化学反应，生成物堵塞油气运移通道。,,,,6、中国的欠平衡钻井,6.1力量,欠平衡钻井力量,CNPC,中石化,,,CWCT,新疆,四川,大港,其他,中原,胜利,,,,,,,,,,6.1中国的欠平衡钻井力量,CWCT---油井完井技术（建在石油工程学院）,CWCT是联合国UNDP与CNPC于1989年共同组建，任务是对全中国提供储层保护，完井方法方面的技术支持。CWCT拥有电镜，X衍射，地质图像分析，测井工作站，全套岩芯分析及岩芯伤害评价的装置。西南石油大学CWCT早在1989年就开始研究欠平衡钻井技术，且研究持续不断地深入。目前在欠平衡钻井研究、储层分析和欠平衡钻井设计方面处于国内领先。,,,6.1中国的欠平衡钻井力量,CWCT---油井完井技术,取得的成果1）欠平衡钻井的必要性评价技术2）欠平衡钻井的可行性评价技术3）欠平衡钻井的可行性保障技术4）欠平衡钻井的相关基础研究5）欠平衡钻井配套软件的开发6欠平衡钻井的装备配套与国产化7）专业化气体钻井队伍的建设,,,6.1中国的欠平衡钻井力量,四川欠平衡钻井技术服务公司,四川在我国最早开始欠平衡钻井，60年代就开始空气钻井、天然气钻井、边喷边钻和不压井起下钻作业。四川欠平衡钻井技术服务公司具有进行空气钻井、泡沫钻井、充气钻井、WBM欠平衡钻井服务能力。该公司还以高压含硫气藏钻井、失火井喷控制为技术特色，同时具有制造欠平衡钻井国产化装备的能力。现有职工25人。欠平衡钻井井口、地面分离与控制装备5套。进口高低压空压机组、国产车装空压机组。制造多种井口旋转头、分离器、SNUB系统等已在国内施工各类欠平衡钻井8口。,,,,6.1中国的欠平衡钻井力量,新疆欠平衡钻井技术服务公司,该公司是中国最早开始引进全套进口设备、并进行欠平衡钻井系列技术应用的技术实体。具有进行空气钻井、泡沫钻井、充气钻井、WBM欠平衡钻井、欠平衡钻井钻水平井的全套服务能力。现有职工50人。欠平衡钻井井口、地面分离与控制装备共7套。美国进口空气钻井空压机组、雾化泵、井下空气锤。国产车装空压机组两套，欠平衡钻井参数监测仪一套。进口顶驱和水平井施工全套仪器工具。已在国内施工各类欠平衡钻井54口。,6.1中国的欠平衡钻井力量,大港欠平衡钻井技术服务公司,成立于1999年3月，现有职工40余名，目前已拥有3套美国Williams公司7100EP型欠平衡钻井装置及完善的配套设备。具有进行领先水平WBM欠平衡钻井服务能力。主要技术特色是进行深层潜山裂缝性凝析油气藏的欠平衡钻井。大港油田在古潜山勘探取得了历史性的突破，实现了几代地质家的梦想。没有欠平衡技术就没有今天辉煌的成果。,,6.1中国的欠平衡钻井力量,大港欠平衡公司的设备,1.美国Williams公司“7100EP”型旋转防喷器，工作压力17.5MPa，壳体耐压35MPa2.美国WKM公司7-1/6英寸35MPa液动球阀3.美国ControlFlow公司70MPa型专用节流阀4.美国Brandt公司液气分离器5.美国Brandt公司真空除气器6.美国ENARDO公司10寸防回火装置7.美国Auto-Ignitor公司太阳能自动点火装置8.美国OMSCO公司5-1/4寸六方方钻杆9.美国Den-Con公司5-1/4寸磙子方补心10.自行研制撇油系统11.美国硫化氢报警系统12.加拿大便携式报警仪13.德国产空气呼吸器14.美国ControlFlow公司钻杆浮阀,,6.1中国的欠平衡钻井力量,其他----辽河钻井院,辽河自80年代起进行充气和泡沫的欠平衡作业，以解决压力衰竭油层的储层保护问题。近年来又在潜山风化壳油藏的勘探开发中采用水基泥浆的欠平衡钻井。,,6.1中国的欠平衡钻井力量,其他----长庆钻井院,长庆自80年代起进行泡沫的欠平衡作业，以解决低渗透油气藏的储层保护问题。目前又在泥质砂岩致密气藏进行以天然气为循环介质的欠平衡钻井。,,6.2中国的欠平衡钻井历史,1962年，空气钻井，四川；目的提高硬地层钻速。