流体欠平衡钻井压力控制
欠平衡钻井技术
•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。
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。
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
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。
欠平衡水平井技术探讨
的单井 产能 。在 常规钻 井或 过平 衡钻井 中， 由于 损 害地层 的钻井 滤液 和
固相 颗粒在 水平 井地 层 中存在 时间 比直井 长， 因此地 层损 害对水 平井 的
流存在 的状 况 下， 信 号衰 减 ， 甚 至无 法产生 和传 递信 号 ， 由于无 法 及时 采
轨 迹 控 制
、
水 平 井 欠 平衡 钻 井 技 术 发 展 的 优 势
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ ． １仪器测 量与轨迹 控制 问题
１ ． 有 利于保护 和发现 油气层 、提高 单井产 量
欠 平衡 技术 钻水平 井 的主要优 势是 减小 或降 低地 层损 害， 获 得更 大
在欠平 衡水平 井 同时实施 的过 程 中， 井筒 内存在多种 流体 ， 常规 的水
２ ． 欠 平衡水 平井钻井 技术对 策 ２ ． １ 造斜点 的确定 欠平 衡钻 井施 工在 定 向段要 求井 壁岩性 稳 定 。现 场要 根据 设计 把
服用 多相钻 井液 有效清 洁井眼所 需的速 度和 密度也仍 值得进 一步 研究 。 在欠 平衡水 平井钻 井时 ， 油藏 流体进入 到钻井 液体 系中， 提 供有 意义的液 体动 能， 使 环空流 量增加 ， 返速 上升 ，有 助于 提高环 空携岩 能力 。比较起 来， 气流可 能提供 足 够速 度 但缺 乏 足 够 的液 相 ， 有 可 能影 响 有效 地 井 眼
大小 的合理 的确定 也十分 关键 ， 它直 接影响欠 平衡水 平井钻 井的成 败 。 水平井 欠平衡 钻井 合理压 差确定 的三个 原则： ①保 持水平 裸眼井 段井 壁 稳定 ： ② 利于 保护储 层； ③防 止井喷 。
压力控制钻井简介
流监控系统、强行起下钻装置等，其作用是防止发生
井喷，控制井口返出流体流量和流体压力，维持井底 压力稳定，保证在井口有压力时钻井作业能够正常进
行。
39
三、压力控制钻井装备
7100EP旋转控制头
PCWD系统
40
三、压力控制钻井装备
Williams系列旋转控制头
开度1
10
阀开度mm
15
20
25
30
35
47
三、压力控制钻井装备
3、分离设备
海上立式密闭四相分离器
48
三、压力控制钻井装备
Flow from well
Gas
Cuttings
Oil Mud
海上卧式密闭四相分离器
49
三、压力控制钻井装备
50
三、压力控制钻井装备
SWACO Offshore Standard 液气分离器总成技术参数 工作压力不低于1.0 MPa（145psi） 进液口 4 1/16″ 排液口 8″ 排气口 8″ 最大气体处理量 17.5 mmscf/d （49.5×104 m3 /d） 最大泥浆处理量 1500 gpm （8176 m3 /d）
15
二、压力控制钻井工艺
2、地层适应性分析 • 1）地层压力系数和地质情况较清楚的储层； • 2）井眼稳定性良好的石灰岩、花岗岩储层； • 3）胶结性能良好的砂岩储层； • 4）H2S含量低于20ppm 的储层。
16
二、压力控制钻井工艺
区块筛选
筛
油藏类型
地质条件
