不压井作业在欠平衡钻井中的应用

不压井作业在欠平衡钻井中的应用

摘要：在钻井过程中，有些油气藏的裂缝和溶洞非常发育，并且裂缝没有固定的走向和规律，其地层压力高压地层与低压地层分布情况复杂，缺乏规律。常规的钻井技术在钻地层复杂油气藏时会经常遇到井漏、井喷及储层保护的问题，欠平衡钻井技术在解决上述钻井问题时起到了很好的效果，保证了地层复杂的油气藏安全快度的钻进。欠平衡钻井技术的适用范围和未来的发展趋势等方面进行了概述。

关键词：不压井作业欠平衡钻井压力控制

常规的钻井技术在钻井时钻井液液柱在井底的压力大于或者等于地层孔隙压力，即产生正压差，从而保证钻井的正常进行。此时钻井液因为压差的影响产生滤失，从而会造成滤液在地层中与粘土发生反应，导致粘土水化膨胀从而堵塞地层孔隙，滤液还会与地层的流体发生反应，产生水锁、乳化和固相颗粒，也会导致地层孔隙的堵塞。储层会在此过程中产生伤害，从而影响产量。如果地层情况更加复杂，裂缝和溶洞发育而没有规律的话，井漏和井喷也会发生，这些都会严重影响钻井的安全和效率。

为了解决上述问题，更好的保护储层，在低孔低渗透油气藏和情况复杂的油气藏钻井时会让钻井液液柱在井底的略低于地层孔隙压力，即产生一个合适的负压差，这种钻井技术就是欠平衡钻井技术，这种技术只能保证在正常钻进作业时通过调节泥浆密度实现负压，而起下钻作业、测井作业和完井作业过程却必须进行压井作业，才能保证作业的正常完成。也就是说除了正常钻进过程，其他的作业过程并不能真正保证井底的负压状态，甚至压井用的重液对地层的污染程度会远大于常规钻井时泥浆滤失对地层的污染程度。由上可知，要想真正有效的保护油气层，真正意义上实现欠平衡钻井，就需要在正常钻进、起下钻、测井和最后完井等多项钻井作业中全部实现欠平衡，而这样的技术也正是全过程欠平衡钻井技术的内涵和要点。而要达到全过程欠平衡钻井的关键就是钻井全过程不压井作业。

1 不压井欠平衡钻井实现的方法

不压井作业包括不压井起下钻、不压井测井、不压井下入筛管或尾管和不压井下入完井管柱等操作。起下钻过程中之所以需要进行压井的原因是随着起钻过程的进行，井筒中管柱的重量越来越轻，当管柱的重量小于由于井底负压状态产生的上顶力时，就会把管柱顶出井口并造成井喷，也就是常说的“管轻”现象（反之，如果管柱的重量可以平衡井口的上顶力时，称之为“管重”）。考虑到“管轻”的影响，就必须进行压井。

在此过程实现不压井首先一种方法是使用强行起下钻装置，该装置包括液压动力系统、举升系统、卡瓦系统等，安装在钻台面以上，通过液压举升系统和卡瓦在管具上提供一定的力，克服井口压力对钻井的上顶力。还有一种方法就是下入井下套管阀。这种方法的原理是在起钻时，通过关闭套管阀使液柱被封隔成上下２个部分。套管阀下面的部分仍然保持负压状态，套管阀上面的部分就可以打开井口，按照正常起钻操作进行。下钻时，当管柱下至套阀上部时，关闭井口防喷器，操作地面控制装置就可以打开阀，使管柱带压下入井底，继续保持负压状态钻进，由于套管阀良好的封隔作用，从而保证了起下钻和保持井底负压状态同时良好的进行。这两种方法在使用时强行起下钻装置的使用率偏低，具有占地面积大、工人的劳动强度大等特点，最主要的是使用该方法只能保证起下钻时井底

的负压状态，而测定和完井等操作时还需要进行压井操作。而下入井下套管阀的

方法相比较使用效率比较高（据资料显示，我国的一些井在使用美国进口的套管

阀工作时，井的开启次数可达１６次），下入到井底的套管阀在钻进时处于开

启状态，当需要电测或下入筛管时，可以通过地面控制装置关闭或者打开阀门，

从而可以把测量仪器或筛管放入井底测量或者取到地面上读取测量数据，套管阀

良好的封隔作用，可以保证测井和完井作业的顺利进行，同时保持井底的欠平衡

状态，而不需要压井来平衡地层压力。此外下入套管阀还具有经济效益好，有效

提高了不下井起下钻的时间等优点，但是要真正实现全过程欠平衡钻井，对钻井

仪器设备和钻井工艺的要求也会比较高。

2 不压井欠平衡钻井作业的主要适用范围

全过程欠平衡钻井技术具有边钻井边生产、最大程度的保护油气层、提高钻

井速度、有效减少井漏及卡钻等钻井事故的诸多优点。其适用范围包括：高渗透

率且胶结良好的砂岩和碳酸盐岩、泥浆滤液与地层流体会发生强烈化学反应伤害

储层的地层、发育的裂缝或者大量连通孔洞的地层、压力低的地层、硬地层、接

近残余油饱和度的脱水地层。

不适用欠平衡钻井技术的地层包括：① 常规地层。欠平衡钻井技术比常规钻井技术要昂贵许多，并且具有一定的风险性，所以对于常规地层最好还是选用常

规的钻井技术。② 地层岩石破裂压力和底层孔隙压力不清楚的地层。③ 地层

压力高，在同一产层变化幅度大的地层。④ 产量大，风险高，地层情况特别复

杂的地层。

综上所述，不是所有的地层都适合欠平衡钻井的，并且在使用欠平衡钻井方

法钻井之前，需要详细研究油气藏的地层参数，比如孔隙度、渗透率、地层水的

物理化学性质、岩石的破裂压力、地层压力系统、温度系统等。从而对油气藏进

行筛选，只有适合的油气藏才能采用欠平衡钻井方法进行钻井。。

3 不压井欠平衡作业的发展趋势

在实践中进一步完善和成熟欠平衡钻井工艺技术。全过程欠平衡钻井技术理

论方面取得了一些成果，但大多数都是侧重于如何保持井底负压状态的研究，用

的钻井液也多是水基钻井液，而对于更有利于保护储层的气体型钻井流体研究很少。

加快配套硬件设备的研制。我国很多油田花费大量资金引进国外的一些欠平

衡钻井设备，比如旋转防喷器、各种型号的套管阀等，我国硬件设备研制工作也

早在80年代就已经开始，而到目前为止，在硬件设备的设计结构和技术指标上，我国与国外还存在着明显的差距。

进行欠平衡钻井数值模拟的研究。欠平衡钻井技术是一项投资高，风险高的

钻井技术，通过钻前钻井数值模拟技术的研究，可以有效的降低钻井风险，提高

钻井效率。欠平衡数据采集监测系统的升级和完善。欠平衡数据采集监测系统可

以及时快速的收集钻井过程中的钻井参数、钻井液的性能参数等数据，及时了解

目前的钻进情况和钻井液的工作情况，避免异常事故的发生。

欠平衡水平井技术的发展。水平井技术在油气田开发过程中起到越来越重要

的作用，将欠平衡钻井技术和水平井技术结合起来的欠平衡水平井技术也必然会

成为未来的发展趋势。

4 总结

随着开采油气的难度越来越大，地层情况复杂油气藏对储层保护的要求也越

来越高，所以全过程欠平衡钻井技术在将来的快速发展也是必然的，无论是在硬