欠平衡钻井技术
《欠平衡钻井》课件
欠平衡钻井能够减少钻屑和地层伤害 ，提高钻速和钻井效率，同时能够实 时监测地层流体，为油气田开发提供 更多信息。
欠平衡钻井的原理
• 原理：在欠平衡钻井中，通过控制钻井液的密度、粘度、压力 等参数，使钻井液压力低于地层孔隙压力，形成负压差。负压 差能够促使地层流体流入井内，同时通过旋转控制头等设备控 制流体的流入量和压力，确保钻井安全。
02
03
钻井液类型
根据不同的地质条件和钻 井需求，选择合适的钻井 液类型，如水基钻井液、 油基钻井液等。
钻井液性能
确保钻井液具有适当的密 度、粘度、切力等性能， 以满足钻井过程中的各种 需求。
钻井液处理
在钻井过程中，对钻井液 进行适当的处理，以保持 其性能稳定，并防止对环 境和设备的损害。
井控技术
随钻测量数据处理
对随钻测量数据进行处理 和分析，及时发现和解决 潜在的钻井问题，并为后 续的钻井决策提供依据。
2023
PART 03
欠平衡钻井的优势与挑战
REPORTING
优势分析
01
提高钻井效率
欠平衡钻井技术可以减少钻井过 程中的钻屑堆积，降低重复钻井 的次数，从而提高钻井效率。
保护油气层
02
03
介绍
欧洲北海地区采用欠平衡钻井技术，克服了复杂地质条件下的钻井难题
。
国际典型案例
细节
注重技术创新和环境保护，实现了钻井作业的可持续发展。
结果
提高了油气勘探开发的效益，为当地社会经济发展提供了支持。
案例总结与启示
01
欠平衡钻井技术在国内外油气 勘探开发中得到了广泛应用， 取得了显著的经济效益和社会 效益。
环境影响
在欠平衡钻井过程中，需要特别注意对环境的影响，如减少气体排 放和防止环境污染。
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
P 井底 ＜P 地层 降低密度，使地层 流体溢出 继续钻进 继续钻进 将油气带出井口 可保持液面不变
过 平 衡 、 近 平 衡
泵入泥浆
泥浆柱压力>油层压力
油气层
泵入泥浆
欠 平 衡 泥浆柱动压力<油层压力
油气层
欠平衡压力钻井的优越性
1、减轻地层伤害，解放油气层，提高油气井产 能，低渗油气藏，压力衰竭的油气藏优势更为突 出。 2、有利于识别评价油气藏。 钻进过程中井内泥浆柱的压力低于地层孔隙压 力，允许地层流体进入井内，有利于识别和准确 评价油气藏。 3、明显提高机械钻速。 欠平衡压力钻井比超平衡压力钻井井底岩石容 易破碎，井底易清洗，机械钻速大幅度提高，同 时减轻了钻头磨损，提高钻头的使用寿命。 4、减少或避免压差卡钻和井漏事故的发生。
欠平衡钻井的优势和局限性
油藏的优点
（1） 减少井眼表面的表皮损害；
（2） 提高油层产量； （3） 早发现、早生产； （4） 提高最终采收率； （5） 有利于对地层进行实时评价。
欠平衡钻井的优势和局限性
钻井作业中的优点
（1） （2） （3） （4）
提高机械钻速； 延长钻头寿命； 减少钻机作业时间； 减少井眼复杂问题： —钻井液漏失 —压差卡钻 —水敏性页岩水化 —提高了钻井作业安全性
1994
1996
1998
堵塞孔隙 “咽喉”
钻井液与地层 流体不相容
地 层 损 害 机 理
堵塞裂缝
井眼表皮损害对 产层产量的影响
1000 800 600 400 200 0
°È ú ÈÈ ÈÈ
-3 -1
1
3
5 7 9 íÈ ± ¤È ò× È
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
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是一种有效的钻井方法，它采用低于地层压力的钻井液压力实现井底
压力低于地层压力的状态，使得岩层泥浆得以尽可能快速地向井口移动而不被井底压力阻碍，从而达到提高钻进效率和减少发生卡钻事故的目的。
该技术主要应用于较软的岩层和
低透水性的地层中。
有以下 3 个显著的优势：
1. 提高钻进效率
欠平衡钻井技术中使用的钻井液压力较低，可以减小钻头和井壁之间的摩擦力和阻力，使得岩层泥浆得以尽可能快速地向井口移动。
因此，欠平衡钻井技术相比传统的钻井技术，可以减少井深相同的情况下所需的钻进时间。
2. 减少卡钻
在传统的钻井技术中，通常需要使用高压的钻井液来控制井底压力，然而，如果地层
的透水性较低，钻井液可能无法快速地向井口移动，导致井底压力过高，从而引发钻具卡
钻等问题。
而欠平衡钻井技术中使用低压力的钻井液，可以有效地避免卡钻等问题的发
生。
3. 减小地层侵入和物质损伤
欠平衡钻井技术主要适用于以下场景：
1. 钻井深度不超过 2000 米
2. 井壁不过分稳定，且易塌陷
3. 钻进的地层破碎和填充性较好，即其透水性不太高
4. 采用的岩层泥浆能够清除钻屑，防止其在井孔中堆积
总之，欠平衡钻井技术在适用场景中具有显著的优势。
在选用该技术时，需要综合考