初步经济评价
选
适合MPD的目标区块
5
一、压力控制钻井技术简介
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
地面设备：
防喷器组、 旋转控制头或 旋转防喷器、 节流管汇、除 气器、钻井液 ／气体分离器、 沉降撇油系统、 钻井液罐等 。
井下工具：
有方钻杆旋 塞、钻杆安全 阀及浮阀等
2020/2/11
12
欠平衡钻井技术讲座
六、欠平衡钻井作业装备
地面设备 （1）防喷器组
① 常规防喷器组
②旋转控制头（RLM） 和旋转防喷器（RBOP
2020/2/11
13
欠平衡钻井技术讲座
六、 欠 平 衡 钻 井 作 业 装 备
2020/2/11
14
欠平衡钻井技术讲座
六、欠平衡钻井作业装备
旋转控制头（RLM）
2020/2/11
15
欠平衡钻井技术讲座
六、欠平衡钻井作业装备
2020/2/11
旋转防喷器（RBOP
16
欠平衡钻井技术讲座
六、欠平衡钻井作业装备
2020/2/11
10
欠平衡钻井技术讲座
五、欠平衡钻井的连续性和条件连续欠平衡条件的方法 （1）采用实时井底压力监测技术； （2）在欠平衡钻井中引入连续油管技术 ； （3）优化欠平衡钻井作业，优选钻井设备
2020/2/11
11
欠平衡钻井技术讲座
六、欠平衡钻井作业装备
20
欠平衡钻井技术讲座
七、欠平衡钻井地面工艺流程
钻井泵
钻具内 环空 旋转控制头 旁侧法兰 钻井液出口 振动筛 钻井泵
2020/2/11
21
欠平衡钻井技术讲座
八、欠平衡钻井施工要点
1、求地层压力的方法
（1）没有安装回压阀时求地层压力的方法
①确定一个关井求压时所用钻井液密度γm ′
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
控压钻井技术
井 深（m）
当量泥浆密度（g/cm3）
0.8
1
1.2 1.4 1.6 1.8
2
2.2
2.4
2.6
300
蓬
地漏试验
当
组
800
破裂压力
1300
漏失压力
蓬
当
组
1800
2300 坍塌压力
蓬
当
组
2800
孔隙压力
实际密度
塔
3300
本
组
3800
蓬
当
组
4300
塔
4800
本
组
5300
MPD分类
IADC UBO协会的MPD分会将MPD技术划分 为二大类：
✓使用回压泵 ✓使用节流阀：自动/半自动/手动 ✓恒压点 (PoCP)
o双梯度钻井MPD
泥浆稀释 无隔水管泥浆回收 海底泥浆举升钻井 (SMD) 使用特殊工具
注入不可压缩的轻固体和液体（在研）
恒定井底压力MPD
控制回压(AtBalance的动态环空压力控制DAPC) 被Schlumberger收购
o 被动型MPD（Reactive MPD）
➢使用MPD方法和/或设备作为应急，以减轻所出现的 钻井问题。 ➢采用常规套管程序和钻井液程序。 ➢ 配备旋转控制装置、节流管汇、钻具浮阀等设备。 ➢ 提高安全性和钻遇意外压力时（如孔隙压力或破裂 压力高于或低于预计值）的施工效率。 ➢ 目前在陆地施工的控制压力钻井大多是采用被动型 方式 。
MPD解决漏涌并存的原理
o 在裂缝性井漏情况下，钻井液密度窗口非常狭窄，往 往不到0.02 g/cm3，环空循环摩阻足以造成漏失。
MPD解决井漏的原理
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。
石油天然气钻井井控操作规程
石油天然气钻井井控操作规程1.1 井控设计1.1.1 地质设计书中应包含3.1.1内容。
1.1.2 根据物探资料以及本构造邻近井和邻构造的钻探情况，地质设计应提供全井段地层孔隙压力和地层破裂压力剖面（裂缝性碳酸盐岩地层可不作地层破裂压力曲线，但应提供邻近已钻井地层承压检验资料）、浅气层资料、油气水显示和复杂情况。
