特殊工艺井钻井技术

欠平衡钻井（UBD） 、欠平衡钻井（UBD）的优势和特点
● 防止储集层污染，提高采收率 防止储集层污染， 欠平衡钻井中消除了驱使固相和液相进入储集层的正压差， 欠平衡钻井中消除了驱使固相和液相进入储集层的正压差， 因而减少了固相和液相侵入储集层近井地带造成的储层伤害。 因而减少了固相和液相侵入储集层近井地带造成的储层伤害。 ● 早期发现油气层 欠压差可使地层流体及时进入井筒，这有利于早期发现油气 欠压差可使地层流体及时进入井筒， 层。 ● 提高钻速 欠平衡钻井欠压差值更能使被钻岩石易破碎， 欠平衡钻井欠压差值更能使被钻岩石易破碎，也有助于消除 压持作用。欠平衡钻井能大幅度提高钻速。 压持作用。欠平衡钻井能大幅度提高钻速。
●我国早在60年代，已在四川油田磨溪构造的大安寨、 我国早在60年代 已在四川油田磨溪构造的大安寨、 年代，
凉高山地层进行过试验，当时只是用清水钻进，进行“边 凉高山地层进行过试验，当时只是用清水钻进，进行“ 喷边钻” 90年代 塔里木油田解放128井欠平衡钻井的成 喷边钻”。90年代:塔里木油田解放128井欠平衡钻井的成 年代: 功，给我国欠平衡钻井推向了一个新的阶段。 给我国欠平衡钻井推向了一个新的阶段。 目前，我国各海上、 目前，我国各海上、陆地油田已引进各种类型旋转防喷 器近40套 共进行了120多口欠平衡钻井试验 器近40套，共进行了120多口欠平衡钻井试验。国内克拉 多口欠平衡钻井试验。 玛依、四川、胜大港等先后开展了现场试验。大港油田板 玛依、四川、胜大港等先后开展了现场试验。 深7井、板深8井是国内最成功的范例，发现了亿吨级油气 板深8井是国内最成功的范例， 田。
3、空气钻井局限性
●空气钻井技术对地层的适应性要求很高，不可预见因素 空气钻井技术对地层的适应性要求很高， 较多，如果地层易垮塌、严重出水、出气或井下发生燃爆， 较多，如果地层易垮塌、严重出水、出气或井下发生燃爆， 都需要及时转换成常规泥浆钻井。 都需要及时转换成常规泥浆钻井。 ●对地层压力的控制能力降低，井控工作难度大。因此气 对地层压力的控制能力降低，井控工作难度大。 体钻井作业一般限于那些储层孔隙压力较低的地区。 体钻井作业一般限于那些储层孔隙压力较低的地区。 ●由于环空中含砂气流的冲刷作用，钻杆的磨损会加剧。 由于环空中含砂气流的冲刷作用，钻杆的磨损会加剧。 ●在钻进期间，井内的流体（空气）几乎不可能对钻柱提 在钻进期间，井内的流体（空气） 供缓冲作用，易疲劳破坏。 供缓冲作用，易疲劳破坏。
中石油2000-2006年欠平衡钻井数量分布表 年欠平衡钻井数量分布表 中石油
140 120 100 80 60 40 20 0 19 14 14 40 50 50 120
2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年
4、气体钻井专用设备
现场设备
空压机
增压机
5、气体钻井流程 、
RCD
钻井泵
分离器
增压机 欠平衡节流管汇 膜制氮 气体流量计
钻屑处理
空压机
液氮
6、气体钻井流体力学参数设计
确定携带钻屑所需的最小气体排量qgmin。 ● 确定携带钻屑所需的最小气体排量 。 计算井底压力PB。 ● 计算井底压力 。 ● 计算钻柱内钻头处压力 。 计算钻柱内钻头处压力Pa。 计算注入压力Pj。 ● 计算注入压力 。 由设计最小气体排量qgmin、注入压力 选择压 ● 由设计最小气体排量 、注入压力Pj选择压 风机和增压器。 风机和增压器。
● 雾 化 钻 井
液相以非连续液滴的形式存在于连续气相中作为循环 介质的钻井称为雾化钻井。 “雾”——指非乳化液相的体积分数小于2.5%，它将 以非连续液滴的形式存在于连续气相中，这种低液相体积 分数的钻井流体称为雾。 雾化钻井在一定程度上能克服 地层出水问题，并具有气体钻井的优点。 作业程序：用小型小缸泵将液体低速注入循环气体中。 注入液相通常为水、表面活性剂及防腐剂，有时加入聚合 物或盐以防止水敏性页岩与钻井流体间的作用。
国外欠平衡钻井一览表
35.0% 30.0% 25.0% 20.0% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0%
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
百分率 欠平衡井数
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
提 纲
国内外欠平衡钻井技术概况 大庆探井欠平衡钻井实施情况介绍 欠平衡钻井技术存在问题及下部发展方向
第二部分 水 平 井
第一部分 欠平衡井
国内外水平井钻井技术概况 大庆水平井钻井实施情况介绍 水平井钻井技术存在问题及下部发展方向
国内外欠平衡钻井技术概况
一、欠平衡钻井（UBD）定义 欠平衡钻井（UBD）
三、平衡钻井（UBD）分类 平衡钻井（UBD）
气体钻井（空气、天然气、氮气、烟道气） 气体钻井（空气、天然气、氮气、烟道气） 雾化钻井 充气钻井 泡沫钻井 玻璃微珠、 玻璃微珠、塑料微珠钻井 钻井液