1964年，天然气钻井，四川；目的发现气层和提高产量。1970年至1975年，清水欠平衡和不压井起下钻，四川；目的提高产量、发现气层。1982年，泡沫钻井，新疆；目的防止低压、漏失。1986年，充气泥浆钻井和泡沫水泥固井，新疆；目的防止漏失、提高固井质量。1986年至1990年，泡沫钻井，长庆；目的保护低压低渗储层。1988年至1995年，充气液钻井和泡沫钻井，辽河；目的衰竭压力油藏调整井，保护储层防止漏失。1988至1995年，空气雾化钻井，新疆；目的精密勘探，证实真实产能。,,1995年后，较大范围开展了储层的欠平衡钻井水基欠平衡----大港、辽河、小拐、塔里木、青海、胜利、中原、四川等地。用于裂缝性和低渗透储层。四川-----惰性充气、惰性气相可循环泡沫、惰性气体，用于低压低渗透油气藏。原油或油基欠平衡----四川、大庆、吉林，用于低压低渗透。1999年，新疆欠平衡钻井技术服务公司在吐哈三塘湖的泡沫水平井、小拐的泡沫侧钻井。用于裂缝性低渗透油藏。2000年，长庆气田，天然气钻井。用于水敏性致密砂岩气藏的勘探与开发。,6.2中国的欠平衡钻井历史,,6.2中国的欠平衡钻井历史,,钻井液电阻率校深测井曲线图,6.3典型实例,四川边喷边钻夏子街空气钻井新疆小拐油田大港千米桥区块,,6.3典型实例,①四川地区早期的边喷边钻和不压井起下钻,早在20世纪60年代，为提高机械钻速和及时发现、保护油气层，开展了欠平衡钻井应用研究。进行了39口井的边喷边钻、不压井起下钻作业。不但提高了钻井速度，而且发现了一批含油气构造，获得了一批高产油气井（如b2井、lu2井、ba2井、sh3井、sh47井、e4井、na21井等，其中sh3井应用边喷边钻技术，完井产量约400104m3/d，lu3井在初测显示产量980104m3/d的情况下进行不压井下油管完井），显示了欠平衡钻井及时发现油气层的巨大作用，但受当时钻井总体技术和装备的制约，井喷失控事故时有发生，在一定程度上制约了该项技术的进一步发展。,,6.3典型实例,②新疆夏子街油田探井中的空气钻井,油田于1987年投入勘探。为证实真实产能，于1989年在X1023和X1026井用空气钻井钻开产层，两口井均在钻开产层时产出大量油气，估计产油40m3/d，气10万～15万m3/d。X1023井初期日产14吨，稳产12.1吨，气少于1万m3/d。通过这两口精探井证实了该区的真实产能，同时也说明泥浆钻井中存在严重伤害。1991年该区开始了系统的储层保护技术，这些举措的实施与这两口空气探井有直接的关系。通过储层保护技术的应用，目前该油田单井日产量8～10吨。在百口泉油田、乌尔禾油田也有类似试验和结果。,,6.3典型实例,③新疆小拐油田的欠平衡侧钻水平井,小拐油田于1997完成过平衡钻直井138口，单井日产最高60吨（压裂后），平均2.44吨，干井68口。针对该油田高角度裂缝、基质低渗透、严重井漏伤害储层的特点，采用原干井井眼侧钻、水平井轨迹穿越裂缝、欠平衡钻井防止井漏和保护储层，至2000年10月欠平衡所钻10口井，单井日产最高50吨（无压裂），平均15.87吨，两口井进入底水无产。,,④大港千米桥区块,6.3典型实例,该构造属于裂缝性碳酸岩盐凝析油气藏。60年代的探井因严重井漏而未能穿透数百米厚的裂缝性碳酸岩盐地层，仅见油气显示，未获工业性油气流。自98年起，在该构造用欠平衡钻井穿透了数百米厚的裂缝性储层，获得了高产油气流，发现了千米桥构造这个亿吨级的油田。板深7井自井深4267.42～5191.96米实施欠平衡钻进，进尺924.34米。最大控制套压24MPa，正常钻进井口套压0.14～4.2MPa。试油结果12.7mm油嘴，日产凝析油115.68方，天然气27万方。板深8井自井深4116.11～4409.09米实施欠平衡钻进，进尺292.98米。最高井口套压24MPa，均实现安全钻进。中途测试，16mm油嘴，日油147.38方，气61.2万。乌深1井自井深5461～5852米实施欠平衡钻进，进尺389米。