欠平衡鉆井井控特征分析與對(duì)策

公慧

摘要：欠平衡鉆井又叫負(fù)壓鉆井，是指在鉆井時(shí)井底壓力小于地層壓力，地底的流體有控制地進(jìn)入井筒并且循環(huán)到地面上的鉆井技術(shù)。本文主要是從欠平衡鉆井的概念和優(yōu)缺點(diǎn)出發(fā)，探討相關(guān)井控特征。

關(guān)鍵詞：欠平衡鉆井施工；氣體鉆井；霧化鉆井；泡沫鉆井液鉆井；井控特征

欠平衡鉆井也稱負(fù)壓鉆井，在鉆進(jìn)過程中，地層孔隙壓力超過液柱壓力，有效控制地層流體進(jìn)入到井眼、井筒并循環(huán)到地面。該鉆井方式中包括井口回壓、循環(huán)壓降、鉆井液柱靜液壓力在內(nèi)的井底壓力小于底層孔隙壓力。欠平衡鉆井技術(shù)在國(guó)內(nèi)有著越來越多的應(yīng)用，技術(shù)也不斷深化，從未來油田的開發(fā)趨勢(shì)來看，全過程欠平衡鉆井將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。欠平衡鉆井可根據(jù)使用介質(zhì)不同分為氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井液鉆井、充氣鉆井液鉆井、水或鹵水鉆井液鉆井、油包水或水包油鉆井液鉆井、常規(guī)鉆井液鉆井以及泥漿帽鉆井。

1欠平衡鉆井的優(yōu)缺點(diǎn)

欠平衡鉆井的常規(guī)的鉆井屬于過平衡鉆井，鉆井液壓力大于地層流體壓力，小于地層破裂壓力。這樣做主要是防止井噴。欠平衡鉆井時(shí)，鉆井液壓力略小于底層流體壓力，仍小于地層破裂壓力。這樣能及早發(fā)現(xiàn)油氣藏。欠平衡鉆井系列分為：①氣體鉆井，包括空氣、天然氣和氮?dú)忏@井，密度適用范圍0～0.02克/立方厘米；②霧化鉆井，密度適用范圍0.02～0.07克/立方厘米；③泡沫鉆井液鉆井，包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定泡沫鉆井，密度適用范圍0.07～0.60克/立方厘米；④充氣鉆井液鉆井，包括通過立管注氣和井下注氣兩種方式。井下注氣技術(shù)是通過寄生管、同心管、鉆柱和連續(xù)油管等在鉆進(jìn)的同時(shí)往井下的鉆井液中注空氣、天然氣、氮?dú)?。其密度適用范圍為0.7～0.9克/立方厘米，是應(yīng)用廣泛的一種欠平衡鉆井方法；⑤水或鹵水鉆井液鉆井，密度適用范圍1～1.30克/立方厘米；⑥油包水或水包油鉆井液鉆井，密度適用范圍為0.8～1.02克/立方厘米；⑦常規(guī)鉆井液鉆井（采用密度減輕劑），密度適用范圍大于0.9克/立方厘米；⑧泥漿帽鉆井，國(guó)外稱之為浮動(dòng)泥漿鉆井，用于鉆地層較深的高壓裂縫層或高含硫化氫的氣層。欠平衡鉆井技術(shù)按工藝分類可分為兩種：流鉆（flow drilling）是指使用普通鉆井液的欠平衡鉆井；人工誘導(dǎo)欠平衡鉆井是指由于地層壓力太低，必須采用特殊的鉆井液和工藝才能建立欠平衡。

1.1 欠平衡鉆井優(yōu)點(diǎn)

欠平衡鉆井的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在有利于油氣藏的發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)和識(shí)別；有利于油氣井產(chǎn)能提升，減少地層傷害而有效保護(hù)油氣層；有利于提升機(jī)械轉(zhuǎn)速。在過平衡鉆井施工過程中，可能會(huì)傷害到產(chǎn)層，可導(dǎo)致本應(yīng)出現(xiàn)的預(yù)期油氣顯示不出現(xiàn)，對(duì)油氣勘探開發(fā)工作帶來影響。在次平衡鉆井施工中，地層空隙壓力超過了井內(nèi)鉆井液柱壓力，地層流體可達(dá)到井內(nèi)，這對(duì)油氣藏的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和識(shí)別有良好的促進(jìn)。能有效評(píng)價(jià)和發(fā)現(xiàn)低壓低滲油氣層，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來促進(jìn)勘探開發(fā)整體設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

欠平衡鉆井施工能有效避免油氣層受到傷害，保護(hù)油氣層，提升油氣井產(chǎn)量，而這一優(yōu)勢(shì)在壓力衰竭或低滲透油氣藏中表現(xiàn)得更為明顯。常規(guī)的鉆井方法為過平衡鉆井，地層壓力低于鉆井液柱壓力，有害固體會(huì)在壓力作用下而進(jìn)人到產(chǎn)層鉆井液濾液或產(chǎn)層，傷害產(chǎn)層。