1.1.3 在已开发调整区钻井，要及时查清注水、注气（汽）井分布及注水、注气（汽）情况，提供分层动态压力数据。
钻开产层前应采取停注、泄压和停抽等措施，直到相应层位套管固井候凝完为止。
1.1.4 在可能含硫化氢等有毒有害气体的地区钻井，地质设计应对其层位、埋藏深度及含量进行预测，并在工程设计书中明确相应的安全和技术措施。
1.1.5 根据地质设计提供的资料，钻井液密度设计应以各裸眼井段中的最高地层孔隙压力当量钻井液密度值为基准，另加一个安全附加值。
a) 油井、水井的安全附加值为0.05g/cm3～0.10g/cm3或增加井底压差1.5MPa～3.5Mpa；b) 气井的安全附加值为0.07g/cm3～0.15g/cm3或增加井底压差3.0MPa～5.0MPa；c) 含硫油气井的安全附加值应取上限；d) 具体选择时，还应考虑下列影响因素：1)地层孔隙压力预测精度；2)油、气、水层的埋藏深度；3)预测油气水层的产能；4)地层流体中硫化氢含量；5)地应力和地层破裂压力；6)井控装置配套情况。
1.1.6 井身结构和套管设计应满足以下井控要求。
a) 同一裸眼井段内原则上不应有两个以上压力梯度差值过大的油气水层；b) 探井、超深井、复杂井的井身结构应充分估计不可预测因素，留有一层备用套管；c) 在地下矿产采掘区钻井，井筒与采掘坑道、矿井通道之间的距离不少于100m，表层或技术套管下深应封住开采层并超过开采段100m以上；d) 套管下深要考虑下部钻井最高钻井液密度和溢流关井时的井口安全关井余量；e) 含硫化氢、二氧化碳等有害气体和高压气井的油层套管，有害气体含量较高的复杂井技术套管，其材质和螺纹应符合相应的技术要求，且环空水泥应返至地面。
井控知识应知应会
1、井侵：当地层孔隙压力大于井底压力时，地层孔隙中的流体（油、气、水）将侵入井内，称之为井侵。
2、溢流：当井侵发生后，井口返出的钻井液量大于泵入的钻井液量，停泵后井口钻井液自动外溢的现象称之为溢流。
3、井涌：溢流进一步发展，钻井液涌出井口的现象称之为井涌。
4、井喷：地层流体（油、气、水）无控制地涌入井筒，喷出地面的现象称之为井喷。
5、井喷失控：井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象称之为井喷失控。
6、井控技术：是指对油、气井压力的控制技术。
7、近平衡压力钻井：是指井底压力等于或略大于地层压力情况下的钻井。
8、欠平衡压力钻井：是指井底压力小于地层压力情况下的钻井。
9、“四²七”动作：在起下钻杆、起下钻铤、钻进和空井四种钻井作业工况下，各用七个主要动作完成控制井口的程序。
10、关井：发生溢流和井涌后，关闭井口，阻止地层流体继续侵入井筒的过程。
11、抽汲压力：上提钻柱时，由于钻井液粘滞作用，使井底压力瞬时减小的压力值。
12、激动压力：下钻或下套管时，由于钻具下行，使钻井液向上流动受到阻力，从而使井底压力增加的值。
13、地层压力：地下岩石孔隙内流体的压力。
14、井底压差：是井底压力和地层压力之间的差值。
15、反循环：钻井液从环空泵入从钻杆内返出的循环方法。
16、放空：钻遇裂缝、溶洞时悬重突增，钻具能无阻地送入一定长度的现象。
17、节流循环：关井后，调节节流阀开启程度，使其保持在所需套管压力下的循环方法。
18、初级井控（一级井控）：利用钻井液液柱压力来平衡地层压力的工作过程。
19、二级井控：当井内钻井液液柱压力不能平衡地层压力时，依靠地面设备、井控技术恢复井内压力平衡的工作过程。
20、三级井控：二级井控失败，井涌量增大，失去控制发生了井喷，这时依靠井控设备和井控技术恢复对井的控制，达到初级井控状态。