井口最大套压0.63MPa。12mm油嘴试油，油165.68方，天然气13.7万方。乌深1井是目前国内采用欠平衡钻井技术钻成最深的井。,罗家2井抢险技术分析,34,欠平衡钻井现状及发展方向,欠平衡钻井需要注入气体，这与常规欠平衡钻井有差别。目前常见的欠平衡钻井有空气、雾化钻井，泡沫钻井，充气钻井。对于空气、雾化钻井液和泡沫钻井液，需使用泡沫剂；而对于充气钻井液，出于脱气的需要，一般不使用泡沫剂。,罗家2井抢险技术分析,35,空气、雾化钻井空气、雾化钻井是利用空气或天然气、氮气等作为循环介质的欠平衡钻井技术。由于空气密度小，井内流体静水压力大大低于常规钻井液静水压力，因而极易在井底形成欠压差。这样不但有效防止液相和固相进入储集层，而且能极大的提高机械钻速。实践表明空气、雾化钻井比用常规钻井液钻井提高机械钻速314倍。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,36,泡沫钻井泡沫钻井是利用稳定泡沫作为循环介质的一种欠平衡钻井技术。稳定泡沫是由发泡基液、气体充分混合而成的一种混相流体，密度小，流体静液柱压力小。这样不仅极大地减少或避免储集层的损害，而且可获得高的机械钻速，减少浸泡时间。泡沫具有较高的携岩能力，约为水的10倍，一般钻井液的45倍。其含液量低，为泡沫体积的325，这可大大减少液体对储集层的浸泡和损害。泵入井内的流体无固相，且泡沫为一次性流体，钻进中固相不会重新进入井内，可以减少固相对储集层的损害。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,37,充气钻井充气钻井是利用充气钻井液为循环介质的一种欠平衡钻井技术。将空气注入常规钻井液中形成气液混相流，进入环空获得欠平衡钻井欠压差，其压差值可由空气的注入量来控制。充气钻井的优点是欠压差控制十分方便；缺点是降低液柱压力的能力有限。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,38,根据充气方式的不同，有以下几种充入方式常规钻柱充入方式2寄生管柱气方式3同心管注气方式,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,39,罗家2井抢险技术分析,40,罗家2井抢险技术分析,41,快速钻井技术钻速快;钻头寿命长;井眼规则保护储集层的钻井技术对油层伤害少;油气显示明显复杂条件下的钻井技术水平井技术;高效强钻技术,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,42,保护储集层的钻井技术屏蔽暂堵技术就是在打开油气层时，在很短的时间内在井壁上形成一层有效的致密泥饼，防止以后的流体再进入地层。生产实践证明，油气层屏蔽暂堵技术适用的储层是正常压力、中高渗、较坚固、较均质的孔隙性砂岩储层，但也有相当一部分储层不适合用该技术保护储层.,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,43,保护储集层的钻井技术保护储集层的欠平衡钻井技术就是在打开油气层的时候，不采用高密度钻井液来进行压井，而是使井筒内的压力小于地层压力，让地层流体进入井眼。这样的条件下没有工作液进入地层，就不会引起地层的伤害。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,44,复杂条件下的钻井技术常规钻井方法根本就打不成的井，漏、喷、塌、卡等事故严重到无法克服的地步。打了井不见油气显示，导致勘探开发失败。打了井产油气太少，导致勘探开发低效。常规钻井方法成本太高，事故多、效率低、钻井困难。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,45,1早期的欠平衡钻井设备，都是在常规钻井设备的基础之上临时添加的，配套性差。