全過程欠平衡技術在陳古1-1井的應用

杜新軍

中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院 (遼寧 盤錦 124010)

全過程欠平衡技術在陳古1-1井的應用

杜新軍

中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院 (遼寧 盤錦 124010)

陳古1-1井采用合理的工程設計參數，滿足實現全過程欠平衡的條件；采用套管閥技術，解決欠平衡鉆井中鉆柱易被頂出井口、鉆柱無法二次入井等問題；通過適時調節節流閥來調節立壓，從而控制井底欠壓值始終在合理的范圍之內。陳古1-1井通過采用全過程欠平衡技術，有效保護油氣層，提高單井產量，提高機械鉆速。

全過程欠平衡鉆井 欠壓值 套管閥 節流閥

隨著鉆井技術水平提高和應用范圍的拓展，欠平衡鉆井技術以其優良的鉆探效果被業內人士所認可，在進行欠平衡鉆井過程中，為確保鉆井流體不對儲層產生污染，最好的辦法就是做到從鉆開油氣層到完井過程中都要保持井底的欠平衡狀態，即實現全過程欠平衡鉆井[1]。該技術與一般欠平衡鉆井技術的區別主要表現在整個鉆、測、完井作業過程中井底壓力始終小于或者等于地層孔隙壓力。全過程欠平衡技術利用高壓旋轉防噴器、井下套管閥、節流管匯、氣液分離器等一系列欠平衡地面和井下專用工具設備，通過井口壓力和鉆井液密度的控制，在鉆、測、完井過程中保持井底處于平衡或者負壓差狀態，從而避免鉆井液侵入油層，允許地層流體進入井筒，最終達到及時發現和保護油氣層的目的[2]。陳古1-1井采用全過程欠平衡技術取得良好鉆探效果，獲得較高的油氣產量。

1 陳古1-1井基本情況

陳古1-1井位于遼河坳陷西部凹陷興隆臺潛山帶陳古潛山陳古2塊，是遼河油田部署在興隆臺潛山帶陳古2塊一口重要的評價井。陳古1-1井鉆遇地層自下而上依次為：太古界、中生界、新生界古近系沙河街組三段、一段+二段、東營組、新近系館陶組,主要含油目的層是太古界潛山儲集層，油藏類型為裂縫型塊狀底水油藏，地層壓力系數為1.094。其鉆探目的是為了進一步落實興隆臺潛山帶陳古2塊潛山油藏的含油氣情況、產能及油水界面位置，提高該塊油藏的井控程度，完善探明石油地質儲量計算參數，為興隆臺潛山帶整體上報探明儲量提供依據。

2 工程設計參數

2.1 井身結構

陳古1-1井鉆進過程中，地層復雜程度高，在欠平衡作業中，容易出現井壁失穩、井塌、井漏等問題，極可能造成嚴重的鉆井事故。考慮以上各方面因素，在通過套管強度校核的基礎上，我們提出了以下井身結構設計，見表1。

2.2 鉆井液

影響鉆井液密度選擇的參數是欠平衡井段的最小地層壓力、設計負壓值、環空摩阻及井深。準確求取摩阻和地層壓力以及可能進入的流體性能、能量對鉆井液密度選擇是很重要的。

根據地層壓力系數預測結果，本井預測太古界最高壓力系數為1.094，因此本井欠平衡循環介質原則上選用液基鉆井液體系，鉆井液密度確定為1.02g/cm3。為了確保欠平衡鉆井的順利進行，本井三開選用無固相鉆井液體系，見表2。

2.3 欠平衡鉆進鉆具組合

鉆具組合設計原則：能夠在井底負壓差下接單根；能夠滿足中途測試要求；鉆具盡量光滑滿足旋轉防噴器密封要求；鉆具結構盡可能簡化；鉆具抗拉強度、抗擠強度符合要求。從以上鉆具組合設計原則和經濟效益兩方面進行考慮，鉆具組合選擇為：152.4mm鉆頭+120.7mm浮閥1個+120.7mm鉆鋌12根+120.7mm箭形回壓凡爾1個+88.9mm （18°斜坡）加重鉆桿15根+120.7mm投入式止回閥1個+88.9mm(18°斜坡)鉆桿+旋塞+方鉆桿。

表1 陳古1-1井井身結構表

表2 無固相鉆井液性能表

3 套管閥的使用

3.1 套管閥的作用原理

套管閥是配合井口旋轉防噴器實現全過程欠平衡作業的特殊工具。在需要實施全過程欠平衡作業的井中，先將套管閥預置在上層套管的某一位置，當起下鉆、電測或下篩管時，可以根據需要，利用套管閥將井筒上下分隔開，由此完成其相關工具、儀器的起下作業。在欠平衡作業正常鉆進過程中，套管閥處于開啟狀態，對鉆進作業不產生任何影響；當提鉆至套管閥以上某一位置時，將其關閉以達到控制井內流體和壓力的目的，這樣就可安全、順利完成提鉆作業；當需要下鉆、下電測儀器或篩管時，在鉆頭、電測儀器或篩管下至套管閥以上某一位置時，將其打開即可使井眼暢通，完成后續作業，見圖1。

3.2 套管閥的使用特點

在欠平衡鉆井過程中，若需要起下鉆換鉆頭或調整鉆具組合，以及進行電測或篩管完井作業，往往先壓井后再進行后續作業。因為：①井口負壓差較大，鉆柱提至井筒上部時，鉆柱重量不足以克服井內鉆井液對其產生的上浮力，致使鉆柱被頂出井口；②井口以上鉆柱重量不足將導致其無法二次入井；③電測儀器的重量比鉆柱還輕，更是無法入井；④若采用篩管完井作業時，井口將會失控或無法將篩管下入井內。套管閥作用就是解決上述問題。陳古1-1井起下鉆過程中，共開關套管閥2次，每次開關返出油量符合設計要求，正常開關。

