石油钻井欠平衡

Gas
Oil Mud
欠平衡钻井工具及设备
欠平衡钻井工艺 欠平衡钻井益处
减少或防止地层污染 对产层进行实时连续调查 提高钻速, 提高钻头寿命 杜绝或减少井漏 杜绝或减少压差卡钻等井下复杂 提前生产，降低完井及增产作业成本
欠平衡钻井工艺 宜欠平衡钻井
所有易污染, 敏感油气层 自然裂缝油藏 异常低压油藏 水平井 高压低渗油气藏
欠平衡钻井工艺 不宜欠平衡钻井
高压高渗地层 膨胀地层 欠压实地层, 不稳定井筒 浅井 压力参数不详地层
欠平衡钻井工艺
气态钻井液钻井－空气，氮气，天然气?.. 汽雾钻井、泡沫钻井 地层压力系数<0.9 充气液钻井 地层压力系数 0.9--1.08 泥浆钻井 – 地层压力系数>1.08 流动钻井（边喷边钻?) - Flow Drilling 泥浆帽钻井 密闭循环钻井 （循环介质还有：空心玻璃球、油、油基、清水等）
欠平衡钻井工具 钻台监控台
监测压力 － 环空 压力，泵油压力， 卡箍锁紧压力 卡箍开关控制
欠平衡钻井工具 方钻杆
三方钻杆或六方钻杆
主 机 解 剖 图
歇 福 尔 旋 转 万 能 防 喷 器
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两种旋转防喷器比较
序号 1 技术指标 最大井口压力 静态（psi） 最大井口压力 动态（psi） 主动密封式 5000 被动密封式 3000--5000 1000（连续旋转） 1000—2500（断续旋转 ） 备注
新疆
GD118 2
98.7
3440— 3680
105
中生界二 叠系
≤1.05
聚磺钾 混油
2
Williams 7000
液气分 离器
新疆
GD203 9
98.8
3505--3553
9
中生界二 叠系
0.38
泡沫
3.5
Williams 7000
液气分 离器
新疆
DG118 0
98.8
3380--3900
518
中生界二 叠系
欠平衡钻井工具 普通型旋转控制头 MODEL 8000 和 9000 系列
万能快速更换轴承总成 单密封胶芯 正压油润滑 高度低 － 711－927 MM 底法兰 179－762 MM
欠平衡钻井工具 国外 新一代高压旋转控制头 MODEL 7000 系列
专为欠平衡钻井和海洋钻井设计 双重耐高压主动密封 安全可靠 操作维护简单，现场进行 最受欢迎的旋转防喷装置 KEEP DRILLING！
2
3000
3
最大旋转速度（rpm）
200rpm（2000psi以内）， 100rpm（3000psi以内） 法兰或双头螺栓
/
70--100rpm
4
底部联接方式
法兰或双头螺栓 主动密封式顶 部可以联接防 溢管
5
顶部联接方式
双头螺栓
/
6
最大高度
42.5 ＂（双 头螺栓式） ， 56＂—60＂ 49＂（法兰式） 11＂—13-5/8＂ 7-1/16＂—16＂
99.9
3491--3755
288
1.36
聚磺水 基
1.5
Williams 7000
液气分 离器
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存在问题与建议
一、地面设备不配套，如固相分离装置、撇油、除气点 火及防回火装置等；建议国内厂家根据油田需要研制生 产。 二、欠平衡钻井工艺需要进一步完善，应研究欠平衡钻 井条件下起下钻、测井、测试、完井方式及固井技术等 配套技术，以减少对产层的污染。 三、对高压气井而言在欠平衡钻井条件下现场操作十分 困难，应研制一套计算井底压力的计算机模式便于钻井 工程师的应用； 四、开展欠平衡钻井甲方是关键，欠平衡钻井工艺和装 备比较复杂，工程成本较高。所以甲方要解放思想，充 分考虑勘探开发的综合效益，坚持“优质给予优价”的 原则，利用市场机制来促进乙方采用这项先进的钻井技 术。
欠平衡钻井工具 MODEL 7100
旋转工作压力： 2500 psi (17.5 Mpa) 静压 5000 psi (35 Mpa) 底壳耐压 10000 psi (70 Mpa)
欠平衡钻井工具 防爆动力控制系统
冷却循环系统 泵油系统 传感器，仪表，自动控制 管线 中国电源系统
欠平衡钻井工具
防爆全天候动力系统
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能自动补偿
不能
6
能
不能
7
能
不能
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欠平衡钻井工具及设备 敞口简易撇油罐
2 1 1. 吸管 2. 液面控制 3. 储油罐 4. 泥浆 4
3
欠平衡钻井工具及设备 密闭分离器示意图
(Lunan and Boote, 1994) Gas Out Adjustable Partition Plate Solids Transfer Pump Solids Well Effluents In
7
开口直径
