欠平衡钻井技术及技术规范
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术（Underbalanced drilling，简称UBD）是一种在井口维持地层压力低于井口压力的钻井方法。
该方法主要是通过减小钻井液密度或增加气体（氮气、天然气或压缩空气）注入到井内，以降低井底压力，使钻井过程中地层压井的现象得到控制。
欠平衡钻井技术的主要优势在于可以减少地层崩塌、井击、井喷等危险情况的发生，并且可以提高钻井速度和孔隙渗透率，从而减少钻井成本。
与常规钻井技术相比，欠平衡钻井技术可以更好地保持储层中的原始压力和流体性质，从而更好地评估储层的产能。
欠平衡钻井技术的应用范围广泛，适用于不同类型的油气井，包括深水井、高温高压井、气井、油藏难以气窜的井等。
在深水井中，欠平衡钻井技术可以减少水合物的形成并提高钻井速度。
在高温高压井中，欠平衡钻井技术可以减少井口附近的孔隙压力差，降低井喷和井击的风险。
欠平衡钻井技术的关键是控制井底压力和钻井液流量。
为了确保井底压力低于井口压力，需要通过控制钻头旋转速度、注入气体的流量和钻井液的密度来实现。
通常会使用特殊的测量设备和控制系统来监测井底压力和流量，以确保钻井过程的安全和有效。
但是欠平衡钻井技术也存在一些挑战和风险。
一方面，由于井底压力低于井口压力，有可能导致井喷和井击的发生。
由于钻井液密度较低，可能会导致钻井液中的固体颗粒无法有效地将井底产能传递到井口。
在实施欠平衡钻井技术时，需要对目标油气井的地层进行详细的分析和评估，选择合适的钻井液和气体注入方案，并严格控制钻井液和气体的流量和压力，以确保钻井过程的安全和顺利。
欠平衡钻井
增压机 雾泵 氮气进入立管
环流空气进入
Weatherford生产的制氮增压系统
组成：由空气压缩机、冷却、清洁系统、增 压器和控制系统组成 特点：一台柴油机驱动空压机和增压器 结构紧凑，放在9m×5m的撬座，运输方便
美国Weatherford 公司制氮及增压系统
•雾化装置
功用：在泡沫、雾化 钻井过程中注入液体， 并与气体混合形成雾 化液或泡沫 钢板 组成：由注液泵、雾 或钢 丝网 化器、管汇组成 注液泵：根据注液量 实际要求选择压力和 排量，目前用水泥车 作为注液泵 泡沫发生器：
(三) 钻井液与完井液
1、欠平衡钻井液完井液的分类: 1) 常规钻井液体系： 2) 气体类:空气、天然气、氮气、废气 3) 雾化液：空气、氮气、天然气雾化液 4) 泡沫体系：空气、氮气泡沫 5) 充气钻井液体系： 6) 无固相钻井液体系：淡水、盐水等 7) 含轻质固相添加剂的体系：
美国Shaffer公司 PCWD旋转防喷器
1. 静压:35MPa 动压：21MPa
2. 封零：17.5MPa 3. 最大转速：
100rpm 21MPa
200rpm 14MPa
目前世界上压力等级 最高的旋转防喷器。
旋转防喷器
动力站
（二）节流控制系统及分离系统
1、节流控制系统 功用：基本与常规钻井节流系统相同， 控制从井口返出流体的压力及流量大小， 从而控制井底欠压值。 系统组成：节流管汇、液压控制系统 2、分离系统
Psp
Pud
Pdp
Pbp
Par Pp
Pm Pbj
（2）调整钻井液密度控制欠压值 方法：调整井口回压控制立管压力值 立压与泥浆密度的关系： Psp1/Psp2=ρm1 / ρm2 1—初始值 2---调整后的值 （3）调整注气量和注液量控制欠压值 使用专门的软件模拟计算
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是一种在井底压力小于地层压力的情况下进行钻井的技术。
相比于常规平衡钻井技术，欠平衡钻井技术能够降低钻井过程中的井漏风险，并提高钻井效率。
欠平衡钻井技术的主要原理是利用人工创造的压差，使井底压力低于地层压力。
这种压差可以通过以下几种方法来实现：
1. 人工气体注入：在井底通过注入气体，如氮气或天然气，在井中形成气垫，降低井底压力，以实现欠平衡状态。
2. 全液体钻井：用轻质液体，如泡沫、泡沫水或汽液混合物，替代常规的钻井液来钻井。
这种液体的密度较低，能够降低井底压力。
3. 降低泥浆密度：通过减少钻井液中浆体材料的比重，使泥浆的密度降低，从而实现欠平衡。
欠平衡钻井技术的优势主要表现在以下几个方面：
1. 降低井漏风险：由于井底压力较低，井壁与地层之间的压差减小了，从而降低了地层的损害和井漏的风险。
2. 提高钻井效率：由于井底压力较低，钻进速度可以提高。
