充气欠平衡钻井技术汇总

大港欠平衡
环空气液混合流体特征分析
从井底环空到井口的上返过程中， 混合物结构处于动态中变化中，流态为 非线性两相流。随着液柱压力降低、温 度的下降，小气泡结为大泡，混合物中 气体体积增加，由泡状流变为段塞流， 再进一步变为过度流。井筒中上部为段 塞流和过度流段，该井段为流态不稳定 区。混合物到达井筒上部井段，气泡体 积更大，形成环状流，流速增加。
制； • 不适于高压高产储层； • 也存在井壁不稳定问题； • 遇到高压水层会产生技术上的困难。
大港欠平衡
充气钻井适用地层： （1）坚硬的湿地层； （2）溶洞、裂缝地； （3）复杂地质条件； （4）低压产层。
环空气液混合流体特征分析
大港欠平衡
1994年Williams发表了气液混合物 两相流流态结构。液、气经过泡沫发生 器的混合基本形成了比较均匀稳定的混 合物进入钻具内，其结构为泡状流，是 泡而不是泡沫。充气钻井液属于塑性流 体，随着气液比的增加，塑性粘度与动 切力增加；随着温度的升高，相同的气 液比下的充气钻井液粘度下降，动切力 下降。
大港欠平衡
充气钻井液的分散相气体可以是 空气、天然气、氮气等气体；连续相 可以是各种类型的常规钻井液，也可 以是淡水、清洁盐水、地层水、柴油 等液体，但作为连续相的钻井液必须 是易充气、易脱气且很稳定。充气钻 井液入井前通过调整气、液量来调整 钻井液的密度；返出井口后经过地面 除气器，气体从充气钻井液中脱离出 来，以保证泵的正常上水。
大港欠平衡
充气欠平衡钻井技术
讲座之六
大港钻井工程公司 马金山
DGUBD
充气欠平衡钻井技术特点
大港欠平衡
充气钻井液钻井指的是一种以流体 （水或钻井液）为基础，为了降低井眼 内的静液柱压力，将气体在一定的压力 下注入其中，充气液体钻井类似于气举 井的情况，产生的当量循环密度通常为 0.50～1.03 g/cm3，气体体积占总体积 数低于55%。充气钻井液是以气体为分 散相，钻井液为连续相的气液均匀混合 体系。
举例说明
大港欠平衡
泡沫的地面密度为ρs,基浆密度为ρl，泡 沫质量为α，那么基浆（液体）的体积分数为
1-α，它们之间的关系为：
ρs＝ρl（1-α）＋ρgα.
其中，ρg为地面气体密度，与ρl相比， ρg（0.00129kg/l）可以忽略不计，所以，上 式可简化为：
ρs＝ρl（1-α）
大港欠平衡
3000米的井深
大港欠平衡
气液混合物两相流流态结构
来自百度文库
泡状流
段塞流
过渡流
环状流
大港欠平衡
环空维持气液混合的极限返速分区
m/min
A 泡状流区
液 180 体 返 速 （ 18 ） 1.8
环状流区
B
段
塞
流
区
C
过度流区
A B
. 18 1.8
18
180
1800
气体上返速度（m／min）
18000
大港欠平衡
环
井筒上部 环状流
式中：
P1——井筒某点压力，Mpa； P2——井筒另一点压力，Mpa； V1——井筒某点气体体积，m3； V2——井筒另一点气体体积，m3； T1——井筒某点热力学温度，K; T1=273℃+t1，t1--井筒某点温度，℃； T2——井筒另一点热力学温度，K。T2=273℃+t2，t2--井筒另一点温度，℃； Z1、Z2——修正系数。
充气钻井液井筒压力计算
大港欠平衡
充气钻井的注气量、注液量、井筒流体柱压 力、循环压耗、注入压力 （泵压）、当量密度 计算与模拟均需要专门软件。环空井底压力能 够通过调整液相密度、注液量和注气量来实现 控制。特别需要指出的是，当注液量一定时， 随着注气量的增加，环空压耗增加，因此存在 着最佳注气量范围，现场应根据具体情况进行 选择。最好在钻具组合中安装随钻压力检测仪 （PWD），实时检测井底压力，判断欠平衡状 态，指导施工。
1200m Q = 8%
1800m Q = 5%
在井深2400米处的 混合物中气体体积 占3%，到井深600 米处气体体积占 18%；而井深300 米处气体体积急剧 变大，气体占58%， 由600米到300米 气体体积增加了 2.22倍；到井口处 气体体积占91%， 比井底的泡沫体积 增加30倍。
2400m Q = 3%
大港欠平衡
⑷基液可以是钻井液而不是水，因此可以在 钻穿水敏性地层时，维持井眼的稳定性；
⑸减少钻具磨损和井下钻具着火的危险；
⑹钻井时效高，能大幅提高钻机作业效率；
⑺保持较高的PH值用于克服内在的腐蚀损 害和对充气钻井液的破坏；
⑻消除了着火和灰尘危害，有利于保护环境；
大港欠平衡
⑼可用于任何类型的地层，包括硬地层、软地 层、干地层或湿地层，而空气钻井需要干燥的 条件；
大港欠平衡
充气钻井技术优点
大港欠平衡
⑴在0.55～1.03 g/cm3密度范围内能够通过充气 进行有效地调整，从而降低静液柱压力，实现近 平衡或欠平衡钻井，保护油气层；
⑵需要较高静液柱压力（而其它气体系不能产生） 的油气藏，可以采用充气钻井液来钻，从而最大 程度地降低地层损害；
⑶将充气钻井液应用到其它气体体系不能凑效的 情况下，例如，在欠平衡钻井过程中，能够产出 大量水的严重漏失地层，通过调整注气量和液量， 可以在环空中获得平衡状态，从而既不漏失，也 不井涌；对井塌等钻井复杂问题亦较泡沫有较强 适应能力；
1. 0的“基浆”
在地面的气液比： 25:1 ，泡沫 质量为96.15%,此时的泥浆几乎全是
气体，密度0.0385;
在井底气液比： 1:99 ，泡沫质 量1 %，泥浆密度为0.99，与基液几 乎相同。而气体密度大约为0.37。
基本计算公式:
大港欠平衡
P 1*V 1 = T1 *Z 1
P 2*V 2 T2*Z 2
⑽根据压力变化随时调整注液量和基液密度控 制井口和井底压力的变化，阻止盐水流入或井 喷事故的发生；
⑾可采用常规测井和常规固井；
⑿易于施工，是费用最低的低压欠平衡钻井技 术。可以利用常规钻井液，成本低，比泡沫类 钻井流体节省成本。因此该技术应用比较广泛。
大港欠平衡
充气钻井技术缺点
• 需要增加气体的注入压力； • 如果充空气需要进行更广泛的腐蚀控
空
气
液
两
相
井筒中上部
流 分
弹状流、涡状 流
布
情
况
井筒下部
泡状流
环空内气液比、气体百分比随井深的变化 大港欠平衡
气体/泥浆比率 = 10/1 R = 1.4/1 R = .23/1
基液密度：1.08g/cm3 R = .09/1
R = .05/1
R = .03/1
地面 Q = 91% 300m Q = 58% 600m Q = 18%