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两种旋转防喷器比较
序号 特 点 主动密封式 被动密封式 备注 1 是否必须使用方钻杆驱动 不必 必须
2
密封钻具形状 能否通过钻头及其它 井下工具
任何形状
六方和圆形
3
能
不能
4
能否人为调节胶芯密封力
能
不能
5
起下钻具过程中胶芯能否自动调 节密封力 胶芯是否能人为自动开启以让工 具通过 胶塞能否封闭空井
欠平衡钻井工具 地面设备
BOP组 旋转分流系统 节流管汇 液气分离器 油水分离罐（撇油罐) 固控系统 储存系统－ 油， 水， 重泥浆 重复（备用） 系统 气体压缩和注入设备
欠平衡钻井工具 普通型旋转控制头 (MODEL 8000 和 9000 系列)
旋转工作压力: 500 psi (3.5 Mpa) 静压 1000 psi (7 Mpa)
美国 德州 美国 德州
#2
237
3904
867
源自文库
7620
65
14.9
30.2
是
#3
646
5745
1557
13355
70
6.9
15.2
否
英国 海上 美国 德州
#4
336
5761
1600
25908
50
12.4
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16.5
是
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国内部分欠平衡钻井实例
油田 名称 井号 日 期 欠平衡钻 进井段 欠平衡 钻进时 间 地层类型 钻井液 密度 钻井液 类型 最 大 控 制 回压 旋转防喷 器类型 撇油除 气系统 中原 白21 96.4 3903--4190 688 第三系沙 三4 1.25 阳离子 聚合物 0.7 Williams 7000 液气分 离器
概述
在钻井过程中，利用自然条件或采取人工方法，在可以控 制的条件下，使井筒内钻井液液柱压力低于所钻地层的压力 ，从而在井筒内形成负压。这一钻井过程叫欠平衡钻井。 一般分为两种情况 利用自然条件，是指在地层压力较高，采用普通的常规钻 井液就能够达到在井筒内形成负压。国内大多数油田都有具 备利用自然条件进行欠平衡钻井的这种区块。 采用人工方法在井筒内形成负压，主要是因为地层压力 较低，采用常规钻井液无法形成负压，需要向钻井液中充入 使钻井液密度减低的外加剂。采用人工方式欠平衡钻井，需 要在钻井液中加入减轻剂和减轻剂制备与充入设备（包括井 筒内工具），以及对返出钻井液进行处理的外围设备，因而 钻井成本较高。
欠平衡钻井工艺 典型寄生侧管 钻井液 充气液
压缩空气 导管脚 表层井筒 寄生管 (固定于表层套管侧) 水泥
注入口
•表套脚 钻具
欠平衡钻井工艺 注气方式
Parasitic tubing
Parasitic casing
Down drillstring
欠平衡钻井工艺 欠平衡钻井设计
应包括：基本参数、地面设备安装、工具检 查试压、内防喷及钻具组合、防火防爆防硫化 氢准备、岗位分工、施工操作规程、欠平衡钻 井液设计、井口回压设计与控制原则、压井原 则、起下钻时及完井阶段产层保护与井下安全 等。
国外
美国欠平衡钻井的情况
四分之一的油气井采用欠平衡钻井技术 一些油气田达到了98%
国外 加拿大欠平衡钻井井数
600 500 400 300 200 100 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 Year 30 425 330 230 120 525
Total Number of Wells
≤1.05
聚磺钾 混油
2.1
Williams 7000
液气分 离器
新疆
GD229 4
98.9
3210--3498
235
中生界二 叠系
≤1.05
聚磺钾 混油
3
Williams 7000
液气分 离器
中原
毛8
96.8
2383--2480
133
古生界奥 陶系
≤1.00
清水
2
shaffer
液气分 离器
青海
跃东3
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目录
一、欠平衡钻井技术概述 二、欠平衡钻井技术国外简况 三、欠平衡钻井工具简介 四、欠平衡钻井工艺技术 五、国内欠平衡钻井实施情况 六、问题探讨
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概述 欠平衡钻井
平衡: 井底压力＝地层压力，没有流体 流入或流出井筒 过平衡: 流体由井筒进入地层 欠平衡钻井: 在有意使井筒液柱压力低 于所钻地层孔隙压力的状态下钻井
歇福尔旋转万能防喷器现场应用实例
序号 设备 使用 累计 小时 测量 井深 (m) 欠平 衡井 段长 (m) 852 钻具 过胶 蕊累 长(m) 最大 转速 转/分 最大 转速 压力 MPa 13 最大 静态 压力 MPa 21.1 是否 代替 常规 万能 使用 地区
#1
140
3840
7315
70
是