虑地层条件、岩层类型、钻具、钻井液等多个因素，以确保其应用效果达到最好。
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。
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(UBD)技术
其次，世界目前石油市场价格体系的失调，低成本的 OPEC石油与高成本的非OPEC石油在获利方面有巨大差别， 这种现象导致了油价体系的失调，世界性的低油价给石油工 业上游领域的发展带来了极大不利。但由于中东原油产量还 远不能满足整个世界市场的需求，从而必然有相当一部分非 中东原油进入世界市场参与竞争。而能否进入世界石油市场 参与竞争，其关键因素就是石油的生产成本。因此，降低石 油开发成本就是目前石油工业上游领域的重要任务之一。
首先，目前世界石油工业面临着严峻的形势，主要体 现在两个方面：一是远景性的石油资源严重匮乏，勘探开 发难度日益增大，新探明储量的增加速度远远小于可动用 储量的减少速度。从世界范围的勘探形势来看，发现巨型 大型油田的可能性越来越小，作为目前工业能源的石油已 明显不能保证未来几十年后工业发展的需要，但能够替代 石油作为今后工业主要能源的新能源仍然未能发现，所以 人们仍将能源发展的重点放在勘探开发更多的石油和天然 气上。而目前石油上游领域的重点则放在中、小型油田、 复杂地质条件和地表条件下的油田、非常规油气资源的勘 探开发上，以及中、后期油田的改造和挖潜上，这种形势 和任务必然导致勘探开发的难度日益增大，成本日益增加。
从世界范围的勘探形势来看发现巨型大型油田的可能性越来越小作为目前工业能源的石油已明显不能保证未来几十年后工业发展的需要但能够替代石油作为今后工业主要能源的新能源仍然未能发现所以人们仍将能源发展的重点放在勘探开发更多的石油和天然气上
摘要：有意图的降低钻井液的密度来促使井内静液压力低 于地层空隙压力，从而允许产层的流体在钻井过程中能得 到开采。一次成功的欠平衡钻井作业可以被定义为有效控 制住井眼和地层。传统意义上的钻井泥浆比重用于过平衡 的地层空隙压力，因此提供首要的安全屏障就是井底压力。 欠平衡钻井就是用流体来保持有效地井内静液压力略小于 地层空隙压力的影响。欠平衡所有的泥浆可能是传统的钻 井液，水，油，充气系统（充气泥浆或是泡沫）或是纯空 气或是雾气。“空气”或是充气系统可能会利用空气，天 然气，氮气，或是富含天然气。广义上说，欠平衡钻井被 采用时因为以下三个原因：1.提高钻井速度2.有限减少漏 失3.保护储层。这三条的任何一条还都有其他另外的许多 分支。无论怎样，如果欠平衡钻井不能减少钻井的成本或 是不能提高产能，它将不再有广泛采用的价值了。因此， 其最终的目的是开发产层来降低成本。
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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浅析欠平衡钻井技术
摘要：本文从欠平衡钻井技术的定义及作用出发，重点介绍了欠平衡钻井的设备以及欠平衡钻井的设计，最后为国内欠平衡钻井技术提出了建议。
关键词：欠平衡钻井；设备；压力控制；连续油管；防喷器
一、欠平衡钻井技术的定义及作用
目前，国内外关于欠平衡钻井的定义有以下几种：
api定义：钻井过程中主体产层流体可流入井眼，并可将其循环到地面，地面可有效控制。
ercb的定义：设计钻井液柱压力低于产层压力，若液柱压力不够低时，在钻井液中加入空气或氮气，较低液柱压力必然引起地层流体流进井眼，并且这种地层流体必须循环出地面，并在地面进行控制。
cnpc的定义：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。
欠平衡钻井的基本概念有多种表述，无论哪种表述都包含以下两个主要方面，即：第一，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。
通俗称欠平衡钻井技术为“边喷边钻”，关键是在钻井过程中使地层流体连续进入井筒，因此欠平衡钻井技术的实质就
是二次井控技术。
因此它是不同于常规钻井的存在一定技术风险的新型技术。
欠平衡钻井在勘探开发中的作用主要体现在：
（1）在油气勘探上，欠平衡钻井技术可以提高低压、复杂岩性、水敏性、裂缝性等类储层油气的发现和保护，因此，对于油气勘探来说它是一种油气层识别技术；
（2）在油气开发上，欠平衡钻井技术可以通过有效地保护储层，提高单井产量，降低开发综合成本。
因此，对于油气开发来说它是一种油气层保护技术；
（3）在工程上，欠平衡钻井技术可以解决低压地层漏失问题，提高机械钻速、减少压差卡钻。
因此，对于钻井工程来讲，它是二次井控技术、保护油气层钻井技术、防漏技术和提高机械钻速的方法。
