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.
2、Shaffer PCWD型旋转防喷器 PCWD型旋转防喷器
⑴产品技术指标 :
最大井口压力 ( 静态 ) : 5000 psi 3000 psi 最大井口压力 ( 动态 ) : 2500 psi 最大井口压力 ( 封零 ) : 200 rpm 最大转速 : 底部联接： 11” 底部联接： 11”- 5000 psi 法兰或双头螺栓 13 5/8”- 5000 psi 法兰或双头螺栓 5/8” 顶部联接： 11” 顶部联接： 11”- 5000 psi 双头螺栓 52” 最大外径 : 52” 42.5” 49” 最大高度 : 42.5”( 双头螺栓式 ) 或 49”( 法兰式 ) 电源： 380 V / 50 Hz 或 460 V / 60 Hz 电源： 设计温度: -20C ( - 40 C) ~ + 120 C 设计温度: 设计准则: API 16A 设计准则:
欠平衡钻井技术
一、欠平衡钻井装备 二、欠平衡钻井工艺
一、欠平衡钻井装备 1、概述
⑴旋转防喷器
美国Shaffer PCWD型旋转防喷器 美国Shaffer PCWD型旋转防喷器 Williams7100型旋转防喷器（ Williams7100型旋转防喷器（另外， 型旋转防喷器 Williams公司还生产7000 Williams公司还生产7000型、IP-1000型、 7000型、IP-1000型、 IP 8000型、9000型、9200型等旋转防喷器， 8000型、9000型、9200型等旋转防喷器， 其结构和工作原理与7100型相同。） 其结构和工作原理与7100型相同。）
⑷模拟软件
美国Weatherford公司和 美国Weatherford公司和Sigma公司等已研制成模拟软 公司和Sigma公司等已研制成模拟软 可帮助用户对欠平衡钻井作业进行液压设计和分析， 件，可帮助用户对欠平衡钻井作业进行液压设计和分析， 确定使用哪种液体，用多少循环液才能清洗全井筒， 确定使用哪种液体，用多少循环液才能清洗全井筒，以 免井内岩屑积累过多，出现井下严重故障。 免井内岩屑积累过多，出现井下严重故障。
2、欠平衡井施工预案
⑴钻井液循环路线
钻进时无溢流发生情况下钻井液循环流程：泥浆 泵→方钻杆→钻头→环空→旋转头→震动筛→循 方钻杆→钻头→环空→旋转头→震动筛→ 环罐(除砂器、除泥器) 环罐(除砂器、除泥器)→泥浆泵。 钻进时发生溢流情况下钻井液循环流程：泥浆泵 →方钻杆→钻头→环空→节流管汇（按水力计算 方钻杆→钻头→环空→ 结果控制回压）→液气分离器→撇油罐→ 结果控制回压）→液气分离器→撇油罐→循环罐 (除砂器、除泥器、常规除气器)→泥浆泵。 除砂器、除泥器、常规除气器)
二、欠平衡钻井工艺
1、欠平衡钻井主要技术措施
⑴欠平衡钻井工艺要求
． 两台泥浆泵中的一台用以钻井循环，另一台接至压 两台泥浆泵中的一台用以钻井循环， 井管汇，并使两台泵始终处于完好状态， 井管汇，并使两台泵始终处于完好状态，特别 是处 于待命状态的泥浆泵必须完好，随时可以投入工作。 于待命状态的泥浆泵必须完好，随时可以投入工作。 井口防喷器组处于良好的工作状态， ． 井口防喷器组处于良好的工作状态，闸板防喷器备 好半封、全封闸板总成。 好半封、全封闸板总成。 ． 应根据地层情况选择优质高校钻头及优选钻井参数 钻井，在携岩能力允许的情况下， 钻井，在携岩能力允许的情况下，应尽可能提高机械 钻速，以减少起下钻作业次数。 钻速，以减少起下钻作业次数。 严格控制起下钻速度，防止抽吸及压力激动。 严格控制起下钻速度，防止抽吸及压力激动。