多年来的欠平衡钻井实践，已经研制和开发出适于欠平衡钻井技术的专门配套设备，其完美的设计，可靠的性能为欠平衡钻井提供了有力的手段。2工艺技术已趋成熟。多年的探索，在配套的工艺技术上，已形成了欠平衡钻井系列空气钻井，天然气钻井，雾化钻井，泡沫钻井，充气钻井液钻井及泡沫修井、洗井，低压油藏的完井、固井、增产等。在地区范围上，以美国为中心，而发展至全世界。这些配套工艺技术，使欠平衡钻井技术快速、方便、安全可靠，保证了全面钻进过程中的顺利进行。3各种添加剂系列化。欠平衡钻井多年的探索，使用的化学剂现已产品化，针对不同的情况可选用不同的产品系列,极大地方便了使用。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,46,,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,47,,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,48,,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,49,欠平衡钻井技术与非常规油气田开发技术成龙配套，将在低压、低渗、水敏性油藏开发中大显身手，必将被当作是经济、高效的钻井技术而普遍采用，有着光明的前景。,二、欠平衡钻井现状及发展方向,罗家2井抢险技术分析,,三、欠平衡钻井技术,1、欠平衡钻井技术与常规井控技术的区别2、欠压值及其控制3、井口装置4、钻具组合5、钻井液与完井液6、欠平衡钻井技术分类7、欠平衡钻井项目组织与实施,罗家2井抢险技术分析,,1.1常规井控技术分级1.2欠平衡钻井技术的本质1.3欠平衡钻井技术与常规井控技术的比较,1、欠平衡钻井技术与常规井控技术的区别,罗家2井抢险技术分析,,1.1常规井控技术分级（1）一级井控技术通过调整钻井液密度，保持井筒内钻井液柱压力大于地层孔隙压力，避免发生井喷。钻井液静液柱压力是第一级屏障；（2）二级井控技术当发生溢流时，进行关井作业，避免发生井喷。井口防喷器组提供第二级屏障；（3）三级井控技术当发生井喷失控时，进行抢险作业，有时需要重新安装井口，进行关井和压井作业。,1、欠平衡钻井技术与常规井控技术的区别,罗家2井抢险技术分析,,1.2欠平衡钻井技术的本质通俗称欠平衡钻井技术为“边喷边钻”，关键是在钻进过程使地层流体连续进入井筒，因此其本质是二次井控技术，这也是欠平衡钻井风险所在。,1、欠平衡钻井技术与常规井控技术的区别,罗家2井抢险技术分析,,1、常规井控技术规则（1）通过调高钻井液密度，防止地层流体流入井内，从而避免井涌的发生；（2）有地层流体流入井内时，停止钻进；（3）有钻井液漏失时，停止钻进；（4）有地层流体流入井内时，不可以进行起下钻作业；（5）保持井底压力稳定并稍高于地层孔隙压力；（6）井口防喷器组和节流压井系统是必备的安全设备。2、欠平衡钻井技术规则（1）通过降低有效钻井液密度，有意识地使地层流体流入井内；（2）有地层流体流入井内时，继续钻进；（3）有钻井液漏失时，继续钻进；（4）有地层流体流入井内时，钻具可以离开井底；（5）保持井底压力低于地层孔隙压力；（6）井口防喷器组和节流压井系统是必备的钻井施工安全设备。,1.3欠平衡钻井技术与常规井控技术的比较,罗家2井抢险技术分析,,通过比较这两套规则,显示出后者与前者完全相反结论。目前存在的常规井控规则是为了使井控简单化，随着欠平衡钻井技术的发展，尤其目前该技术主要用于钻探井，风险大，为了避免灾难性事故发生，我们必须在进行井控培训的基础上对从事欠平衡钻井工作的人员专门进行欠平衡钻井技术培训。