而且，欠平衡钻井中通常使用轻质液体进行钻井，减少了下钻时间和井深对泥浆密度所需的调整，进一步提高了钻井效率。
3. 可用于水平井和高井深：常规平衡钻井技术在水平井和高井深情况下的施工难度较大。
而欠平衡钻井技术由于井底压力较低，可以有效降低水平井和高井深情况下的井漏风险，减轻施工难度。
欠平衡钻井技术在实际应用中也存在一些问题和挑战。
欠平衡钻井技术的设计和操作要求高，需要充分了解地层特点和井漏风险，合理选择施工参数。
由于钻井过程中井底压力低于地层压力，地层中的气体和油可能会通过井眼进入井筒，需要采取相应的措施进行处理和处理。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种在井筒内使压力低于地层压力的钻井技术。
相较于正平衡钻井技术，欠平衡钻井技术能够降低钻井过程中的井下事故风险，提高钻井速度和效率，适用于复杂地质条件下的钻井作业。
欠平衡钻井技术的原理是通过控制钻井液循环系统中的泵入流量，使井筒内部维持一个压力低于地层压力的状态。
这样可以减少地层破裂和井下沉积物堵塞的风险，从而提高钻井的安全性和效率。
欠平衡钻井技术主要有以下几种常用的方法：1. MEG（气泡剂辅助）技术：在钻井液中添加气泡剂，通过气泡的膨胀和爆破，形成一定的气泡力量来降低钻井液的密度，从而降低井筒内部的压力。
2. 流体耦合技术：将高压气体以流体耦合的方式注入套管与井筒之间的缝隙中，使套管外形成一个低压区域，从而降低井筒内的压力。
3. 膨胀管道技术：通过选用膨胀管道，使钻井液在膨胀管道内压力降低，然后再进入井底，形成平衡钻井管道，实现钻井液外泄来降低井筒内压力。
欠平衡钻井技术的应用范围比较广泛。
在高压气藏和高渗透油藏等特殊地质条件下，这种技术可以减少地层损伤和泥浆污染，保护地层储集能力。
在气体钻井和高温、高硫、高压等腐蚀井下环境条件下，欠平衡钻井技术可以提高钻井的安全性和效率。
欠平衡钻井技术还可以应用于水平井、大角度井和深水井等特殊钻井作业中。
不过，欠平衡钻井技术也存在一些问题和挑战。
由于钻井液密度的控制比较困难，需要选择合适的钻井液体系和气泡剂，以确保欠平衡钻井的效果。
欠平衡钻井的安全性较差，井下系统会面临较大的压力差，需要加强井控措施和监测手段，避免井下事故的发生。
欠平衡钻井技术能够提高钻井的效率和安全性，在特殊地质条件下有着广泛的应用前景。
随着钻井工艺和技术的不断发展，欠平衡钻井技术将进一步完善和应用于实际生产中。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是一种常用的钻井方法，用于在井筒内部维持较低的压力。
它通过在钻头底部连续注入气体或液体来实现。
这种技术的主要目的是减少井底孔洞的损害并提高钻井效率。
欠平衡钻井技术的原理是在井口维持一个较高的压力，以便在井底产生一个较低的地层压力。
这种压力差可以有效地减少钻井液到穿透层的渗透压差，从而降低损伤地层的风险。
欠平衡钻井技术还可以通过控制地层渗流来减少井底的泥浆侵入，从而提高钻井速度。
欠平衡钻井技术有两种主要的方法：气体欠平衡钻井（UBD）和液体欠平衡钻井（LWD）。
气体欠平衡钻井是指通过向井底注入气体来降低地层压力，而液体欠平衡钻井是指通过向井底注入液体来实现。
这两种方法各有优缺点，选择应根据具体情况。
欠平衡钻井技术的应用非常广泛。
它可以用于突破复杂地层，如高渗透性、高泥浆侵入性和高井壁稳定性等条件下的困难地层。
它可以用于提高钻井速度和降低操作风险。
欠平衡钻井技术还可以用于井下作业，如井底测试、钻井液循环、产能测试和井壁修复等。
欠平衡钻井技术也存在一些挑战和风险。
它需要特殊的设备和技术，增加了操作成本和难度。
欠平衡钻井过程中可能出现井喷和井漏等安全问题，需要采取有效的安全措施。
欠平衡钻井技术在一些特殊的地质条件下可能不适用，需要根据具体情况进行评估。
欠平衡钻井技术是一种有效的钻井方法，可以减少地层损伤、提高钻井效率和降低操作风险。
随着技术的不断进步，它将在更广泛的领域得到应用。
为了确保安全和效果，需要充分考虑各种因素，并采取适当的措施和监测手段。
欠平衡钻井技术
欠平衡压力钻井技术一、欠平衡压力钻井的概念欠平衡压力钻井Under Balance Drilling （UBD ）是指在钻井过程中泥浆柱作用在井底的压力（包括泥浆柱的静液压力和循环压降），低于地层孔隙压力。
欠平衡压力钻井时,p b p p <，0<∆p 。
此时允许产层流体流入井内，并可将其循环到地面，地面可有效地控制。