类 型 气体钻井 雾化钻井 充气泥浆钻井 泡沫钻井 玻璃微珠、 玻璃微珠、塑料 微珠钻井 钻井流体 密度g/cm 密度g/cm3 0.001～ 0.001～0.01 0.01～0.03 0.01～ 0.45～ 0.45～0.9 0.032～ 0.032～0.064 ﹥0.7 按压力梯度设计
● 泡 沫 钻 井
稳定泡沫是由气体（连续相）、液体（分散相）和表 面活性剂配制而成的一种流体，以这种流体作为循环介质 而获得欠压差的欠平衡钻井为泡沫钻井。有以下优点: 泡沫钻井 • 循环压力低，减少了储层损害和漏失问题 • 钻入衬套时，在非胶结地层没有小孔冲蚀 • 优良的携岩能力，是水的7-8倍 • 低压缩要求 • 易鉴别返回的地层流体 • 不会对油气生产系统和炼油作业造成有害物质
欠平衡钻井指在钻井过程中钻井液柱压力低 于地层压力、允许地层流体进入井筒，并可将 于地层压力、允许地层流体进入井筒， 其循环到地面的可控制的钻井技术， 其循环到地面的可控制的钻井技术，即： PmE﹤PP 一般要求： ∆P=0.7～7MPa。 一般要求：PP-PmE=∆P ， ∆P=0.7～7MPa。
四、欠平衡主要装备及工具
●气体钻井专用设备（空气压缩机组、氮气发生器、尾气发 气体钻井专用设备（空气压缩机组、氮气发生器、 生装置、增压机组、雾泵和化学药剂注入系统、冷却设备、 生装置、增压机组、雾泵和化学药剂注入系统、冷却设备、 气体流量计、取样装置、除尘装置等 气体流量计、取样装置、 ●旋转控制装置（旋转防喷器、旋转控制头和旋转万能放喷 旋转控制装置（旋转防喷器、 器） ●液气分离装置（两相、三相和四相分离器） 液气分离装置（两相、三相和四相分离器） ●欠平衡专用节流管汇 ●点火系统及防回火装置 ●数据采集系统
为先锋，70年代以前 出于安全的考虑， 为先锋 ， 70年代以前 ， 出于安全的考虑 ， 该项技术一般不 年代以前， 用于打开储层。 90年代中 后期， 用于打开储层 。 在 90年代中 、后期 ， 欠平衡钻井技术发展 年代中、 极快， 尤其是美国和加拿大。 极快 ， 尤其是美国和加拿大 。 目前这两个国家的欠平衡钻 井 、 完井技术已经商业化 ， 形成了欠平衡钻井技术研究 、 完井技术已经商业化， 形成了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。 设备研制 、 技术服务三位一体的专业化公司 。 欠平衡钻井 技术也越来越多地与水平井、 技术也越来越多地与水平井 、 多分支井及小井眼钻井技术 等相结合，美国已将其列为21世纪急需的钻井技术 等相结合，美国已将其列为21世纪急需的钻井技术。 世纪急需的钻井技术。
● 充 气 钻 井
液相中充入气相（氮气、空气） 液相中充入气相（氮气、空气）的两相流体作 为钻井循环介质获得欠压差值的欠平衡钻井， 为钻井循环介质获得欠压差值的欠平衡钻井，其 中液相是连续相，气相为分散相。 中液相是连续相，气相为分散相。 充气钻井一般应用于地层（储集层） 充气钻井一般应用于地层（储集层）压力梯度 小于1.0的地层 小于1.0的地层。 1.0
欠平衡钻井（UBD） 二、欠平衡钻井（UBD）的优点
● 防止和减少压差卡钻及井漏 压差粘附卡钻是由正压差引起，因此在易压差粘附卡钻井段、 压差粘附卡钻是由正压差引起，因此在易压差粘附卡钻井段、 地区，可防止压差粘附卡钻。同时也可用欠平衡钻井钻易破 地区，可防止压差粘附卡钻。 裂及易漏井段。 裂及易漏井段。 ● 随钻油气藏评价 欠平衡钻井是钻井和开采同时 进行的过程，为我们获得油藏 进行的过程， 特征信息， 特征信息，有利于工程及地质 人员及时识别地层流体性质。 人员及时识别地层流体性质。
特殊工艺井钻井工艺技术
张书瑞
2007年9月 年 月
前
言
特殊工艺井一般指欠平衡井、水平井、 特殊工艺井一般指欠平衡井、水平井、大位 移井、分支井、小井眼井、套管钻井等。 移井、分支井、小井眼井、套管钻井等。特殊工 艺井工艺复杂，施工难度大， 艺井工艺复杂，施工难度大，几乎应用了目前世 界上90%的最前沿的钻井完井技术。随着油田勘 界上 的最前沿的钻井完井技术。 的最前沿的钻井完井技术 探开发得逐步深入和扩展， 探开发得逐步深入和扩展，钻特殊工艺井数量越 来越多，掌握特殊工艺井技术势在必行。 来越多，掌握特殊工艺井技术势在必行。利用这 个机会， 个机会，重点介绍一下欠平衡井和水平井钻井工 艺技术。 艺技术。
四、欠平衡主要装备及工具 欠平衡主要装备及工具
●欠平衡取心工具 ●欠平衡测井工具 ●不压井起下钻装置 ●欠平衡完井工具（油管内防喷工具、膨胀筛管、暂堵衬 欠平衡完井工具（油管内防喷工具、膨胀筛管、 管、套管阀） 套管阀） ●欠平衡专用工具 六方（三方）方钻杆、滚子方补心、钻具强制式回压阀、 六方（三方）方钻杆、滚子方补心、钻具强制式回压阀、 空气锤、空气螺杆钻具、空气震击器及减震器、欠平衡井 震击器及减震器、 空气锤、空气螺杆钻具、空气震击器及减震器 底压力采集系统、气体监测仪器等。 底压力采集系统、气体监测仪器等。