21、抢装井口：在井喷条件下拆除破坏的井口迅速安装新井口的作业。
22、地下井喷：井下高压层的地层流体把井内某一低压层压裂，流体由高压层涌入低压层的现象。
IADC欠平衡作业和控制压力钻井的分类标准
应 用类别 （ Ｂ或 Ｃ） 流体 系统 （ ～ ５ 进 行 分类 。 作 业／ Ａ、 及 １ ） 控制 压力钻 井设 备 的额 定 操作 压 力 （ 动压 ） 如 ，
果 发生设 备失效 可 能会 立 即导 致 严重 后 果 。例如 任 何 ＭＡＳ Ｐ大 于欠 平 衡 作业 ／ 制压 力钻 井 设备 额 定 控 压 力 的油 气井 。
尔 尔 乖 尔
４级 油 气储 层 。最 大 预计 关 井压 力 （ ＭＡＳ ５ ． ～９ ． 的气体 。 Ｐ） ５ ０ ７５ 钻井液 中仅含 有单相 液体 。
尔 鬯 乖 尔 乖 乖 尔 尔 筇 钥；
尔 尔 尔 乖
Ｃ ｍｅ ｔｔ ｎＱｕ ｌ ｙＰ ｅ ｉｔ ｎＵｓｎ ａ ｅｅ Ｎｅ ｒ ｌ ｔ ｏ ｋ Ｂ ｓｄ ｏ ｅ ｎ ａｉ ａｉ ｒｄ ｃｉ ｉｇＷ ｖｌｔ ｕ ａ Ｎｅｗ ｒ ａ ｅ ｎ ｏ ｔ ｏ
乖 尔 尔 尔 尔 筇 莽 乖 乖 尔 乖 乖 乖
雾 状流液 体小 于 ２ ５ ． ３ 泡沫 ） 液 体为连续 相 的两相流 ， 泡沫来 源于液 体 中添 加 的表 面 活 性 剂 和 气 体 。典 型 的 泡 沫 包 含
４ 充气 液体 流 体 中还 有气泡 的钻井液 体系 。 ） ５ 液体 ）
用类 别和 流体系统 。油井 主要依据 风险 等级 （ ～５ 、 ０ ）
该 标准 主要 是为确 定最小 的设备 需求 、 殊的操 作程 特 序 以及安 全管理措 施 ， 补充 材料包 括 Ｉ Ｃ欠平 衡作 ＡＤ 业 ＨＳ Ｅ指南 以及其 它相关 文件 。
欠平衡钻井作业安全监督范文
欠平衡钻井作业安全监督范文在进行平衡钻井作业时，安全监督显得尤为重要。
本文旨在探讨欠平衡钻井作业安全监督的方法和注意事项，提出一些建议。
一、欠平衡钻井作业的特点和风险欠平衡钻井作业是在钻井过程中，通过控制钻井液比地层压力小的一种钻井方式。
与传统的平衡钻井相比，欠平衡钻井具有以下特点：1. 油井动力学失衡：欠平衡钻井作业中，钻井液在钻杆内形成气体和溶解的气体释放，从而导致井下压力失衡。
这种失衡可能会造成井喷、突泥、井壁塌方等危险情况。
2. 井眼稳定问题：由于欠平衡钻井作业中钻井液比地层压力小，容易导致井眼塌陷和井口不稳定的问题。
井眼塌陷不仅会影响钻头的正常工作，还可能造成井下设备的损坏和人员伤亡。
3. 操作风险增加：欠平衡钻井作业要求钻井工程师和操作人员具备较高的技术水平和经验。
在操作过程中，稍有差错就可能引发危险。
此外，井口泥浆的泄漏也会增加火灾和爆炸的风险。
二、欠平衡钻井作业安全监督的方法和注意事项1. 严格的操作规程：制定明确的操作规程是进行欠平衡钻井作业安全监督的基础。
操作规程应包括对施工工艺、技术参数、设备检修和维护等的规定，以确保作业过程符合安全要求。
2. 健全的安全制度：针对欠平衡钻井作业中的各个环节，建立健全的安全制度是保证作业安全的关键。
包括施工监督、检查记录、事故报告、紧急救援预案等，以及对作业人员的培训和考核。
3. 定期的安全培训：钻井作业人员应接受定期的安全培训，提高他们的安全意识和应急处置能力。
培训内容应包括井下作业规范、安全操作要点、井下危险预警和应急救援等。
4. 强化现场监督：在欠平衡钻井作业现场，要加强监督，确保操作人员按照规程进行施工。
监督人员应随时注意井口、钻机、泥浆系统等设备的工作状态，及时发现问题并采取相应的措施。
5. 事故调查与处理：一旦发生事故，应立即进行调查与处理。
对事故的原因进行分析，并根据分析结果制定相应的预防措施。