UBD Pp ＞Pb = Ph + Pa + Pch二、国内外发展概况1、欠平衡压力钻井发展历史欠平衡压力钻井实际上是一种古老的钻井方式，直到1895年旋转钻井产生之前，绳索式顿钻钻井都是用欠平衡方式进行的，在当时技术条件下，利用欠平衡方式诱发井喷是发现油气藏的手段。
欠平衡-----井喷------油气藏从1895至1920这段时间里，旋转钻井是用清水作为循环流体的，为保证钻井安全和井眼清洁，1920年开始使用加有粘土和处理剂的混配钻井液体系，自此，超平衡压力钻井成为常规的钻井方式。
国外从30年代开始发展欠平衡压力钻井技术，当时用空气作为钻井液，钻速提高了2-3倍，同时还避免了许多井漏和卡钻事故。
70-80年代发展了泡沫技术，有效地解决了携岩问题，进一步推进了欠平衡压力钻井技术的发展，但由于成本和安全原因，这项技术在80年代停滞。
80年代末以来，由于专用设备和工具的配套，以及相应技术的发展，欠平衡压力钻井技术才又迅速发展起来。
欠平衡压力钻井技术以美国和加拿大应用为最多，技术和装备最先进，它们大都成立了欠平衡压力钻井服务公司；其次是英国、巴西、委内瑞拉、墨西哥等国也应用了欠平衡压力钻井技术。
我国从近几年也开始研究和应用欠平衡压力钻井技术。
2、国外情况欠平衡压力钻井技术是八十年代后期在美国德克萨斯州奥斯汀白垩系地层钻井时得以迅速发展起来的。
目前美国欠平衡压力钻井的井数已达2500多口。
美国和加拿大具有：（1）先进的欠平衡钻井装备（2）专业技术服务公司（3）配套的欠平衡钻井技术加拿大欠平衡钻井数目图欠平衡压力钻井作为能提高油气产量的一项重要技术，已在世界20多个国家和地区4500多口井上应用。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种钻井技术，可以在沉积岩层中高效率地进行作业。
该技术是在溢流地层下进行的，对途径的地层结果有着较好的控制。
欠平衡钻井技术在减少地层破损、提高作业速度和减小地层污染等方面都具有明显优势，因此在石油开发领域具有重要地位。
欠平衡钻井技术的主要优点之一是它可以显著地减少井壁的破坏。
在传统的钻井技术中，井眼往往在钻井的过程中会受到较大的挤压力，并且受到地层岩石和井壁完整性的影响。
而欠平衡钻井技术是在井眼内部形成一定的压力差，使岩层不会对井壁产生挤压作用，从而实现了最大程度地减少了井壁的破坏，提高了井的完整性。
欠平衡钻井技术还可以提高作业的速度，因为它可以在一段时间内不断地往井眼内喷入泥浆，从而使钻头在井眼内快速作业。
与传统的正平衡钻井技术相比，欠平衡钻井技术可以在相同的时间段内完成更多的进尺，节约了作业成本和时间，并提高了作业的效率。
欠平衡钻井技术还可以显著地减小地层的污染。
在传统的正平衡钻井技术中，井眼内的泥浆会不断地向地层中渗透，导致地层岩屑的渗出，从而污染了地下水资源。
而欠平衡钻井技术是在井眼内形成了一定的压力差，使得地层岩屑不易渗出，从而减小了地下水资源的污染。
欠平衡钻井技术的应用也有着一些局限性。
在选择欠平衡钻井技术时需要根据地层的实际情况来决定，因为并非所有的地层都适合欠平衡钻井技术。
欠平衡钻井技术需要高额的投资成本，包括设备、人力成本等，这对一些小型石油公司来说可能具有一定的难度。
欠平衡钻井技术在实际操作中需要严格的控制，否则可能会引发一系列地质灾害，如地层崩塌、封堵等。
欠平衡钻井技术的发展具有十分重要的意义。
它可以有效地提高油气的开采率，减少能源资源的浪费。
欠平衡钻井技术可以在一定程度上缓解地下水的污染问题，有助于保护地下水资源。
欠平衡钻井技术的推广应用还可以促进石油装备技术的升级，促进我国石油装备行业的发展。
欠平衡钻井技术的应用还可以促进我国石油产业的结构调整和转型升级，促进我国石油产业的转型升级。
欠平衡钻井工艺技术
1.5
69
23
2
泡沫雾化流体
1.2
11
9
1
非加重盐水体系钻井液
揭示了新疆局所属油田有丰富天然气资源，这是几十年水基钻井液钻井所从未发现的，此结果为新疆局油气开发并举的决策提供了直接依据。 欠平衡钻井技术作为能提高产量和解决钻井问题的一项重要技术已在很多不同类型的油藏得到应用。
中石油欠平衡钻井应用情况
普遍认为： ●利用欠平衡钻井技术能取得高产油气流； ●随着经验增多和各种技术问题的解决，欠平衡钻井技术正在逐步得到改进和完善。
气体钻井专用设备
空气压缩机组（车载式和撬装式） 氮气发生器 尾气发生装置 增压机组（车载式和撬装式） 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