⑵产品性能特点
该旋转防喷器具有旋转和万能两种功能. (可代替万能防 该旋转防喷器具有旋转和万能两种功能. (可代替万能防 喷器使用，总高度的降低使其适用于各型底座钻机) 喷器使用，总高度的降低使其适用于各型底座钻机) 。 旋转防喷器的上部可以连接溢流管。 旋转防喷器的上部可以连接溢流管。 PCWD 为主动式旋转防喷器. 在钻井过程中，它可以自 为主动式旋转防喷器. 在钻井过程中， 动补充密封胶芯的橡胶量， 动补充密封胶芯的橡胶量，从而保持了良好的密封性能 及较长使用寿命。 及较长使用寿命。 密封胶芯可封零还可封住任何截面形状的钻柱( 密封胶芯可封零还可封住任何截面形状的钻柱(包括四 方钻杆) 因此该系统与四方钻杆可正常地配合使用。 方钻杆)，因此该系统与四方钻杆可正常地配合使用。 系统配置了高压储能器和备用的电源（ 系统配置了高压储能器和备用的电源（或称不间断电 保证了在常规电源失效时该系统仍可正常工作。 源)，保证了在常规电源失效时该系统仍可正常工作。
撇油装置循环流程
5、欠平衡钻井监控系统
⑴系统组成 ： 数据采集系统：主要由立压、 数据采集系统：主要由立压、套压传感器和数据 采集箱组成，其作用是采集立压、套压信号， 采集箱组成，其作用是采集立压、套压信号，把 压力信号转变为电信号，并对电信号进行滤波、 压力信号转变为电信号，并对电信号进行滤波、 放大等电路处理。 放大等电路处理。 数据处理软件： 数据处理软件：对实时采集的电压数据信号进行 数据分析，编制成相应的曲线， 数据分析，编制成相应的曲线，并在超过一定警 戒时报警。 戒时报警。 信号传输： 信号传输：起到在传感器与数据采集箱以及计算 机之间传输数据的作用。 机之间传输数据的作用。
⑵产品性能特点
11”通径可使各种钻头及井下工具通过， 而不需任 11”通径可使各种钻头及井下工具通过， 何拆装工作。 何拆装工作。 PCWD即可与转盘配合使用还可以和顶部驱动配合 PCWD即可与转盘配合使用还可以和顶部驱动配合 使用。 使用。 密封胶芯可开口，使更换胶芯时可把钻柱留在井中. 密封胶芯可开口，使更换胶芯时可把钻柱留在井中. (大量节省了现场操作时间)。 大量节省了现场操作时间) 液压系统的压力始终大于井筒压力， 液压系统的压力始终大于井筒压力， 以保证井筒中 的钻井液不会侵入液压系统。 的钻井液不会侵入液压系统。 液压系统的压力可以人为地调节使设备达到最佳的 密封及最小的胶芯磨损状态。 密封及最小的胶芯磨损状态。 液压系统的优化设计使动密封两侧压差最小， 液压系统的优化设计使动密封两侧压差最小， 从而 延长了动密封的使用寿命。 延长了动密封的使用寿命。
5、欠平衡钻井监控系统
⑵井口最大回压设计 设计与控制原则：为保证井口不失控，应 在钻井过程中对井口施加一定的回压，以 平衡部分地层压力，控制油气的侵入程度。 井口回压大小的控制应视旋转防喷器承压 能力的大小而确定。其原则是：通过调节 地面液压节流阀的开启程度，将井口回压 控制在设定的安全工作压力范围 。 井口最大回压计算流程见下图
6、欠平衡专用节流管汇
⑴结构特点 节流阀通径大。常规钻井井控装备中节流管汇的节流阀 通径为29/16″，为满足欠平衡钻井过程中依靠节流阀的 通径为29/16″，为满足欠平衡钻井过程中依靠节流阀的 开启调节钻井液、油、气的循环的要求，节流阀的通径 必须足够大，因此一般设计其通径尺寸为41/16″。 必须足够大，因此一般设计其通径尺寸为41/16″。 三只节流阀，且其中2 三只节流阀，且其中2只为液动节流阀，一只为手动节 流阀，比常规钻井用节流管汇多了一只液动节流阀。这 样就避免了在一只液动节流阀失效的情况下，需要手动 操作节流阀的危险。同时，增加一只节流阀后，即能满 足大排量节流循环的需要，又增加了一只备用阀，使其 工作安全性大大提高。