二、欠平衡钻井装备
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。
旋转控制头总成壳体试验动压力可达70mpa，静压力为35mpa，工作压力为17.5mpa。
2、液流导向系统
国外研制了一种电磁阀导向系统，可增加钻深。
马达被设计成一种金属对金属的叶片，采用非弹性体制成的正容积马达，不会由于失速而使转速过快。
3、地面分离系统
2006年前后，国外加强了地面分离系统研制，包括压力额定值为35mpa的地面分离装置、自动节流系统及各种分离器，这些设备可处理大量液体、岩屑和钻井液。
此外，有一种密封循环分离器，每天可处理566336立方米容量的液流；还有一种高效小型分离器，适用于近海地区。
委内瑞拉mamdbo湖有一口近岸井，为了降低化学剂成本，首次使用密封循环地面分离系统，还使用配有全套连续油管的驳船和2000bbl（原油标准桶）容量的泡沫装置。
泡沫循环液密度降低到179.74～359.4千克/立方米，在分离后，泡沫可再循环使用，以降低配制化学剂和水的成本。
4、隔水管帽(riser cap)旋转防喷器系统
一种回流装置，所用主要设备是旋转控制头，装在水上隔水管
顶部，可代替隔水管系统的滑动接头、球形接头和分流器。
将高压软管接到旋转控制头双流管出口端，可提高井控能力，防止钻井液流失。
高压机械密封置装于钻台下面的钻杆与隔水管之间，钻井液通过软管回流井下。
5、实用隔水管(virtual riser)装置
该装置包括旋转控制头、封隔器—锁定总成和环形压力控制—排放系统三大部件，其中封隔器—锁定总成是一个经改进的直径508mm可膨胀套管封隔器，起到控制头及井口下面套管间的压力密封作用。
其元件是一个3m长的密封，置于660.40～914.40mm套管里面，用遥控船可遥控该封隔器。
6、地面数据采集系统
欠平衡钻井时，要测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度，并实时显示这些数据，避免出现过平衡和井喷现象。
该系统可在钻井作业时，通过与现有钻井控制与监测系统接口，提供实时信息，还可与动态多相流量模型接口，允许将实际参数与计算参数加以比较。
三、欠平衡钻井设计
1、欠平衡钻井取得成功的关键
欠平衡钻井要想取得成功必须做到以下几点：完全搞清楚油藏和地质情况；选择合适的欠平衡钻井技术；合理的设计与多相流计算机模拟和制定应急计划。
2、欠平衡钻井参数设计
参数设计主要体现在以下几点：气体钻井主要是设计携带岩屑所需要的最小气体流量；雾化钻井主要是设计携带岩屑和液体所需要的气体流量；泡沫、充气钻井设计气体流量和液体流量；溢流钻井主要是设计钻井液密度和气体、雾化、泡沫和充气要用多相流软件设计。
多相流流动模型：常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流动模型等；气体、雾化、泡沫钻井采用均相流模型，即气、液两相的运行速度相同；而充气、溢流钻井采用漂移模型，漂移模型考虑了各相之间的相互作用和相对运动，即气相滑脱速度和油相的漂移速度。
四、对国内欠平衡钻井技术的建议
1、进一步研究欠平衡钻井工艺技术
虽然国内对欠平衡钻井技术已进行了一些理论上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范围较窄，过去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡条件下的边喷边钻技术上，其它方式的欠平衡钻井技术，如使用空气、氮气、泡沫、充气钻井液进行欠平衡钻井，还很少涉及到，或者还没有深入地涉及到，所以需扩大研究内容。
2、加强国内欠平衡钻井设备系列配套的研制
随着欠平衡钻井技术的发展，开发出了一些较先进的欠平衡钻
井地面设备，如旋转防喷器（额定的动密封压力已达17.5mpa）、闭式四相分离处理系统等，这为安全、有效地欠平衡钻井提供了必要条件，有些设备国内有些油田已引进。
而国内也早在1980年代就开始进行研制旋转防喷器和钻井液/气体分离器，但这些设备在某些设计结构上及技术指标上，与国外相比，还有一些差距，因此，还需在吸收国外设备先进技术的基础上，加强国内的研制工作，使其系列配套，满足欠平衡钻井的需要。
3、进行欠平衡连续油管钻井技术的研究
欠平衡连续油管钻井技术与常规钻井技术相比，具有钻井效率高，在整个作业过程中因不连接钻杆，可始终保持负压条件，能有效地减少地层损害，钻井安全可靠等优点，由于这些优点，适合其它欠平衡钻井方法不适合的高压和含h2s地层的钻井。
国外已大力发展，而我们国内还未涉及，对此，国内应对该项技术进行一些理论上的探索和研究，大力发展利用欠平衡连续油管钻井技术进行老井加深、老井侧钻、小井眼钻井、浅气层及低压油气藏的钻井技术，以提高这些井的钻井效率、降低钻井成本、提高油气采收率。