气体钻井专用设备
空压机
增压机
增压机
尾气除尘、冷却装置
低压压缩机
低压储气罐
车载式增压机
加拿大欠平衡钻井情况
例2 在加拿大的Weyburn油田，有90多口包括单油层、双油层和三油层的井，因使用欠平衡钻井而大幅度提高了产量，还提高了钻速和钻头进尺。并且四年里没有发生卡钻、井眼不稳定和环境污染事故。 加拿大在其它许多地层中应用欠平衡钻井技术也取得了好的效益。除此，加拿大能源局（ERCB）的研究结果表明，欠平衡钻井的安全记录比常规钻井也要好。
密度g/cm3
分类
2. 不同类型UBD流体密度
欠平衡钻井技术
四、欠平衡压力钻井适用的地层
欠平衡钻井的主 要特点是在钻进过 程中钻井液的循环 压力始终低于地层 的孔隙压力，因此 在需要足够的泥浆 密度才能控制井塌 的地层，不易采用 欠平衡钻井。
压力 （ MPa ） Pf-地层破裂压力
Pp-地层孔隙压力
Pt-地层坍塌压力
欠平衡钻井 适用的地层
井深（m）
Pt
Pp
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 水力设计软件， 欠平衡压力钻井环空多相 流 设计、计算。
• 胜利油田研究了动态欠
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。
负压差的确定还与欠平衡钻井方式有关
Flowdrilling欠平衡钻井
选择低一些为好 对于高油气比或气井，动负压差（指没 有油气侵） 可选为0，因为产出的气会使环 充气 (氮气）欠平衡钻井
在停钻接单根时，因失去了环空摩阻， 负压差会增加，因此只要在循环钻进时达到 欠平衡就能满足欠平衡钻井的要求，负压差
欠平衡压力钻井技术
提
纲
1、欠平衡压力钻井的概念 2、欠平衡压力钻井的优越性 3、欠平衡压力钻井国内外发展概况 4、欠平衡压力钻井适用的地层 5、欠平衡压力钻井工作方式、负压差设计与控制 6、欠平衡条件的产生及钻井液技术 7、欠平衡压力钻井井控及装备 8、欠平衡压力钻井循环流体地面处理技术 9、欠平衡压力钻井完井技术 10、胜利油田欠平衡压力钻井技术攻关情况 11、欠平衡压力钻井技术的发展趋势
钻井液静液柱压力的计算
在欠平衡钻井中， 环空流体是多相流 （气相、液相、固 相和原油）。 气体是可压缩的， 在井眼中随钻井液 一起向上运移，所 占体积及所处的形 态是井深的函数。
02欠平衡钻井技术(BJ)
上述五种储层损害都与钻井过程中过平衡压力 有关。
美国阿拉斯加普鲁德霍湾油田针对油井产量 递减的问题进行三年的调查研究，分析了多个环 节对储层损害的影响，其结论是在钻井过程中， 由于过平衡压力使钻井液的液相、固相侵入地层， 结果使地层渗透率降低10—75%。采用薄片鉴定 和扫描电镜分析证明，颗粒侵入是储层损害的主 要原因之一。 因此人们得出结论：正压差是造成储层损害的万 恶之源，降低压差是钻井过程中的保护储层的重 29 要技术措施 ，这就是欠平衡钻井的生命力所在。
温降滤失剂的用量，提高泥饼质量及钻井液的化学抑制性，避免井壁失稳。
如果发现井壁掉块或井眼缩径，在调整钻井液密度的基础上，适当提高
钻井液的粘切及润滑性，保证井底干净、井眼润滑。
20
• 如果在欠平衡开始实施时盲目的降低钻井液密度，极易造成 在非储层段由于欠压值太大而导致井壁坍塌，钻遇储层后由于欠 压值较大，进入井筒内的油气过大而导致井口难以控制。 • 本井钻井液密度下降到1.45g/cm3后，井下不同程度出现了 掉块，说明当量钻井液密度已低于地层坍塌压力，导致这样结果 的主要原因是在没有油气出现及储层能量较低的情况下无法点火。 针对实际情况及时上调密度，直到钻井液当量密度大于了坍塌压 力。钻达井深3803.44米成功地点火，钻达井深4230.66米发现溢 流，此时钻井液密度1.46g/cm3，实现了持续点火，最大瞬间气量 达3112m3/h。
量有很大的关系。该压力也是直接作用在地层上，其大小对Pud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Pam较难求出。
欠压值（Pu）：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。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种在井筒中应用压力差异来驱动钻头进入地层的钻井技术。
与传统的平衡钻井技术不同，欠平衡钻井技术被广泛应用于一些难以钻进的地层，例如自然气水合物地层、高温高压地层以及高粘度油藏等。