相對(duì)于過平衡鉆井，平衡壓力鉆井能更加徹底地破碎井底巖石，更有助于其脫離井坑而進(jìn)入到環(huán)空，不再受壓持效應(yīng)影響，能獲得清潔的井底，以此來大幅提升機(jī)械轉(zhuǎn)速。鉆頭在鉆進(jìn)過程中的磨損大大降低，以此來延長(zhǎng)使用壽命。隨著鉆頭使用壽命和機(jī)械轉(zhuǎn)速的提升，能大幅縮減鉆井周期，降低施工作業(yè)費(fèi)用。負(fù)壓鉆井改變了井底巖石三相應(yīng)力狀態(tài)，緩解了壓持效應(yīng)，能促進(jìn)鉆頭對(duì)巖石的破碎作用，以此來提升機(jī)械轉(zhuǎn)速，降低鉆井整體施工成本。

1.2 欠平衡鉆井缺點(diǎn)

欠平衡鉆井的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在需要較大的井場(chǎng)面積，較多的鉆井設(shè)備，較高的占地費(fèi)用和鉆井成本。在后期的完井施工中，如果采取強(qiáng)行起下鉆設(shè)備來進(jìn)行鉆柱的起下，會(huì)極大提升鉆井成本。高額的欠平衡鉆井鉆機(jī)導(dǎo)致較高的日租金，控流鉆井-一般采用成本較高的含油鉆井液，欠平衡鉆井施工中通常會(huì)通過注人氮?dú)鈦韺?shí)現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)，在邊遠(yuǎn)地區(qū)需要現(xiàn)場(chǎng)制，而較高的設(shè)備租金又提升了鉆井施工成本。

欠平衡鉆井施工會(huì)損害地層，在鉆進(jìn)過程中，循環(huán)鉆井液井底壓力低于地層壓力，不利于巖石表面下泥餅的形成，如果在完井和鉆井施工過程中無法保證連續(xù)的欠平衡狀態(tài)，井壁無泥餅，地層就會(huì)受到固相和液相的侵人，極可能造成更嚴(yán)重的污染。此外，欠平衡鉆井過程中還存在較多的安全隱患，如可能出現(xiàn)的并塌和井噴，在注入氣為空氣的情況下，可能腐蝕鉆具，更嚴(yán)重的情況下甚至?xí)l(fā)生爆炸。

2 欠平衡鉆井井控技術(shù)特點(diǎn)

欠平衡鉆井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)包括產(chǎn)生和保持欠平衡條件（有自然和人工誘導(dǎo)兩種基本方法）、井控技術(shù)、產(chǎn)出流體的地面處理和電磁隨鉆測(cè)量技術(shù)等。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)，以下是國(guó)外目前比較先進(jìn)的專用裝備。常規(guī)鉆井保持穩(wěn)定的井底壓力，且高于地層空隙壓力。通過高密度鉆井液的使用來避免井簡(jiǎn)內(nèi)流人地層液體，防止井噴事故。欠壓循環(huán)不能保持恒定的鉆井液池液面。在井眼溢流的情況下，不能將鉆具脫離井底。鉆井液漏失地層的情況下應(yīng)馬上停鉆。在井控中流人地層流體的情況下應(yīng)馬上停鉆。

在欠平衡鉆井施工過程中，這些規(guī)則發(fā)生了變化： 在井眼內(nèi)流人地層液體的情況下需繼續(xù)鉆進(jìn)，可通過相關(guān)措施來誘導(dǎo)流體輸出而降低鉆井液密度。在出現(xiàn)泄漏的情況下應(yīng)維持鉆進(jìn)，地層空隙壓力高于井內(nèi)壓力。井眼溢流情況下，可從底部分離鉆頭，可維持恒定的鉆井液罐液面。欠平衡鉆井技術(shù)的不斷優(yōu)化、完善，要對(duì)應(yīng)用井眼條件、井控規(guī)則進(jìn)行深人的理解和探索，尋找內(nèi)在因素。

在軟平衡鉆井中，其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是優(yōu)質(zhì)的鉆井液體系，通過精心的施工組織來保證鉆井效果。油氣藏的及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)能有效提升機(jī)械轉(zhuǎn)速。欠平衡鉆井的安全基礎(chǔ)是認(rèn)真對(duì)配套井口設(shè)備和裝置進(jìn)行試壓，設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)。合理的井口壓力控制和科學(xué)的完井方法才能保證欠平衡鉆井的順利、高效實(shí)施，也是成功的關(guān)鍵。井筒內(nèi)的各種壓力決定了井控技術(shù)，完整的井筒壓力數(shù)據(jù)是良好井控的基礎(chǔ)。

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