欠平衡钻井技术

（ 3 ）泄立压 ( 圈闭压力 ) ，直到与大气压相等；
九、欠平衡钻井作业
3、起下钻方法
•打泥浆帽部分压井
•打重塞子在井底平衡地层压力
•起钻时允许井溢流 •用井下压力阀将地层压力隔离
•强行起下钻
推荐使用打泥浆帽部分压井方法： •洗井 •将清洁或与地层配伍的完井液注入到油层部位 •用旋转控制头将钻具起至技套 •打重泥浆帽平衡地层压力 •正常起下钻
九、欠平衡钻井作业
重泥浆帽法起下钻方式的操作要领：
将清洁的与地层配伍的保护液泵入油层 部位，使之充满 裸眼井段； 用旋转控制头将钻具起至技套内； 泵入重泥浆，在上部井段形成重泥浆帽 起出轴承总成， 正常起下钻；
泥浆帽 技 技 套 套
下钻至重泥浆帽底部，接方钻杆，开泵 循环，用欠平衡
处理。这样可及时发现和有效保护油气层，同时可显著提高钻进速度。
技术关键：
1）地层孔隙压力和坍塌压力的准确预测
2）钻井液类型选择和密度等性能的控制 3）井口压力的控制及循环出井的流体的处理
4）起下钻过程的欠平衡
5）井底有效压力的计算与监测 6）井壁稳定
7）完井
泵入钻井液
常规钻井：
液柱压力>地层压力 • 在井底形成一个正压差 • 钻井液侵入地层对油层 造成污染
充气钻井欠平衡压差一般取1.7 MPa～3.5 MPa
对于高渗高产地层，欠平衡压差要设计得小一些，而对于 低渗低产地层，欠平衡压差可以设计得高一些。
六、 钻井液循环压力的计算
这是一个复杂的课题，涉及到多相流的理论，国内外多采用 多相流数值模拟的方法进行求解。
• 美国莫尔工程公司 Mutelite 水力
泥岩夹层水化膨胀
或坍塌掉块的能力
4、满足油气层保 护的要求
八、欠平衡钻井装备
1、防喷器组 典型的欠平衡钻井防喷器组是 由单闸板＋双闸板＋环形防喷 器组成的 2、旋转控制头或旋转防喷器
欠平衡压力钻井的井口控制设备
旋转控制头
旋转防喷器
九、欠平衡钻井作业
1、欠平衡作业前要考虑的问题 • 每一层的地层压力 • 地层产出的流体类型、产量及是否有酸性气体 • 防喷器是否按标准进行了试压
三、适合欠平衡钻井的地层
• 压力衰竭储层
• 低机械钻速的硬地层
适 用 于
• 井漏地层
• 老井重入和修井
• 敏感性损害地层 • 高渗高孔地层 • 裂缝和溶洞
三、适合欠平衡钻井的地层
• 高渗高压 • 未知储层或地层
不 适 用 于
• 高产 • 疏松地层 • 薄弱塑性地层，盐，膨胀页岩
• 有硫化氢
• 压力系数不同的多套储层
二、欠平衡钻井的优越性
2、良好的产层显示
欠平衡作业中由于钻井液循环压力低于地层压力，钻井过程
中地层流体会进入井眼。在井口可以检测产出液，可以提供良
好的产层显示；
二、欠平衡钻井的优越性
3、减轻工程复杂、提高机械钻速
（1）提高了防喷能力，防止井喷失控;
（2）降低了液柱压力，减轻井漏和压差卡钻；
（3）消除压持效应，有利于提高机械钻速。
空压机
流量计
液气分离器
三 通
振动筛
排气 管线
第二部分钻井液地 面循环系统
脱油 装置 泥浆 井底
循环罐
泥浆泵
火 炬
• 对充氮气钻井液基浆的要求
1、 抗油气污染能 力强，气侵后不稠 2、 适当的粘 度和切力，具 3、 低失水，防塌 能力强，具有抑制
化，可用机械方法
除气，具有良好的 流动性
有悬浮和携带
岩屑的能力
采用聚合醇钻井液欠平衡钻进，控制泥浆
密度1.42 g/cm3，静欠压2.33MPa，动欠 压1. 19MPa，钻进中火炬点火，投产后日 油23吨，为邻井的3倍。
•南方海相地层
云参1井是中石化集团公司重点探井， 设计井深3500m，实测地层压力系数 0.952～0.745,钻进中漏失严重;应用 充气欠平衡钻井技术，钻井液密度 1.01～1.03g/cm3,充气量1200Nm3
四、欠平衡钻井技术、负压差设计与控制 目前采用欠平衡压力钻井技术
1）控流钻井技术：使用常规钻井液（水基钻井液）进行 欠平 衡钻井：Flowdrilling
2）低压欠平衡钻井：干空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、
雾钻井泡沫钻井、充气钻井
欠平衡钻井两种主要的技术
在地层压力系数大于1.05 的地层 采用常规钻井液施工的控流欠平衡钻 井技术Flowdrilling 在地层压力系数小于1.05 的地层采用 充气(氮气）欠
油气层
泵入钻井液
欠平衡压力钻井
液柱压力<地层压力
在井底形成负压差，不仅可 极大地减轻钻井过程中钻井
以有效地防止钻井液侵入地层， 液对油气层的污染，对于提高
而且允许产层流体（石油和天 低渗透储层、潜山灰岩裂缝性 然气）流入井眼，在 油藏的产能以及探井的勘探成 井口有效