本篇文章将从欠平衡钻井技术的概念、原理、优点和应用等方面详细介绍该项技术。
欠平衡钻井技术是利用在井筒中形成的气体、泡沫、液体的压力差异来推动钻头快速进入井壁中使井筒完成一个完整的钻进过程。
该方法通常通过在井筒中注入空气、泡沫、气液两相、纯气等气体以及液体，使钻井作业能够在恶劣的地质环境下广泛应用。
欠平衡钻井技术的优势在于可以显著提高效率和降低钻井成本。
欠平衡钻井技术的原理是在井筒中形成一个压力差异，使得钻头受到推力而能够顺畅快速地钻入地层。
欠平衡钻井技术的原理可以分为两个部分：1、井筒内高压与低压的形成在欠平衡钻井技术中，通过在井筒中注入气体或者液体的方式，形成了不同压力、不同密度的介质，从而形成了井筒内的高压和低压区域。
当在井筒中形成了不同密度的介质时，就会出现一定的静差压力，静差压力是指两点之间沿表面法线方向的压力差。
2、钻头推进力的形成井筒内部形成的静差压力可以充当一定的驱动力量来推动钻头进入地层。
在欠平衡钻井技术中，静差压力可以克服摩擦力和阻力，从而形成一定的推进力。
因此，钻头在井筒内的进展速度直接决定了静差压力和钻头推进力的效果和质量。
欠平衡钻井技术由于其独特的特点，在钻井作业中得到了广泛应用，其主要优点包括：1、提高钻井效率相比于传统的平衡钻井技术，欠平衡钻井技术采用的是压力差异来驱动钻头入井，能够很大程度上提高钻井效率，缩短钻井周期，加快钻井作业进度，从而降低了整个钻井作业的成本。
2、适用范围广欠平衡钻井技术具有适用性广的特点，特别是在一些难以钻探的地层、高压高温地层、高黏度油藏中，采用欠平衡钻井技术可以避免钻头被地层催生物卡住或卡钻，进而可以提高钻井成效，降低钻井成本。
3、提高生产欠平衡钻井技术可以有效地改善钻屑清除，避免了关井作业、停电清井等情况的发生，从而可以加快地层开发，提高生产效率。
欠平衡钻井技术全套
欠平衡钻井技术一.欠平衡钻井的类型欠平衡钻井分为两种类型，即流钻和人工诱导欠平衡钻井。
流钻欠平衡钻井，就是用合适密度的钻井液（包括清水、混油钻井液、原油、柴油、添加空心固体材料钻井液等）进行的欠平衡钻井;而人工诱导欠平衡钻井，就是用充气钻井液、泡沫、雾、气体作为循环介质进行的欠平衡钻井。
一般而言，当地层压力当量密度大于或等于LlOg/cm3时，用流钻欠平衡钻井，否则可用人工诱导欠平衡钻井。
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。
经过几十年的发展，目前已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。
1.气体钻井技术气体钻井技术是指采用空气、天然气、废气和氮气钻井，密度适用范围为0〜0.02g∕Cm3。
采用空气欠平衡钻井可较大地节约钻井材料费用。
采用氮气钻井，主要优点是氮气和烧气的混合物不易燃烧，可消除井下着火的可能性。
采用天然气钻井，天然气排放到大气时，会形成易燃的混合物，存在着火的潜在危险，对大气也有污染。
2 .雾化钻井技术雾化钻井技术的密度适用范围为0.002~0.040g∕cm3,气体体积为混合物体积的96.0%~99.9%。
在空气钻井过程中，如出现少量的地层水，通常做法是将空气钻井转变成雾化钻井。
雾化钻井的具体做法是，在压缩的空气流未注入钻柱之前，向其注入少量的含有起泡剂的水。
注入的这种液体与地层产出的水就会分散成不连续的液滴。
3 .泡沫钻井技术泡沫钻井技术的密度适用范围为0.04~0.60g∕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%β泡沫用作钻井的循环流体，它具有静液柱压力低、漏失量小、携屑能力强、对油气层损害小等特点，适用于低压、易漏、水敏性地层。
欠平衡泡沫钻井技术是应用较为广泛的一项钻井技术。
4 .充气钻井液钻井技术充气钻井液钻井技术包括通过钻杆和井下注气两种方式。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术（Underbalanced Drilling，简称UBD）是在钻井过程中，使钻井液压力低于井底地层流体压力，从而实现井底地层流体向井口运移的钻井技术。
这种钻井技术主要适用于含有高产量天然气和高液位油藏的区域。
1. 避免地层污染。
与传统的过平衡钻井技术相比，欠平衡钻井技术可以避免钻井液污染地层。
2. 提高井产量。
由于欠平衡钻井技术会将井底地层流体连接到井口，因此可以在钻井时降低地层压力并提高井产量。