,1.3欠平衡钻井技术与常规井控技术的比较,罗家2井抢险技术分析,,2.1欠平衡钻井过程中开始钻进和停止循环时井内压力分析2.2影响欠平衡钻井的压力分析2.3欠压值的设计与控制,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,2.1欠平衡钻井过程中开始钻进和停止循环时井内压力分析1、欠平衡钻井开始钻进时井筒内环空压力关系（4-1）式中设计欠压值，MPa；地层压力，MPa；环空流体重力产生的压力，MPa；环空流动阻力，MPa。由于处于欠平衡状态，所以在钻入产层后，地层流体就会进入井筒内。2、欠平衡钻井过程中停止循环时井筒内环空压力关系（4－2）式中一一欠压值，MPa；环空多相流重力产生的压力，MPa；井口环空回压值，MPa。,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,2.2影响欠平衡钻井的压力分析1、钻井液静液柱压力（）钻井液静液柱压力直接作用在地层上，直接影响大小。但在地层流体进入环空后，由于环空为多相流体，环空的多相流重力产生的压力较难求出。2、环空压耗（）环空压耗是由于钻井介质的流动而产生的，与钻井介质性能和注入量有很大的关系。该压力也是直接作用在地层上，其大小对有影响，尤其是在低压产层中。当地层流体进入环空后，由于环空为多相流体，环空的多相流动阻力较难求出。3、欠压值（）动态下的欠压值是由地层压力和钻井液静液柱压力、环空流动阻力以及井口回压所确定的。其大小直接影响地层流体进入井筒内量的多少，其值过大，易造成产层的速敏和井口设备载荷过大或其它钻井复杂情况。欠压值的大小应根据实际情况确定，一般不超过2MPa。,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,2.2影响欠平衡钻井的压力分析4、井口回压（）当地层流体不断进入井筒中，环空的多相流体柱压力就不断下降，欠压值也不断升高，如果不在井口环空施加一定的回压，从而控制地层流体的流入量，将会给欠平衡钻井带来很大危害。井口回压与欠压值是一对伴生的关系，即由于存在欠压值使井□要施加必要的回压，回压值应与欠压值相适应，井口回压不应超过井眼压力系统安全允许的最小值。5、地层压力（Pp）地层压力是在欠平衡钻井中首先要搞清楚的最基础的压力，一切欠平衡钻井的压力计算，都建立在这个压力基础上。对于开发井，地层压力较为清楚，可直接采用；对于探井，由于地层压力有许多不确定性，地质设计提供的地层压力只能作为参考，即在探井的欠平衡钻井设计中，先使用参考的地层压力，通过公式求出欠平衡钻井的的钻井液密度，用此密度钻进。当发生溢流时，要停止钻进，近似地求出地层压力，再根据所求的地层压力，适时调整钻井液密度。,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,2.3欠压值的设计与控制1、确定合理的欠压值确定合理的欠压值十分关键，直接影响欠平衡钻井的成败。欠平衡钻井过程中，只要能保证地层流体总是流入环空即可，一般不必追求过高的欠压值，国内外均推荐欠压值范围1.3-2.1MPa。①根据油气藏类型确定欠压值的大小。若气油比高，则欠压值应尽可能小，反之则欠压值适当放大；②根据储层压力和产液量大小确定欠压值的大小。若地层压力较大、产液量多，则欠压值应尽可能小，反之则欠压值适当放大；③要考虑环空油气与钻井液混合情况。若油气与钻井液严重混合，则欠压值应尽可能小，反之则欠压值适当放大；④要综合考虑作业人员素质和设备的完善程度、可靠性来确定欠压值，若作业人员经验丰富，设备可靠则在一定的地质条件下欠压值可以放大，反之应尽可能小。,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,2.3欠压值的设计与控制2、确定欠平衡钻井液密度当欠压值确定后，可由（4－l）式反推出欠平衡钻井液密度（4-3）式中欠平衡钻井液密度，g／cm3。3、欠压值的控制（1）通过控制井口回压的方法实现对欠压值的控制若采用液相、泡沫和充气欠平衡钻井技术时，可以采用控制井口回压的方法来实现设计的欠压值与实际欠压值相等。以液相欠平衡钻井技术为例进行说明。