4 節流閥的使用

4.1 井底欠壓值的選擇與控制

欠平衡鉆進過程中，由于油氣侵入及上升，環空壓力下降，井底欠壓值隨之增大。過大的井底欠壓值易造成井壁失穩或井口壓力過大，給欠平衡鉆井帶來極大風險。因此，欠壓值的準確選擇對欠平衡鉆井至關重要，欠平衡鉆井井下動態液柱壓力應低于孔隙壓力，必須大于坍塌壓力[3]。井下動態液柱壓力等于環空靜液壓力、環空摩阻、井口套壓之和。根據井底壓力、液柱壓力、地層的坍塌壓力，考慮單位負壓值下的產油氣量、隨鉆產油氣量、井口設備的除氣液能力等，選擇井底負壓值在0.5～3.5MPa之間。

在欠平衡鉆井過程中，通過適時調節節流閥調整立壓，從而控制井底欠壓值始終在合理的范圍之內。

4.2 節流閥調節原則

受井口裝置、地質條件等因素的制約，井口壓力須保持在設計范圍內，井底欠壓值不能過大也不能過小，須通過調節節流閥控制井口壓力和井底欠壓值。在調節節流閥時需收集立壓、套壓、產油（氣）量、鉆井液密度等相關參數，并制定相關操作規程[4，5]。

隨著油氣侵入量的增大，環空液柱壓減小，井底欠壓值增大，同時由于大量油氣的侵入，套壓隨之升高。為使井底欠壓值穩定在設計范圍內，應關小節流閥，使泵壓升高。由于需要一個循環周才能將侵入的油氣帶出來，控制效果只有在一個循環后才能顯示出來，因而在這期間，決不能因油氣量的增加而繼續增大回壓，以免造成過平衡鉆進或壓死目的層。

在欠平衡鉆進時，排量不變，如果泵壓下降，在排除鉆頭水眼、鉆具或泵等設備故障的前提下，可以判斷為鉆遇油氣層，因為油氣柱在環空中上升、膨脹而造成液柱壓力降低。此時，應調節節流閥使泵壓回升到原值，以便控制井底壓力不變。

5 現場效果

陳古1-1井2010年2月某日開鉆，9月某日完鉆。10月某日壓裂后，獲得了日產液127m3，日產油91.2t，日產氣9 600m3的高產。8月某日三開采用無固相鉆井液體系鉆進，鉆進過程中，平均鉆時21.16min/m，密度控制在 1.00～1.02g/cm3，黏度在 20～25mPa.s，鉆井過程中工程無異常變化，較好控制鉆井液密度，有效保護油氣層。三開全過程欠平衡鉆進井段4 410.02～4 821.91m，進尺 410.98m，純鉆進時間145.31h，平均機械鉆速2.83m/h。

6 認識與結論

（1）陳古1-1井三開采用無固相鉆井液體系，密度控制在1.00～1.02g/cm3，從進入油層段開始直到完井，始終保持欠平衡狀態，有效的保護油氣層。套管閥的使用，可以解決全過程欠平衡中遇到的一系列問題，保證全過程欠平衡鉆井的順利進行。欠壓值是欠平衡技術中的一個至關重要的參數，在欠平衡鉆井過程中，通過適時調節節流閥來調節立壓，從而控制井底欠壓值始終在合理范圍內。

（2）欠平衡鉆井技術與常規鉆井技術相比，可以提高機械鉆速（9%以上），可以提高單只鉆頭的鉆進進尺（70%以上），降低鉆頭成本（55%以上），減少鉆頭使用數量，增加純鉆時間，節約鉆井成本。陳古1-1井應用全過程欠平衡鉆井技術，成功穿越太古界、中生界、新生界、新近系館陶組等復雜地層，未發生鉆井事故。說明全過程欠平衡鉆井技術可以有效的解決太古界潛山井漏、井塌等鉆井難題。

[1]李曉軍.對全過程欠平衡鉆井技術的認識及現場實踐[J].新疆石油科技,2009,19(1):8-11.

[2]楊振平.欠平衡鉆井技術的優勢和挑戰[J].內蒙古石油化工,2006（8）:74-76.

[3]周英操.欠平衡鉆井技術在大慶油田衛深5井中的應用[J].石油學報，2003,24（6）：90-93，97.

[4]萬幫烈.單螺桿式水力機械[M].東營:石油大學出版社,1993.

[5]陳憲侃,葉利平.地面驅動單螺桿泵桿柱的組合設計[J].石油鉆采工藝,1995,17（4）:78-83.

Chengu 1-1 well has rational engineering design parameters,and it meets the needs of the conditions of whole-process under-balanced drilling.The problems that drilling string is easily ejected from wellhead and cannot enter to hole again in underbalanced drilling are solved by using casing valve technique.The downhole under-balance pressure value is controlled in a rational range by timely adjusting standpipe pressure using throttle valve.The application of whole-process under-balanced drilling technique to Chengu 1-1 Well effectively protects oil/gas reservoir,increases penetration rate and the output of single well.

whole-process under-balanced drilling;under-balance pressure value;casing valve;throttle valve

杜新軍（1983-），男，工程師，主要從事鉆井工程設計與完井設計工作。

左學敏

2012-09-10▌