3. 提高采收率。
通过欠平衡钻井技术采出的油气含水低，可以提高采收率。
4. 减少地层损伤。
欠平衡钻井技术可以减少地层的损伤，从而降低永久性损伤和补偿成本。
虽然欠平衡钻井技术带来了许多优势，但它也面临以下挑战：1. 安全风险。
欠平衡钻井技术需要在高压、高温下操作，很容易发生事故。
2. 钻井液处理问题。
欠平衡钻井技术需要使用高质量的钻井液，这种钻井液需要特别处理。
3. 设备成本高。
欠平衡钻井技术需要特殊的设备和工具来实现，因此成本较高。
4. 需要高技术水平。
欠平衡钻井技术需要专业的技术人员来操作，需要在现场处理许多技术问题。
1. 水滴井或高液位油藏。
这些地层可以用欠平衡钻井技术来钻探，可以降低地层压力并提高采收率。
3. 复杂地层。
欠平衡钻井技术可以在复杂地层中有效地进行钻探，可以减少地层损伤和清洗周期。
总结欠平衡钻井技术是一种先进的钻井技术，可以提高井产量和采收率，减少地层污染和损伤。
但它也面临一些挑战，需要高技术水平和特殊的设备和工具。
欠平衡钻井技术可以用于含有高产量天然气和高液位油藏的区域，以及复杂地层和浅层钻井。
欠平衡钻井技术
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。
3） 低压储层 V孔<1.05
低压欠平衡钻井
国外普遍采用低 压欠平衡钻井技 术来开发低压油 藏
充气钻井是低压欠平衡钻井主 要的工作方式
立管注 气法
气相和液相 在立管内混 合,MWD的 使用受到限 制
气体注入方式：
第一部分 现场制氮充气系统
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
设备的分离能力、井口装置的承压能力、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；
其中，气液两相流的不稳定性因素要求负压 差不能太小，以防止由于压力波动造成周期性 的瞬时正压差，而其他因素则要求负压差小一 些为好。
负压差的确定与欠平衡钻井方式有关
Flowdrilling欠平衡钻井技术 在停钻接单根时，因失去了环空摩阻，负 压差会增加，因此只要在循环钻进时达到欠 平衡就能满足欠平衡钻井的要求，负压差选 择低一些为好 对于高油气比或气井，动负压差（指没有 充油气气侵(氮）可气选）为欠0，平因衡为产钻出井的气会使环空 (一静 井氮般液 口气由大柱 压）一于于压 力欠般环2力 的平推.1空急控衡荐M多剧制钻动P相减a井负为流小负压佳系，压为。统控差0的制.7要不M产求稳P气大a定量。一性可些，实为充现好气对，
欠平衡钻井
⑵欠平衡钻井操作要求
A．严格注意井口回压变化，不得在超过安全范围的高压 严格注意井口回压变化， 情况下作业。 情况下作业。 在连接节流、压井管汇之前一定要校正好井口， B．在连接节流、压井管汇之前一定要校正好井口，偏差 不得大于5mm,以防止钻具对胶芯的磨损和对旋转防喷器 不得大于5mm,以防止钻具对胶芯的磨损和对旋转防喷器 轴承的损害。 轴承的损害。 严禁直台阶钻杆以下入方式通过旋转头，避免钻铤、 C．严禁直台阶钻杆以下入方式通过旋转头，避免钻铤、 扶正器等大直径钻具通过旋转头。 扶正器等大直径钻具通过旋转头 。 要通过旋转头的钻具 经大钳上紧后要将接头上的牙痕锉平,钻具表面必须光滑。 经大钳上紧后要将接头上的牙痕锉平,钻具表面必须光滑。 D． 在旋转头使用期间必须保证润滑油的泵和冷却液的 循环正常。 循环正常。 旋转防喷器使用期间要随时检查、观察其使用情况， E．旋转防喷器使用期间要随时检查、观察其使用情况， 发现异常情况及时处理或报告。 发现异常情况及时处理或报告。
6、欠平衡专用节流管汇
⑵节流管汇结构示意图
6、欠平衡专用节流管汇
节流阀阀板、阀座结构
1、欠平衡钻井主要技术措施
⑴欠平衡钻井工艺要求： 欠平衡钻井工艺要求： 如果钻迂高压水层,地层出水严重, ． 如果钻迂高压水层,地层出水严重,则停止实 施欠平衡钻井. 施欠平衡钻井. 因井裸眼段较长,如果井壁不稳定,掉块严重, ． 因井裸眼段较长,如果井壁不稳定,掉块严重, 则停止实施欠平衡钻井. 则停止实施欠平衡钻井. 如无油气显示,且出水少, ． 如无油气显示,且出水少,此时井口无须进行 回压控制, 只进行导流. 回压控制, 只进行导流. 如原油大量进入井筒, ． 如原油大量进入井筒 , 则考滤回压以增加井 内当量钻井液密度, 内当量钻井液密度,减少产层原油进入进入井筒 的量. 的量.