同时，要及时向相关部门和人员通报事故，并进行教训及时，避免类似事故再次发生。
欠平衡压力钻井井底压力的控制技术
欠平衡压力钻井井底压力的控制技术摘要：欠平衡钻井技术在实际应用过程中有着有着非常多的优势，但是对于井底欠平衡压力的稳定性要求非常高，然而在实际钻井过程中，影响井底压力的因素非常多，只有对造成压力波动的因素进行有效控制，才能提高欠平衡压力钻井技术的稳定性，因此研究井底压力的控制技术尤为重要。
关键词：欠平衡压力钻井；井底压力；控制技术欠平衡压力钻井技术在国内外已经取得了较快的发展，由于其工艺技术和专业设备的不断改进和完善，使欠平衡压力钻井技术能够实现不同循环流体方式的欠平衡压力钻井。
欠平衡压力钻井技术能够有效解决低渗透储层在钻探过程所出现中的问题，能够对储层进行有效保护并提高作业效率。
1压力控制钻井技术目标压力控制钻井技术具有一定的现实性，同时，使用封闭的钻井液的压力和循环系统，压力控制钻井技术的使用主要是可以解决在钻井过程中出现的压力问题。
因此，其主要目的是能够很好地控制钻井压力，井底各种障碍可以得到有效解决，钻井液循环系统在美国已经使用了20多年，已经成为陆上钻井技术发展的重要方向，压力控制钻井技术的使用可以在短期内提高井控能力，同时提高钻井经济性，降低钻井成本，促进陆上钻井技术的发展，压力控制钻井技术的最终目标是减少钻井过程中发生的各种事故，同时有效地减少钻井时间并实现钻井经济性和安全性。
2造成井底压力波动的原因2.1钻柱连接在钻柱连接过程中注进行注气会导致井底压力发生明显变化，因此在该过程中井底的压力会出现波动。
在实际钻井过程中，将中断气相与液相进行有效循环，油井内的摩擦压力会逐渐减小直到消失，导致井底压力程度会呈现出下降趋势。
其次，在钻井时钻柱及环空中都会出现气液分离现象的发生，上端会产生液体断塞导致静态液面压力发生明显变化，会导致井底压力出现严重的变化。
2.2气相注入方式使用立管注入法直接向井内注入气体时，不管是在下钻还是钻杆连接过程中，井底压力都会发生明显变化。
当采用环空注入法是依靠同心管或者寄生管款实现钻柱连接，仍然保证气体持续注入，但是环空封闭状态依然会造成井底压力发生差异性。
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。
欠平衡钻气井井口回压控制理论及实践
ｒ
素 ；所建立的数学方程耦合 了地层与井筒流动 ，把
二 者作 为 一 个整 体 对 象来 研 究 。这样 ，所 建立 的数 学方 程组 可 以计算 不 同施工 参数 条 件下 （ 如井 口回压 大小 、钻 井液 排量 等 ） 的井 筒流 动规 律 以及井 筒流 动 对地 层 流 出状 态 的影 响 ；反 之 ，也 可 模 拟计 算 出不
式中Ｊ为液相密度，ｋ ／ 。 Ｄ ｇ ｍ； 为持液率；＇ Ｖ ｌ 为液相
３ ）混 合物 动量 守恒方 程
相流领 域 和地层 产能 的研究 。
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０一Ｏ —０ １ ４ 修 订 日期 ：２ １ —０ —２ ００ ３ ９
作者简介 ：徐小峰（９ １ ，高级Ｔ程师 ，从事钻采Ｔ艺研究Ｔ作 。Ｅ １７ 一） 天然气技术 ／ ２１
② 采用充气欠平衡 ； 调节钻井液密度 ；④ 调节钻 ③ 井液排量 。在钻井液体系和其他设备 已经确定 的条
Ａ ￡ｚ盖 Ａ） ＝ ｖ） ＋ （ ｄｄ ０ ｌａ ｄ ｚｌ
流速 ，ｍ／ｓ 。
（ ２ ）
件下 ，采用第①种方式来调节井下流动压力是最 为
直 接 和有 效 的 ，而施 加 井 口 回压 理 论 上 主要 涉 及 多
２０１ ０正
天 然 气 技 术