6、欠平衡专用节流管汇
⑴结构特点 低压区改为高压区。常规钻井用节流管汇中节流阀 下游的阀件为低压阀件，考虑到欠平衡钻井过程中 井口压力高、工艺复杂，把低压区的阀件均设计为 高压阀件，即节流阀前后阀件的额定工作压力一样， 这样就提高了节流管汇的安全操作系数。 在汇流管上安装一只29/16″平板闸阀。打开此阀放 在汇流管上安装一只29/16″平板闸阀。打开此阀放 掉钻井液，可防止在起下钻或其它非钻进、循环时 节流管汇和液气分离器及管线内的钻井液冻结。 节流阀的阀芯设计为孔板式结构
液固体出口
4、撇油装置
4、撇油装置
作用：将井筒循环出来的原油与钻井液分离， 作用：将井筒循环出来的原油与钻井液分离，保 持正常的欠平衡钻井施工。 持正常的欠平衡钻井施工。 工作原理：流进本装置的混合液体， 工作原理：流进本装置的混合液体，经过漫流作 产生重力分离，之后进入撇油室， 用，产生重力分离，之后进入撇油室，撇油器将 浮于上部的原油撇去， 浮于上部的原油撇去，砂泵将沉于底部的钻井液 排出。 排出。 液体加热：为防止冬季施工因液体冻结而造成循 液体加热： 环中断，装置内设计两套独立的加热系统： 环中断，装置内设计两套独立的加热系统：一是 电加热系统，二是暖气加热系统。 电加热系统，二是暖气加热系统。加热系统可同 时使用，也可单独使用。 时使用，也可单独使用。
⑵地面分离系统
液气分离器（多数是美国Brandt公司生产 公司生产） 液气分离器（多数是美国Brandt公司生产） 撇油罐（对原油与钻井液的分离） 撇油罐（对原油与钻井液的分离）
1、欠平衡钻井装备概述
⑶节流管汇及数据采集系统
专用节流管汇 地面数据采集系统（可在钻井作业时，通过与现有钻井 地面数据采集系统（可在钻井作业时， 控制与监测系统接口，提供实时信息， 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。 流量模型接口，允许将实际参数与计算参数加以比较。 测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度等， 测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度等，并 实时显示这些数据，可避免出现过平衡和井喷现象。 实时显示这些数据，可避免出现过平衡和井喷现象。
1、欠平衡钻井装备概述
⑸测量技术
采用可压缩性钻井液进行欠平衡钻井时常规测量 技术不适用。 技术不适用。电磁波随钻测量仪的信号传输是通 过地层而不是钻井液， 过地层而不是钻井液，因而可用于欠平衡钻井的 测量作业， 测量作业，优先采用电磁波随钻测量仪
⑹其它
制氮注氮设备、内防喷工具、燃烧管线、 制氮注氮设备、内防喷工具、燃烧管线、点火 装置、泡沫注入设备、 装置、泡沫注入设备、硫化氢报警装置等
3、液气分离器
作用：是将井筒内循环出来的气体与液体 分离 。 结构：一般为重力脱气型，采用交叉脱气、 钻井液走曲径 ，见结构示意图。 循环系统 为了防止钻井液进入主腔时产生水击，在 主腔外设计有缓冲器，循环系统流程见流 程图。
液气分离器循环系统流程图
混合液进口 缓冲器 主腔进口
气体出口
脱气孔板