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术欠平衡压力钻井是指在钻井过程中钻井液柱作用在井底的压力（包括钻井液柱的静液压力，循环压降和井口回压）低于底层孔隙压力。
常规的钻井属于过平衡钻井，钻井液压力大于地层流体压力，小于地层破裂压力。
这样做主要是防止井喷。
欠平衡钻井时，钻井液压力略小于底层流体压力，仍小于地层破裂压力。
这样能及早发现油气藏。
欠平衡钻井系列分为：①气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围0～0.02克/立方厘米；②雾化钻井，密度适用范围0.02～0.07克/立方厘米；③泡沫钻井液钻井，包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围O.07～0.60克/立方厘米；④充气钻井液钻井，包括通过立管注气和井下注气两种方式。
井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。
其密度适用范围为0.7～O.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；⑤水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1～1.30克/立方厘米；⑥油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.8～1.02克/立方厘米；⑦常规钻井液钻井(采用密度减轻剂)，密度适用范围大于O.9克/立方厘米；⑧泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。
欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种：流钻是指使用普通钻井液的欠平衡钻井；人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。
欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。
①高压旋转分流器-防喷器系统又称旋转防喷器(BOP)。
国外有好几个厂家都有专利产品，其中美国Williums工具公司生产的旋转防喷头使用最多，压力级别最为齐全。
该公司供应的高压系统有7000型和7100型两种：7000型的静试验压力为21MPa，工作压力为10.5MPa；7100型包括旋转控制头总成、热传递-润滑装置、遥控监控台和遥控防爆电源设备。
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井深m
泥浆密度g/cm3 关闭压力MPa 关闭时间MPa 开启压力MPa 开启时间MPa 阀底压力MPa
3349.46
1.05
15
10
15
10
<1.3
3454.20
1.06
15
10
15
10
<1.3
3455.95
1.06
15
10
15
10
<1.3
3645.62
1.07
15
10
15
10
<1.3
3648.38
这是国内自主研发的井下封井器的首次成功应用 2019年---集团公司科技局组织招研，我院中标“井下控制阀研制”项 目
同年完成夏76、新光1井现场技术服务 2019年---完成广安8井,核桃2,邛西006-x1井,金龙1井技术服务
这是国内7 〞井下封井器首次成功应用。 2019年---进入推广应用阶段及二代封井器的研发
井下套管阀早期应用情况统计(2019-2019年)
序号
井号
1
夏202井
2
夏76井
3
新光1井
4
广安8井
5
核桃2井
6 广安002-H1井
7 邛西006－X1井
8
金龙1井
9 广安002-Z1井
10 广安002-H6井
井深 (m) 4900 4100 4700 2576 3278
3066
3789 4018
彩54井——新疆油田
现场应用时间：2019年6月8日－6月28日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：406m 上层套管下深：500m 井下工作时间：16天 完成钻井进尺：70m（2990－3060m） 井下套管阀开关次数：3次 施工情况：安装施工正常，三开欠平衡钻进中开关三次后，发生井下
广安002—H6井
现场应用时间：2019年6月15日－7月18日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：319.18m 上层套管下深：348m 井下工作时间：15天 完成钻井进尺：888m（2093－2981m） 井下套管阀开关次数：5次 施工情况：安装时井口软管出口处接头破裂泄漏，经重新压制井口接
66
抗外挤 抗拉强度 （MPa） （KN）
61
6870
FJQ-178
35
FJQ-178a
35
0.75
>75
65
0.75
>75
65
43
3800
43
3800
目前井下套管阀已完善技术关键： 1、井下封井器内径变化台阶处均有45°倒角，内部钻 具通过畅通，不会发生卡挂现象。 2、具有可检测井下封井器关闭后井下压力能力的技术 已完成室内试验，正在进行现场试验。
5、问题分析及总结
我院井下套管阀的研发与应用历程
2019年---自主立项，开始研发 2019年---首次设计方案完成
申请集团公司立项，申请专利2项（2019年9月） 2019年---完成方案优选，投入样机试制，专利授权（2019年8月） 2019年---完成样机加工，11月首次在夏202井现场应用，获得成功
4、应用实例介绍
新疆油田夏202井现场试验