Ｎａｕ ａ ｓＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｔ ｒ ｌＧａ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
Ｖｏ ． １４． Ｎ ｏ． ４
Ａｕ ． ０ ｇ２０１
第４ ・ ４ 卷 第 期
文章 编号 ：６３ ９ ３ （０ ００ — ０ １０ １７— ０ ５２ １）４ ０２ — ３
欠 平 衡 钻 气 井 井 口 回 压 控 制 理 论 及 实 践
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2000-03-13;修回日期:2000-08-04作者简介:何卫滨(1967-),男,1991年毕业于石油高等函授(华东)矿机专业,现在大港油田钻采院钻井工程设计室从事钻井工程设计。
电话:(022)25925321,25925320。
钻井工艺流体欠平衡钻井压力控制何卫滨(大港油田集团公司钻采院钻井设计室,天津大港300280) 摘 要:对欠平衡钻井中的压力即欠压值的控制进行了研究和探讨,并对控制方法的理论依据进行了论述。
认为在影响欠平衡钻井的钻井液静液柱压力、环空压耗、欠压值、井口回压、地层压力中,地层压力是首先要搞清楚的最基础的压力,最好先求出地层压力而不必急于进行欠平衡钻进,因为一切欠平衡的压力计算都是建立在这个基础压力之上的;再根据地层压力确定合理的欠压值,确定所用的钻井液密度。
以最优的钻井成本,能实现最容易和最安全的钻井施工来衡量欠压值选得是否合理。
举例介绍应用方法。
关键词:欠平衡钻井;地层压力;欠压值;钻井液;控制中图分类号:TE249 文献标识码:A 欠平衡钻井技术不仅能有效地保护好油气层,而且还能大幅度地提高机械钻速,缩短钻井周期,因此该项技术越来越多地被应用于油田的勘探和开发领域。
欠平衡钻井技术与常规钻井技术的不同之处,主要是在于它是允许地层流体进入井筒内,并且有控制地将进入井筒内的地层流体引到地面上来,从而保证油气层不受钻井液的损害。
欠平衡钻井中井内压力情况11常规钻井中钻进时井内压力情况P m +P a =(1.5～5MPa )+P P +P a(1)式中:P m —钻井液静液柱压力,MPa ;P P —地层压力,MPa ;P a —环空压耗,MPa 。
21常规钻井中静止时井内压力情况P m =(1.5～5MPa )+P P(2)由式(2)可看出,钻井液静液柱压力要比地层压力大115～5MPa ,有时考虑为维持井壁的稳定,钻井液的密度会更大,这就可能造成钻井液对产层的损害。
31欠平衡钻井中钻进时井内压力情况ΔP 欠=P P -(P m +P a )(3)式中:ΔP 欠—欠压值,MPa ;由于存在欠压值,所以在钻入产层后,地层流体就会进入井筒内,实现欠平衡钻井。
影响欠平衡钻井的压力11钻井液静液柱压力(P m )钻井液静液柱压力与钻井液密度有关;该压力直接作用在地层上,直接影响欠压值的大小。
但在地层流体进入环空后,由于环空为多相流体,环空的钻井液静液柱压力很难求出。
21环空压耗(P a )环空压耗是由于钻井液的流动而产生的,与钻井液性能和钻井参数有很大的关系。
该压力也是直接作用在地层上,其大小对欠压值有影响,尤其是在低压的地层中。
一般情况下可近似地认为P a ≈1MPa ,当地层流体进入环空后,由于环空为多相流体,使得P a 很难求出。
31欠压值(ΔP 欠)欠压值是由地层压力和钻井液静液柱压力以及环空压力所确定。
其大小直接影响地层流体进入井筒内的量的多少,其值过大,易造成产层的速敏和井口设备载荷过大或失控,造成重大的钻井故事。
根据大港油田的经验,一般将其确定在0.2～1MPa 之间,欠压值的大小因地层和油田的实际情况由设计者定出。
