欠平衡鉆井技術1

1、,欠平衡鉆井技術,,,目 錄,,一、欠平衡鉆井技術分類二、適合欠平衡鉆井的地層三、欠平衡鉆井裝備四、技術可行性五、欠平衡鉆井流體六、欠平衡鉆井設計七、壓力控制八、欠平衡作業(yè),,一、欠平衡鉆井技術分類,,1、定義欠平衡鉆井API定義：鉆井過程中允許產層流體流入井眼，并可將其循環(huán)到地面，地面可有效控制。這一技術稱欠平衡鉆井。低壓鉆井（Low Head Drilling),,一、欠平衡鉆井技術分類,,2、分類人工誘導（

2、Artificially Induced)與溢流鉆井(Flowdrilling) 按鉆井流體類型劃分：氣體鉆井流體氣液兩相鉆井流體液體鉆井流體,,一、欠平衡鉆井技術分類,,氣體鉆井流體干空氣鉆井天然氣鉆井 氮氣鉆井尾氣鉆井,,一、欠平衡鉆井技術分類,,氣液兩相鉆井流體霧化鉆井泡沫鉆井（穩(wěn)定泡沫、硬膠泡沫） 充氣鉆井液鉆井，有四種注氣方式（鉆桿注氣、寄生管注氣、同心管注氣和連續(xù)油管注氣） 低密度鉆井流體(ligh

3、tened drilling fluid) 可壓縮性流體（Compressible Fluids）,,一、欠平衡鉆井技術分類,,氣體,霧,泡沫,充氣流體,,一、欠平衡鉆井技術分類,,液體鉆井流體低密度液體(柴油、原油、油基泥漿、水包油）溢流鉆井（Flow Drilling ）,,一、欠平衡鉆井技術分類,,其它欠平衡鉆井：泥漿帽鉆井 不壓井起下鉆鉆井Production Drilling ：美國能源部宣稱的未來十年的關鍵技術

4、海洋欠平衡鉆井,,一、欠平衡鉆井技術分類,,,一、欠平衡鉆井技術分類,,IADC風險分級：0 地層不含碳氫化合物1 井不能自動溢流到地面，從井控上看風險是低的2 井能自動溢流到地面，但能使用常規(guī)井控方法，萬一災難性的設備毀壞，后果有限3 地熱或不產碳氫化合物，最高關井壓力低于欠平衡設備工作壓力等級，災難性的設備毀壞有直接的嚴重后果4 產碳氫化合物，最高關井壓力低于欠平衡設備工作壓力等級，災難性的設備毀壞有直接的嚴重后

5、果5 計劃的最高地面壓力大于欠平衡鉆井設備的壓力等級，但低于防噴器組合的壓力等級，災難性的設備毀壞有直接的嚴重后果,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,1、欠平衡鉆井優(yōu)點（鉆井） 提高機械鉆速 增加鉆頭壽命 減少鉆機作業(yè)時間 解決井眼問題井漏壓差卡鉆敏感性頁巖,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,2、欠平衡鉆井優(yōu)點（油藏） 減少或消除表皮損害提高生產指數 提高產量 更早生產 提高最終采收率 連續(xù)和實時地

6、層評價,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,3、欠平衡鉆井的局限和困難 不十分了解儲層和地質情況 井壁不穩(wěn)定 合理的設計和作業(yè) MWD和導向鉆具的限制 著火和腐蝕,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,4、適合欠平衡鉆井地層好的選擇： 壓力衰竭儲層 低機械鉆速的硬地層 井漏地層 老井重入和修井 敏感性損害地層 高滲高孔地層 裂縫和溶洞,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,差的選擇： 高滲高壓 未知儲層

7、或地層 高產 疏松地層 薄弱塑性地層，鹽，膨脹頁巖 有硫化氫 壓力不同的多套儲層,,三、欠平衡鉆井裝備,,1、井口控制設備 旋轉控制頭、旋轉防噴器,,三、欠平衡鉆井裝備,,2、地面處理設備,開式：液氣分離器、撇油罐和自動點火裝置,液氣分離器,,,三、欠平衡鉆井裝備,,閉式：四相分離器,,,三、欠平衡鉆井裝備,,自動點火裝置套,,三、欠平衡鉆井裝備,,防回火裝置,,三、欠平衡鉆井裝備,,火炬 及排氣管線,,三、欠

8、平衡鉆井裝備,,3、不壓井起下鉆裝置,,三、欠平衡鉆井裝備,,4、充氮設備,膜氮：壓縮機、膜纖維、增壓機,,三、欠平衡鉆井裝備,,液氮：液氮儲備罐液氮泵汽化器運輸液氮車輛,,三、欠平衡鉆井裝備,,5、其它設備、工具 常規(guī)防噴器組合六棱方鉆桿斜臺肩鉆桿內防噴工具重泥漿儲備罐消防安全器材節(jié)流管匯至少要配置一個液動節(jié)流閥鉆機底座要有足夠高度,,四、技術可行性,,地層坍塌壓力：進行井壁穩(wěn)定性評估。地面設備分離能力：了解