（4-9）在（4－9）式中唯一能控制的只有，通过调节保证（4－9）式成立，即保证了欠平衡钻井时循环立压等于欠平衡初始时的循环立压，也就保证了设计的欠压值等于实际的欠压值。但随着井的加深，新的立压参考值应为原循环立压参考值加上由于井深增加井段内的钻具内压耗与环空压耗值。,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,2.3欠压值的设计与控制3、欠压值的控制（2）通过调整钻井液密度的方法实现对欠压值的控制采用液相、充气欠平衡钻井技术时可以通过调整钻井液密度对欠压值进行控制。欠平衡钻进过程中，如果套压急剧上升，现场施工人员应及时判断井口套压升高的原因，若因井下气体滑脱至井口引起的套压升高，可采取关井排气，使套压降至安全范围内。（3）通过调整注气量和注液量的方法实现对欠压值控制采用泡沫、充气欠平衡钻井技术时，使用专门的软件进行计算和模拟。根据计算结果通过调整注液量、注气量和井口回压来实现对欠压值的控制。目前国内已经购买了莫尔工程公司、Signa公司等欠平衡钻井软件，西南石油学院也专门开发了欠平衡钻井软件。,2、欠压值及其控制,罗家2井抢险技术分析,,3.1一级井口装置（1）组成自下而上分别是套管头、单闸板防喷器、钻井四通、双闸板、环形防喷器和旋转头。图4－1是一级最基本装置。（2）适用范围①风险最大，对装备级别要求最高。②适用于探井和含少量H2S或CO2气井。③地面环境要求高井。如大港油田千米桥潜山所钻的井；吉林伊51井、青海开2井、长庆陕242井等）可根据具体井下情况增加双闸板防喷器、单闸板防喷器和四通及高压排除管汇。图4－2、图4－3均为一级井口装置。,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.1一级井口装置,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.1一级井口装置,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.1一级井口装置,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.2二级井口装置（1）组成自下而上分别是套管头、钻井四通、双闸板、环形防喷器和旋转头。图4－4为二级井口装置.（2）适用范围①风险不大，中等装备级别。②适用于钻地层压力低于35Mpa的井。③适用于无H2S的生产井，以及对产层压力和流体性质资料掌握较好的油气藏。,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.2二级井口装置,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.3三级井口装置（1）组成自下而上分别是套管头、钻井四通、双闸板和旋转头。（2）适用范围①无大风险，装备级别最简单；②适用于低压油井，原油稠和溶解气少的生产井。,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,,3.3三级井口装置,3、井口装置,罗家2井抢险技术分析,为防止接单根、起下钻过程中钻柱内溢流或失控，在钻具组合中安装内防喷工具，内防喷工具的连接主要考虑工作方便和不互相干扰，在保证安全的前提下，以少接为妥。一般有以下几种接法（内防喷工具安装的位置和数量没有固定的模式，应根据施工的具体需要而定）。4.1常规钻具组合如下（1）钻头钻铤回压凡尔投入式止回阀＋18斜坡坡接头钻杆＋下旋塞六方钻杆＋上旋塞。（2）钻头＋回压凡尔＋钻铤十投入式止回阀＋18斜坡接头钻杆＋下旋塞＋六方钻杆＋上旋塞。4.2根据需要，还有在井内钻柱中适当位置接旁通阀的，也有接下旋塞的，其接法及作用见欠平衡钻井实例“深井碳酸盐岩产层欠平衡施工塔里木LG－2”。