41井口回压(P 回)当地层流体不断进入井筒内,环空的静液柱压力不断下降,欠压值也急剧升高,如果不在井口控制・7・ 第24卷 第2期钻 采 工 艺 一定的回压,从而控制地层流体的流入量,将会给欠平衡钻井带来很大的危害。
井口回压与欠压值是一对伴生的关系,即由于存在欠压而产生井口回压,反过来井口回压又限制欠压值的大小。
井口回压一般确定在0～7MPa 的范围内。
当欠压值过小时,其井口也没有必要用回压控制(如乌深1井)。
51地层压力(P P )地层压力是在欠平衡钻井中首先要搞清楚的最基础的压力,一切欠平衡的压力计算,都建立在这个压力基础上。
对于开发井,地层压力较为清楚可直接采用;而对于勘探井,由于地层压力有许多不确定性,所以只能作为参考。
即在勘探井的欠平衡钻井中,先使用参考的地层压力,通过公式求出欠平衡的钻井液的密度,依据此密度钻进;当钻遇溢流和钻时加快时,要停止钻进,近似地求出地层压力,再根据所求的地层压力,调整钻井液参数。
由于欠平衡钻井所使用的钻具带有内防喷工具,所以地层压力可按下列步骤求出。
(1)关井、记录套压;(2)由记录中查出压井排量时的压耗;(3)开泵并将排量调整到压井时的排量,在此过程中用节流阀控制套压不变;(4)记下此时的泵出口压力;(5)停泵并关节流阀;(6)P S =泵出口压力-压井排量时的压耗;则有 P P =P S +9.81h γm(4)式中:P P —地层压力,MPa ;P S —循环压耗,MPa ;h —井深,km ;γm —钻井液密度,g/cm 3。
如何保证欠平衡钻井的欠压值11确定合理的欠压值欠平衡钻井是使环空中的压力略低于地层压力,只要能保证地层流体能进入钻井环空即可,不必追求过高的欠压值。
大港油田欠平衡钻井时欠压值一般取0.2～1MPa 。
另外,确定欠压值时,还应考虑使用钻井液的成本问题。
尽量选用成本低而又能满足所确定的欠压值的钻井液体系,过高的欠压值,可能会大幅增加钻井液成本和地面控制设备施工时的难度。
21确定欠平衡钻井时所用的钻井液密度当欠压值确定后,由式(3)反推出钻井液的密度:γm =P P -(P a +ΔP 欠)9.81h(5)式中:P P —地层压力,MPa ;P a —环空压耗,MPa ;其值约等于1MPa ;ΔP 欠—欠压值,MPa ;h —井深,km ;γm —欠平衡钻井液密度,g/cm 3。
31如何保证设计欠压值对于地层压力系数大于等于1100,且钻井方式选择流体欠平衡钻井,可以采用控制井口回压的方法来保证设计的欠压值与实际欠压值相等,其原理可通过如下公式推导证明。
根据设计的欠压值计算出实现欠平衡钻井所需要的钻井液密度,在地层流体未进入井筒时,立管压力如下:(1)在欠平衡钻井中,如果地层流体尚未进入井筒内时,那么立管压力:P 立=P 地面+P 管柱内+P a +P 嘴(6)式中:P 立—循环时的立管压力,MPa ;P 地面—地面管汇压耗,MPa ;P 管柱内—钻柱内压耗,MPa ;P 嘴—钻头喷嘴压耗,MPa ;在环空作用在地层上的压力只有P a 和P m 。
(2)当地层流体进入井筒内时,P a 和P m 将下降,从而引起ΔP 欠设增大,P s 下降。
此时的循环压耗:P 立欠=P 地面+P 管柱内+P a 欠+P 嘴-(P m -P m 欠)+P 回(7)此时:ΔP 欠实=P P -(P m 欠+P a 欠+P 回)(8)式中:P 立欠—欠平衡钻进时的立管压力,MPa ;P a 欠—欠平衡时环空的压耗,MPa ;P m 欠—欠平衡时环空静液柱压力,MPa ;P 回—欠平衡时井口施加的回压,MPa 。
由于P m 欠、P a 欠很难求出,所以只有采用调整井口回压来保证欠压值,即保证其他钻井参数不变。