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：400m 上层技术套管下深：3900m 井下工作时间：46天 完成钻井进尺：1000m 井下控制阀开关次数：7次 阀底最大负压：9MPa
夏202井试验数据（共开关7次）
井深m
泥浆密度 关闭压力 关闭时间 开启压力 开启时间 阀底压力
四川油田广安8井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-178Ⅰ 井下控制阀下深：347m 上层技术套管下深：2078m 井下工作时间：13天 完成钻井进尺：547m 井下控制阀开关次数：1次
177.8mm井下封井器国内首次成功应用
四川油田核桃2井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-178Ⅰ 井下控制阀下深：350m 技术套管下深：3217m 井下工作时间：72天 完成钻井进尺：681m 井下控制阀开关次数：15次
井 下 套管阀 的 结 构
序号 1
2
3
4
5
6
7
8
名称 上接头 固定套 管接头 液 缸 内滑套 本 体 阀 芯 下接头
液压副管的结构
液压副管结构
钢丝绳 保护层
金属管
倒线器
管线 接头
液压副管固定器
井下套管阀的型号与规格
经过几年的攻关研究，研制出了两种规格 三种型号的井下套管阀。包括用于245mm 套管的FJQ245型，用于178mm套管 FJQ178型和FJQ178a型。
关
能将井眼封死的封井工具
启 状
闭 状
态
态
，确保实现钻井全过程的
欠平衡钻井施工。
• 将井下套管 阀连接在套 管上，下至 设计井深。
• 打开套管阀，下 钻。
• 开始正常钻井。
• 井下套管阀打开 以后，提供的通 径和相应的套管 尺寸相同。
• 提钻时当钻 柱提到井下 套管阀以上 位置时关闭 井下套管阀 ，平衡地层 压力。
4831.51
1.21
13--19
12
14--19
15
4882.95
1.23
15-19
10
15--19
13
<1.3 <1.3 <1.3 <1.3 <1.3 <1.3
9
第七次开关时阀底压力达到了9MPa，7次开关均顺利完成。
夏202井第七次开启过程的具体情况
前六次开关时，其阀芯上下的欠压值较小。第七次开 关时阀底压力达到了9MPa，通过关半封防喷器，从井口 憋压辅助开启井下封井器。关闭半封后开始井口打压，从 1MPa开始，压力每次增加1MPa,一直增至9MPa, 地面显 示井下封井器开始动作，判断井下封井器上下压力已平衡 ，开始逐渐开启。随后按正常工序由气动液压泵打压，将 井下封井器完全打开。
通过此过程说明井下封井器密封效果良好，性能达到 设计指标。
新疆油田夏76井现场试验
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：390m 上层技术套管下深：3326m 井下工作时间：42天 完成钻井进尺：774m 井下控制阀开关次数：14次
夏76井试验数据(共开关14次）
后正常下到位。 三开井下套管阀开关正常。
广安002－H1井
现场应用时间：2019年3月11日－4月11日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：318.65m 上层套管下深：348m 井下工作时间：14天 完成钻井进尺：1056m（2019－3066m） 井下套管阀开关次数：2次 施工情况：安装施工正常，三开欠平衡钻进中开关2次后，发现控制管
头后试压正常。 三开井下套管阀开关正常。
广安002－z1井
现场应用时间：2019年7月 井下套管阀规格：FJQ-245 施工情况：现场安装时，在井场进行入井前测试时，技术人员发现返油
量大于设计值，判断套管阀内部密封存在问题，不具备入井 条件，经请示后，服务中止，该井套管阀未入井。 原因分析：检验标准和手段不完善，存在材质缺陷的零件在室内组装检 测时未能及时发现，经长途运输，至现场发生损坏。
g/cm3
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
4139.52
1.15
13--19
9
14--20
15
4327.66
1.22
12--19
12
14--19
14
4557.00
1.22
9--18
14
13--19
17
4750.49
1.22
12--19
13
13--19
16
4824.00
1.20
8--19
15
9--19
18
第三部分 井下套管阀技术
1、套管阀的技术现状 2、套管阀的工作原理及结构特点 3、套管阀的作业流程及技术要求 4、应用实例介绍 5、问题分析及总结
井下套管阀
可实现
不压井起下钻 复杂完井管柱下入 欠平衡测井
解决了全过程的欠平衡作业衔接问题 大大提高井口作业效率,节约钻井时间和
钻井成本，提高钻井效益 减少油层损害
施工正常*
15 施工正常
2
开关2次后控制管线泄 漏，中止。
5
施工正常
18 施工正常
/
工具井口测试异常， 未入井。
5
施工正常*
注：*为安装时发生管线被挤坏的情况，经处理恢复正常。施工中套管阀开关正常
井下套管阀推广应用早期出现的问题
广安8井
现场应用时间：2019年12月11－28日 井下套管阀规格：FJQ-178 井下套管阀下深：347.09m 上层套管下深：98m 井下工作时间：12天 完成钻井进尺：489m（2087－2576m） 井下套管阀开关次数：2次 施工情况：因套管间隙较小，安装时井口软管2次被挤断，经处理
1.07
15
10
15
10
<1.3
3744.96
1.06
15
10
15
10
<1.3
3768.10
1.07
15
10
15
10
<1.3
3772.22
1.06
15
10
15
10
<1.3
3896.00
1.07
15
10
15
10
<1.3
4003.46