論煤層氣的欠平衡鉆井技術(shù)

唐輝

陜西煤田地質(zhì)油氣鉆采有限公司 陜西省西安市 710054

摘要：欠平衡鉆井是指在鉆井過(guò)程中鉆井液循環(huán)體系的井底壓力低于地層孔隙壓力，使鉆井流體循環(huán)體系井底壓力低于所鉆地層孔隙壓力，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)層流體有控制地進(jìn)入井筒并將其循環(huán)到地面的一種鉆井工藝。本文在分析國(guó)內(nèi)外欠平衡鉆井的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的研究成果，開(kāi)展了欠平衡鉆井技術(shù)的探討。

關(guān)鍵詞：煤層氣；欠平衡鉆井；發(fā)展建議

前言：目前，煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的難度越來(lái)越大，開(kāi)發(fā)設(shè)備的投入成本也越來(lái)越高。這種形勢(shì)就對(duì)煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)提出了兩條要求：一是要降低成本；二是要實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，以滿足越來(lái)越高的勘探難度要求。因此，提高鉆井技術(shù)，節(jié)約鉆井成本成了降低總成本的有效途徑，這促進(jìn)了欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用與推廣。與常規(guī)鉆井相比，欠平衡鉆井具有更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

一、欠平衡鉆井工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，欠平衡鉆井技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都得到了迅猛的發(fā)展，這主要?dú)w功于欠平衡鉆井井控設(shè)備和工藝技術(shù)的迅速發(fā)展。當(dāng)然，欠平衡鉆井井控設(shè)備的發(fā)展，為欠平衡鉆井提供了強(qiáng)有力的硬件保障，通過(guò)多年的探索和研究，已經(jīng)基本形成了低壓井欠平衡鉆井井控技術(shù)。

1、液體欠平衡鉆井井控技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)30年代，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，目前已經(jīng)是作為常規(guī)欠平衡鉆井技術(shù)在全球大范圍的推廣應(yīng)用了，其井控工藝技術(shù)也相對(duì)完善成熟。但是，液體欠平衡鉆井技術(shù)主要針對(duì)巖性致密、低孔、低滲特征的儲(chǔ)層，且地層壓力較低，低壓井欠平衡鉆井井控技術(shù)相對(duì)成熟。而針對(duì)川西深層高壓、裂縫發(fā)育情況不詳?shù)膬?chǔ)層，采用液體欠平衡鉆井相應(yīng)的井控工藝技術(shù)目前還正在探索中。

2、早在本世紀(jì)50、60年代，為防止井漏和提高機(jī)械鉆速，人們就提出并應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，但出于安全方面的考慮，未能引起人們的重視，國(guó)外許多大公司大力研究和應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，無(wú)論在氣體鉆井工藝和技術(shù)還是裝備方面都取得了飛速的發(fā)展，美國(guó)和加拿大應(yīng)用該技術(shù)比較普遍，他們常采用注氮?dú)狻⒖諝?、天然氣等輕質(zhì)流體鉆井，成功地解決了地層比較堅(jiān)硬的問(wèn)題，其配套設(shè)備也日趨完善，技術(shù)趨于成熟。在國(guó)內(nèi)，由于某些區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，造成在該地區(qū)鉆井遇到了一系列復(fù)雜情況和事故，主要表現(xiàn)為極易井斜、復(fù)雜的井眼不穩(wěn)定、長(zhǎng)段井漏、多壓力系統(tǒng)、井深、地層高研磨性以及巖石不均質(zhì)特性等，加之鉆井設(shè)備老化等因素，己嚴(yán)重影響了機(jī)械鉆速。

二、欠平衡鉆井的優(yōu)越性

1、防止地層傷害、提高油井產(chǎn)能

欠平衡鉆井可防止常規(guī)鉆井造成的地層損害，常規(guī)鉆井造成地層損害的原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）鉆井液濾失速度高，造成地層細(xì)顆粒和粘土顆粒的運(yùn)移；

（2）鉆井液中加入的固相或鉆井中產(chǎn)生的固相侵入地層；

（3）存在可能發(fā)生鉆井液嚴(yán)重侵入的高滲層；

（4）地層對(duì)侵入的水相、油相敏感，導(dǎo)致鉆井液濾液留在地層中，影響了近井眼地區(qū)的滲透率，產(chǎn)生永久性產(chǎn)能下降；

（5）侵入液與產(chǎn)層或地層液發(fā)生不利反應(yīng)（如粘土膨脹、化學(xué)吸附、潤(rùn)濕性改變、乳化沉淀、結(jié)垢等）。

2、減輕工程復(fù)雜、提高機(jī)械鉆速

（1）提高了防噴能力，防止井噴失控；

（2）降低了液柱壓力，減輕井漏和壓差卡鉆；

（3）消除壓持效應(yīng)，有利于提高機(jī)械鉆速。

三、實(shí)施欠平衡鉆井的條件

氣態(tài)鉆井液，在欠平衡鉆井技術(shù)中，最簡(jiǎn)單最早的欠平衡鉆井技術(shù)是采用干燥空氣作為鉆井液。后來(lái)選用天氣然作為鉆井液。當(dāng)在產(chǎn)氣區(qū)鉆井或接近天然氣管線的區(qū)域使用天然氣鉆井，成本是較低的。另一種選擇的氣體是用惰性氮?dú)獯婵諝庾鳛檠h(huán)介質(zhì)。氮?dú)饪梢允且旱?，或在現(xiàn)場(chǎng)用中空纖維膜制氮裝備生產(chǎn)的氮?dú)狻，F(xiàn)場(chǎng)制氮這種方法，目前國(guó)外普遍采用。

