淺論欠平衡鉆井技術

楊松

摘 要 鉆井作為油氣資源開采過程中的不可或缺環節，近年來隨著開采實踐的不斷增加，鉆井技術得到了快速的發展，空氣鉆井技術、欠平衡鉆井技術和垂直鉆井技術等一大批新興鉆井技術經過實踐檢驗，為我國油氣開采事業做出了巨大的貢獻。本文將主要介紹欠平衡鉆井技術。

關鍵詞 欠平衡鉆井實施條件 注意事項 發展趨勢

中圖分類號：TE249 文獻標識碼：A

油田開采工作是一項既繁重又復雜的大型工程項目，其包含的內容和環節較多，既包括前提的油氣資源勘探工作，又包括項目立項后的鉆井工作，以及后期的測井工作等。鉆井工作是油田開采工程的重要組成部分，其技術應用的合理與否不僅會對整個開采生產進程產生較大的影響，同時決定著一系列不良影響能否夠得到合理的控制。

1欠平衡鉆井技術簡介

欠平衡鉆井技術是上世紀90年代在國際上迅速發展起來的一項鉆井新技，自上世紀80年代以來，由于研制成旋轉防噴頭等設備，又研究出各種新式方法，使欠平衡鉆井技術達到了工業使用的程度。

欠平衡鉆井又被稱為上游石油工業新技術，已經成為鉆井技術發展熱點，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術相結合。欠平衡鉆井可以提高鉆速和減少對儲層的傷害。

優點：減少地層損害；有利于環境保護；提高鉆頭使用壽命；提高機械鉆速。

分類：（1）氣體鉆井，密度適用范圍0—0.02；（2）泡沫鉆井液鉆井，密度適用范圍0.07—0.60；（3）霧化鉆井，密度適用范圍住0.02—0.07；（4）水或鹵水鉆井液鉆井，密度適用范圍1—1.30；（5）泥漿帽鉆井，用于鉆地層較深的高壓裂縫層或高含硫化氫的氣層；（6）充氣鉆井液鉆井，有通過立管注氣和井下注氣兩種方式；（7）常規鉆井液鉆井，密度適用范圍大于0.9。

實施條件：有很多不同技術能確保達到預期的欠平衡條件，目前主要的方法是控制用于循環的鉆井液的密度，使鉆井液在井筒內形成的靜液液柱壓力低于地層孔隙壓力，而鉆井液可以是單獨的氣相或液相，也可以是氣液兩相混合。氣相和氣液兩相鉆井液可人工誘導產生欠平衡條件，而液相鉆井液可利用地層較大的壓力而自然形成欠平衡條件。

（1）氣態鉆井液。在欠平衡鉆井技術中，最簡單最早的技術是采用干燥空氣作為鉆井液。后來選用天氣然作為鉆井液。另一種選擇的氣體是用惰性氮氣代替空氣作為循環介質。氮氣可以是液氮，或在現場用中空纖維膜制氮裝備生產的氮氣。

（2）兩相鉆井液。從單一的氣相和單一的液相兩相的混合就可獲得任一所期望得到的鉆井液。氣體和液體的混合物，有時也稱為輕質鉆井液（低密度鉆井液），按氣相和液相的結構及相對體積數，輕質鉆井液又分為霧、泡沫和充氣鉆井液，在通常的壓力和溫度情況下，它們的結構及性能取決了氣相和液相的相對體積分數。不同的鉆井液具有不同的密度。

（3）液態鉆井液。當地層孔隙壓力通常超過同一深度的淡水或鹽水靜液壓力時，使用常規液鉆井液形成欠平衡條件。

2欠平衡鉆井應注意的問題

（1）井身結構。欠平衡鉆井作為一種特殊工藝，對井身結構也有一定的要求。應重點考慮的問題是井眼尺寸、套管層次。技術套管應盡量下到油層頂部。

（2）地層情況。要求地層鉆出的井眼要穩定，油氣層井段比較集中，欠平衡鉆井的裸眼段不易太長，地層壓力層系比較單一。比較合適的地層有火成巖地層、不易破碎的灰巖地層等。另外地層壓力的大小直接影響著鉆井施工方案的選取。

（3）選擇鉆井液類型。在鉆井過程中只有產生欠壓值，才能實現欠平衡鉆井。欠壓值可自然產生，也可通過人工方式來實現。選擇鉆井液的性能還要滿足攜砂、保護井眼及有利于分離油氣。一般情況下，對于地層壓力系數大于1.10的地層，采用普通類型鉆井液即可開展鉆井；對于地層壓力系數在1.00～1.10的地層，可應用充氣鉆井液；對于地層壓力系數小于1.00的地層，可采用泡沫鉆井液與充氣相結合的辦法。在鉆井中，要綜合分析合理選擇鉆井液類型。

（4）欠壓值的確定。欠壓值是保證鉆井成功的重要參數，欠壓值應從井口裝置、套管承壓能力、旋轉控制頭（又叫旋轉防噴器）的性能、井眼的穩定性、地面對產出液量分離能力等幾個方面進行綜合考慮：①最大關井套壓小于井口裝置的額定工作壓力、套管抗內壓強度的80%及地層破裂壓力三者最小者；②欠壓值小于旋轉控制頭連續工況下的承壓能力；③欠壓值小于裸眼地層強度，防止地層剪切破壞，造成井眼復雜化；④欠壓值太大，產出的油氣量就大，因此欠壓值不能使產出的油氣量超過地面設備的分離能力。

（5）井控系統。旋轉控制頭是欠平衡鉆井的核心設備，其結構及其性能必須滿足工藝要求，除旋轉控制頭外，其它井控設備也必須保證對每種工況都能做到用兩種以上的方法進行控制。

3欠平衡鉆井技術的發展趨勢

欠平衡鉆井的關鍵技術主要包括產生和保持欠平衡條件（有自然和人工誘導兩種基本方法）、井控技術、產出流體的地面處理和電磁隨鉆測量技術等。近年來，欠平衡鉆井技術的進展主要集中在井控、鉆井液、程序設計、特殊工具等方面。

欠平衡鉆井技術的發展趨勢是：

（1）隨著工具的進一步改進，全過程欠平衡鉆井技術將得到廣泛應用；

（2）井底壓力自動控制技術（控制壓力鉆井）將得到快速發展；

（3）欠平衡鉆井水力分析模型會更加完善，計算結果將更切合實際；

（4）隨鉆井底壓力、地層壓力測量技術將迅速發展；

（5）與套管鉆井相結合的欠平衡鉆井技術將日臻完善；

（6）空氣鉆井、泡沫鉆井、霧化鉆井等技術將廣泛推廣和應用。

參考文獻

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