,4、钻具组合,罗家2井抢险技术分析,4.3下旋塞与箭形回压凡尔成对使用的，旋塞在上、回压凡尔在下，如川中鲜6井（充气钻井）。4.4要求六方钻杆与钻杆接头外径接近，如φ88.9mm钻杆应与φ88.9或φ108mm六方杆相配，φ127mm钻杆应与φ133.3mm六方钻杆相配，下旋塞外径应与方保接头及钻杆接头外径相同。其中回压凡尔也有串接两只的。回压凡尔也可用阀瓣带小孔的浮阀。4.5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＋投入式止回阀十18斜坡接头钻杆十回压凡尔十几个单根18斜坡接头钻杆＋回压凡尔＋几个单根18斜坡接头钻杆十回压凡尔＋下旋塞＋六方钻杆＋上旋塞。,4、钻具组合,罗家2井抢险技术分析,5.1欠平衡钻井液、完井液的分类欠平衡钻井流体主要分类如下1、常规钻井流体体系，包括分散、钙处理、淡水、盐水、饱和盐水、钾基、不分散聚合物、油基等钻井液体系；2、气体类，包括空气、天然气、氮气、废气等气体；3、雾化液，包括空气、氮气、天然气雾化液；4、泡沫体系，包括空气、氮气泡沫；5、充气钻井液体系，包括充空气、氮气、天然气；6、无固相钻井液体系，包括淡水、盐水、乳化柴油或矿产原油；7、含轻质固相添加剂（如玻璃微珠）的钻井液；,5、钻井液与完井液,罗家2井抢险技术分析,5-2欠平衡钻井液、完井液的合理选择在欠平衡钻井作业中，由于有许多因素可能导致欠平衡状态的丧失，要始终维持欠平衡压力状态是很困难的，有时甚至不可能。而在欠平衡钻井中没有滤饼充当防止伤害性流体和固相颗粒侵入地层的屏障，当欠平衡状态被破坏时，伤害性流体及其中的固相颗粒会迅速地流入储层，造成严重的地层伤害。所以，合理选择钻井液、完井液是欠平衡钻井成功的关键。合理选择和设计欠平衡钻井液、完井液应综合考虑储层、流体、作业和经济等因素；1、与地层流体的相容性。在欠平衡钻井中，由于处于欠平衡状态下，地层流体会流入井筒与循环介质混合，可能生成沉淀物或形成极稠的高粘稳定乳状液，这些都有可能给固控、地面脱气、欠平衡状态的维持等施工及储层带来负面影响。在大多数欠平衡钻井作业中，一般需要合理使用表面活性剂来抑制稳定乳状液的形成。,5、钻井液与完井液,罗家2井抢险技术分析,5-2欠平衡钻井液、完井液的合理选择2、产出地层流体引起的稀释问题。在任何欠平衡钻井作业中，循环流体可能被地层产出的混相流体迅速稀释，从而造成循环流体的污染。如有地层水产出，水基体系可能受到污染；许多泡沫基体系对油和地层盐水的接触比较敏感，可能严重影响体系稳定。3、腐蚀问题。如果用空气或充空气来建立欠平衡状态，那么水基钻井液特别是盐水（或产自地层）与微量氧接触时，就具有极强的腐蚀性。如果地层产出气中含有H2S，这一腐蚀问题就变得严重。需要使用腐蚀抑制剂或采取其它途径来防止钻柱、套管、连续软管和井下工具及井口装置过早失效。4、粘度问题。在大多数多相流欠平衡钻井作业中，需要使用低粘度钻井液，以便维持环空紊流，充分清洁井眼，同时有利于固控和地面气液分离。另一方面，如果欠平衡状态丧失，循环介质的固有粘度会明显减缓它向地层的侵入，而且液相粘度对井控可能是有益的，为此在可能的条件下，钻高产气井的欠平衡钻井中，推荐使用粘性流体。,5、钻井液与完井液,罗家2井抢险技术分析,5-2欠平衡钻井液、完井液的合理选择5、自发的逆流吸入。在欠平衡压力状态下钻低渗、亲水、地下残余水饱和度可能异常低的气藏时，即使存在连续的欠平衡压力状态，毛细管压力效应也会导致水基循环介质滤液逆流吸入近井地带，而且这种逆流吸入具有潜在的伤害性。在钻井过程中完全杜绝液体介质（直接用气体钻井），或者在欠平衡钻井作业中选非润湿性流体作为钻井液、完井液，一般就能避免或减小逆流吸入效应。6、井壁稳定性问题。井壁稳定是实施欠平衡钻井的先决条件，在欠平衡钻井过程中要求维持井壁稳定，对钻井液、完井液一是要求其密度保持合适、稳定，二是要求它具有良好的抑制防塌性能。7、井眼清洁问题。在欠平衡钻井中，井眼清洁是个难