兩相鉆井液，從單一的氣相和單一的液體的所液兩相的混合就可獲得任一所期望得到的鉆井液密度。氣體和液體的混合物，有時(shí)也稱為輕質(zhì)鉆井液（低密度鉆井液），按氣相和液相的結(jié)構(gòu)及相對(duì)體積數(shù)，輕質(zhì)鉆井液又分為霧、泡沫和充氣鉆井液，在通常的壓力和溫度情況下，它們的結(jié)構(gòu)及性能取決了氣相和液相的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)。不同的鉆井液具有不同的密度。

液態(tài)鉆井液，當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫νǔ３^(guò)同一深度的淡水或鹽水靜液壓力時(shí)，使用常規(guī)液鉆井液，控制鉆井液的密度就可利用地層壓力自然形成欠平衡條件。欠平衡鉆井所用的地面常規(guī)裝備有：氮或壓縮氣供應(yīng)裝置、容積小且壓力大的注液泵、液-氣混合管匯、節(jié)流管匯、鉆屑或鉆井液取樣器、化學(xué)劑注射泵、采油分離系統(tǒng)和自動(dòng)燃燒氣體系統(tǒng)，國(guó)外目前比較先進(jìn)的專用裝備系統(tǒng)主要有：高壓旋轉(zhuǎn)分流器-防噴器系統(tǒng)、液流導(dǎo)向系統(tǒng)、地面分離系統(tǒng)、隔水管帽（Riser Cap）旋轉(zhuǎn)防噴器系統(tǒng)、實(shí)用隔水管（Virtual Riser）裝置、地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

四、國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展建議

1、進(jìn)一步研究欠平衡鉆井工藝技術(shù)

中國(guó)欠平衡鉆井技術(shù)自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)發(fā)展較快。到2006年末，已采用該項(xiàng)技術(shù)完成60余口井，所用設(shè)備主要以引進(jìn)為主。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)已進(jìn)行了一些理論上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范圍較窄，過(guò)去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡條件下的邊噴邊鉆技術(shù)上，其它方式的欠平衡鉆井技術(shù)，如使用空氣、氮?dú)?、泡沫、充氣鉆井液進(jìn)行欠平衡鉆井，還很少涉及到，所以需擴(kuò)大研究欠平衡鉆井技術(shù)內(nèi)容，如：進(jìn)一步研究欠平衡鉆井工藝技術(shù)、進(jìn)行欠平衡鉆井?dāng)?shù)值模擬研究、擴(kuò)大欠平衡鉆井的適用范圍、重視欠平衡鉆井技術(shù)的選擇和正確的設(shè)計(jì)、增大欠平衡鉆井井?dāng)?shù)，以提高欠平衡鉆井的規(guī)模效益等方面的研究。

2、加強(qiáng)國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井設(shè)備系列配套的研制

隨著欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了一些較先進(jìn)的欠平衡鉆井地面設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)防噴器（額定的動(dòng)密封壓力已達(dá)17.5MPa）、閉式四相分離處理系統(tǒng)等，這為安全、有效地欠平衡鉆井提供了必要條件，有些設(shè)備國(guó)內(nèi)有些油田已引進(jìn)。而國(guó)內(nèi)也早在1980年代就開(kāi)始進(jìn)行研制旋轉(zhuǎn)防噴器和鉆井液/氣體分離器，但這些設(shè)備在某些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上及技術(shù)指標(biāo)上，與國(guó)外相比，還有一些差距，因此，還需在吸收國(guó)外設(shè)備先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)的研制工作，使其系列配套，滿足欠平衡鉆井的需要。

3、進(jìn)行欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)的研究

欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，具有鉆井效率高，在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中因不連接鉆桿，可始終保持負(fù)壓條件，能有效地減少地層損害，鉆井安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，由于這些優(yōu)點(diǎn)，適合其它欠平衡鉆井方法不適合的高壓和含H2S地層的鉆井。國(guó)外已大力發(fā)展，而我們國(guó)內(nèi)還未涉及，對(duì)此，國(guó)內(nèi)應(yīng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行一些理論上的探索和研究，大力發(fā)展利用欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)進(jìn)行老井加深、老井側(cè)鉆、小井眼鉆井、淺氣層及低壓油氣藏的鉆井技術(shù)，以提高這些井的鉆井效率、降低鉆井成本、提高油氣采收率。

結(jié)語(yǔ)：雖然，國(guó)內(nèi)外對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)多，但這項(xiàng)技術(shù)還存在著不足，仍需改進(jìn)。一套成熟的適應(yīng)高壓氣井的欠平衡鉆井井控技術(shù)和設(shè)備還有待開(kāi)發(fā)。希望經(jīng)過(guò)不斷的探索，能夠讓欠平衡鉆井工藝技術(shù)在我國(guó)盡早成熟起來(lái)，和其他行業(yè)一樣，讓我國(guó)的鉆井行業(yè)也快速崛起。

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