控制 功率具有十分重要的意义。 下循环到地面。
云参1井
/h,有效地解决或减轻了井漏，满足了
钻井和地质录井的要求，成功钻达设 计井深。
•低渗透油藏
纯70-平1井 该井水平段沙四段地层压力系数1.51 ，
纯97-5井
沙四段地层压力系数1.14－1.16，采用 密度为1.06至1.07 的钻井液，钻进中 火炬自动点火，火焰高2~米，实现了 边喷边钻，收到了解放油气层、提高钻 速的明显效果，为应用欠平衡钻井技术 开发低渗透砂岩油藏进行了成功的尝试。 投产后日产 16吨，为邻井的34倍。
《油气井工程设计与应用》
Design and Application of Oil and Gas Well Engineering
第十一章 欠平衡压力钻井
主讲：刘瑞文
一、欠平衡压力钻井的概念
在井底有效压力低于地层压力的条件下进行钻井作业。在井下，允许地层 流体进入井内；在井口，利用专门的井控装臵对循环出井的流体进行控制和
回压控制井底压力；
过调ห้องสมุดไป่ตู้液体和气体流量控制
井底压力。
七、欠平衡钻井负压差和井口压力控制方法
1）正常压力储层 ： V孔=1.05 ~1.20 2）高压储层： V孔>1.20
Flowdrilling 欠平衡钻井
通过降低钻井液密度，使循环系统的压
力低于正钻地层的孔隙压力，井底处于欠 平衡状态。
国外普遍采用低压欠平衡钻井技术来开发低压油藏
罗151-11井
使用硬胶泡沫钻井液，地层压力 系数0.96,静欠压1.19MPa;完井
投产日产油18t，是同地区同期
完成常规井产量的两倍。
•灰岩裂缝性油藏
埕北244井
本井钻至奥陶系灰岩 先发生井漏，又发生 井涌，应用欠平衡钻 井技术，解决了既漏 又涌的难题，顺利地 完成了高漏失地层的 钻探任务，取准取全 了地质资料，并取得 φ10mm油嘴235.2t/d油、 6940m3/d气的高产。
轻泥浆替出 重泥浆； 继续下钻。
保保 护护 液液
十、欠平衡钻井现场应用
•火成岩储层
商741-平1井
该地区地层压力系数1.055，常 规钻井严重井漏，充氮气欠平衡 钻进，基浆密度1.03 ，充气量 200 Nm3/h，动欠压3.1MPa； 投产后初产71t/d，已累产6500t， 为邻井产量的3～5倍。
油气层
二、欠平衡钻井的优越性 1、防止地层伤害、提高油井产能
欠平衡钻井可防止常规钻井造成的地层损害，常规钻井造成 地层损害的原因主要有以下几个方面： （1）钻井液滤失速度高，造成地层细颗粒和粘土颗粒的运移； （2）钻井液中加入的固相或钻井中产生的固相侵入地层； （3）存在可能发生钻井液严重侵入的高渗层； （4）地层对侵入的水相、油相敏感，导致钻井液滤液留在地层 中，影响了近井眼地区的渗透率，产生永久性产能下降； （5）侵入液与产层或地层液发生不利反应（如粘土膨胀、化学 吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等）。
3） 低压储层 V孔<1.05
低压欠平衡钻井

气体注入方式
立管注气法
膜氮 系统
第一部分 现场制氮充气系统 N2 第三部分混气装置及 两相流循环系统 第四部分井口装置及 两相流循环系统
增压机 立 混 管 气 装 置
N2
井口四通
气相和液相在
空气 控制阀
节流管汇 舌 型 阀
立管内混 合,MWD的使 用受到限制
• 旋转控制头压力级别
• 地面处理设备的处理能力 • 井队人员是否进行了培训
九、欠平衡钻井作业 2、接单根
控流钻井：
（1）停钻井泵；
（2）关闭环空, 防止两相流分离； （3）泄立压，直到与大气压相等； （4）接单根； （5）打开环空，开泵恢复钻进。
充气钻井
（1）先停泥浆泵，继续注气，直到氮气将充
气泥浆替出最上面一个回压凡尔； （2）关闭环空,防止两相流分离； （4）正常接单根，打磨钳痕； （5）打开环空，泵入氮气，再泵入泥浆，恢 复循环。
平衡钻井技术
五、负压差设计
从理论上说，井眼压力应大于地层坍塌压力，且小于地层孔隙压力， 这界定了欠平衡压差的范围。
负压差的确定涉及多个因素，主要包括地面设备的分离能力、
井口装臵的承压能力、井壁稳定、气液两相流的不稳定性、速敏、 应力敏感性以及地层压力的不确定性等； 根据经验： 液体欠平衡钻井欠平衡压差一般取0.7 MPa～1.4 Mpa
设计软件，可进行欠平衡压力钻井 环空多相流设计、计算。
•研究动态的欠平衡钻井多相流水力
设计软件，在该软件中，考虑了油 气产量对环空循环压力的影响。
七、欠平衡钻井负压差和井口压力控制方法
•Flowdrilling欠平衡钻井： 通过调节钻井液密度和节流
•充气(氮气）欠平衡钻井： 依据多相流数值模拟或 多相流水力计算结果 , 通