令P 立=P 立欠则:P 地面+P 管柱内+P a +P 嘴=P 地面+P 管柱内+P a 欠-(P m -P m 欠)+P 嘴+P 回(8)由于地面管汇压耗、钻柱内的压耗和钻头喷嘴压耗没有因地层流体的侵入而改变,所以这些压力是相等的,通过简化式(8)即变成如下的等式:P a =P a 欠-(P m -P m 欠)+P 回・8・ 钻 采 工 艺2001年整理后便得出:P a+P m=P a欠+P m欠+P回(9)根据式(3)和式(8)就可推导出如下等式:ΔP欠设=ΔP欠实=PP-(P m+P a)=P P-(P m欠+P a欠+P回)(10)在式(10)中唯一能控制的只有P回,通过调节P回保证式(10)成立,即保证了欠平衡钻井时循环压耗等于欠平衡初始时的循环压耗,即可保证设计的欠压值等于实际的欠压值。
但随着井深增加,新的立压参考值应为原循环压耗参考值加上由于井深增加段内的压耗与环空压耗值。
41调整钻井液密度后如何保证欠压值欠平衡钻进过程中,如果套压急剧上升,现场施工人员需要及时判断井口套压升高的原因。
若因井下气体滑脱至井口引起的套压升高,可采用节流循环排气降压法,使套压降至安全套压范围。
如果采用节流循环排气降压法不能将套压维持在安全套压范围内,这说明地层压力比设计的地层压力大得多,造成实际的欠压值过大,给现场施工带来很大的危险,此时现场应采用前述的方法关井用式(4)求压,确定新的地层压力。
当新的地层压力求出后,由于此时环空已受侵, P m欠和P a欠难于求出,所以可在假设地层流体未进入井筒的基础上,用式(5)按设计的欠压值ΔP欠设计算出所需新的欠平衡钻井液的密度;但如何保证此时设计的欠压值等于实际的欠压值呢?根据上述原理可知,用调整井口回压的方法,保证P s=P s欠即可保证ΔP欠设=ΔP欠实。
但由于钻井液密度已经调整,此时的初始循环压耗不等于原钻井液密度下的初始循环压耗,如果采用调整井口回压的方法来保证原钻井液密度下的初始循环压耗,就不能保证ΔP欠设=ΔP欠实;所以求出新的钻井液密度下初始循环压耗。
由于所有压耗与钻井液密度是正比关系,现场施工时,可按式(11)近似求出:P立1 P立2∝kγm1γm2(11)式中:P立1—初始循环时立管压力,MPa;P立2—调整钻井液密度后循环时应保持的立管压力,MPa;γm1—初始欠平衡时钻井液密度,g/cm3;γm2—调整后欠平衡的钻井液密度,g/cm3;k—钻井液性能的影响系数。
由于目前大港油田在欠平衡钻井中使用的钻井液多为淡水钻井液,其性能对压耗的影响不大,近似地可认为k≈1,所以式(11)可变为:P立1P立2≈γm1γm2(12)式(12)只适用于淡水钻井液,否则就应考虑k 值的影响。
运用该公式近似地求出调整钻井液密度后应保持的立管压力,并用井口回压控制循环压耗始终等于该立管压力,从而保证实际欠压值等于设计的欠压值。
51举例说明某井准备在奥陶系实施流体欠平衡钻井工艺,地质设计中预测钻遇奥陶系时地层压力P P1= 41MPa;设计欠压值ΔP欠设=0.2MPa;环空压耗P a≈1MPa;根据式(5)求出欠平衡钻井液密度γm1= 1.01g/cm3;地层流体进入环空前初始立管压力P立1 =10MPa;钻进50m后钻遇高压地层,测压后地层压力P P2=53MPa;仍按原设计欠压值,环空压耗P a≈1MPa;仍按原设计欠压值ΔP欠设=0.2MPa;根据式(5)求出欠平衡钻井液密度γm2=1.17g/cm3;再根据式(12)求出调整钻井液密度后的初始立管压力P立2 =12MPa;即调整井口回压保证立管压力等于12MPa,就可保证012MPa的欠压值。
结 论(1)欠平衡钻井首先要清楚地层压力,而不必急于进行欠平衡钻进;求出地层压力后再计算所用钻井液密度是否满足设计的欠压值。