9、儲層流體種類、產量、是否有酸性氣體 。旋轉控制頭的額定動壓：套壓的大小與地層壓力、地層流體類型、產量、氣體的滑脫速度、工況及欠平衡鉆井方式有關。,,五、欠平衡鉆井流體,,氣（空氣、天然氣、氮氣）霧泡沫充氣鉆井液（水、油、泥漿）油水泥漿,,五、欠平衡鉆井流體,,對液相鉆井液要求：使用與儲層巖石、流體配伍的鉆井液防止各種敏感性損害以及潤濕反轉、沉淀、結垢、乳化、水鎖等損害考慮鉆井液與產出的儲層流體相容性問題，主要是防止

10、水-油、氣-油乳狀物的形成，以利于地面油氣分離,,五、欠平衡鉆井流體,,液相鉆井液類型：水鹽水水基泥漿油油基泥漿,,五、欠平衡鉆井流體,,推薦：采用無固相清潔流體當比重小于1.2時考慮用清水或鹽水當地層產油時考慮用清水或鹽水當地層產氣時，比重大于1.2時考慮泥漿,,六、欠平衡鉆井設計,,1、欠平衡鉆井取得成功的關鍵,完全搞清楚油藏和地質情況選擇合適的欠平衡鉆井技術合理的設計與多相流計算機模擬制定應急計劃,,六、欠

11、平衡鉆井設計,,2、欠平衡鉆井方式選擇,,六、欠平衡鉆井設計,,欠平衡鉆井方式選擇所考慮因素：所解決的問題或應用對象設備和技術能力地層產出流體的處理,,六、欠平衡鉆井設計,,3、欠平衡壓差設計,欠平衡壓差設計的主要影響因素：地層坍塌壓力地面設備分離能力旋轉控制頭的額定動壓,,六、欠平衡鉆井設計,,氣體、霧化鉆井，不作特別設計溢流鉆井0.7～1.4MPa 充氣鉆井1.70～3.5MPa,,六、欠平衡鉆井設計,,4、井身結構

12、,技術套管要下到油頂附近（用于提高產量）充氣鉆井可能要選擇井眼尺寸,,六、欠平衡鉆井設計,,5、欠平衡鉆井設備,注入系統氣體注入系統、液體注入泵和化學試劑注入系統回流系統主要包括分流器（旋轉控制頭或旋轉防噴器）、節(jié)流管匯、分離系統和點火裝置等設備。欠平衡鉆井設備的配置與欠平衡鉆井方式和地層流體類型、產量有關。,,六、欠平衡鉆井設計,,6、鉆具結構,六方鉆桿、上下旋塞1-2止回閥或浮閥（ 23/8、 31/2″ 、5″）投入

13、式防通閥斜臺肩鉆桿,,六、欠平衡鉆井設計,,根據最高地層孔隙壓力、地層流體類型和產量選擇井控裝置的壓力等級和組合形式井口裝置應按行業(yè)標準SY/T6426—1999（鉆井井控技術規(guī)程）設計 典型的井口裝置組合,7、井口,,六、欠平衡鉆井設計,,轉控制頭環(huán)形防噴器雙閘板四通單閘板套管四通套管頭,,六、欠平衡鉆井設計,,8、循環(huán)流程及地面布置,循環(huán)流程與欠平衡鉆井方式有關,溢流鉆井地面布置圖,充氣鉆井地面布置圖,,六、欠平衡

14、鉆井設計,,9、欠平衡鉆井參數設計,氣體鉆井主要是設計攜帶巖屑所需要的最小氣體流量 霧化鉆井主要是設計攜帶巖屑和液體所需要的氣體流量 泡沫、充氣鉆井設計氣體流量和液體流量溢流鉆井主要是設計鉆井液密度 氣體、霧化、泡沫和充氣要用多相流軟件設計,,六、欠平衡鉆井設計,,多相流流動模型,常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流動模型等 氣體、霧化、泡沫鉆井采用均相流模型，即氣、液兩相的運行速度相同而充氣、溢流鉆井采用漂移模型，漂

15、移模型考慮了各相之間的相互作用和相對運動，即氣相滑脫速度和油相的漂移速度。,,六、欠平衡鉆井設計,,多相流 流型,,六、欠平衡鉆井設計,,美國莫爾工程公司Mudlite軟件設計,,六、欠平衡鉆井設計,,10、完井設計,原則：欠平衡鉆井的目的為了解決鉆井問題（提高機械鉆速、減少井漏和壓差卡鉆）或地質評價采用常規(guī)完井降低儲層損害，欠平衡完井,,六、欠平衡鉆井設計,,完井方式：裸眼、篩管、尾管完井管柱低密度固井：泡沫、空心玻璃微珠

16、管外分隔器,,七、壓力控制,,1、鉆桿法低節(jié)流壓力法恒液面法適用于溢流鉆井,,七、壓力控制,,2、環(huán)空法隨鉆壓力監(jiān)測多相流動態(tài)數值模擬適用于氣液兩相欠平衡鉆井,,八、欠平衡作業(yè),,1、欠平衡作業(yè)前要考慮的問題：每一層的地層壓力地層產出的流體類型、產量以及是否有酸性氣體防噴器是否進行了試壓旋轉控制頭能處理多大壓力地面處理系統的能力井隊人員是否進行了培訓,,八、欠平衡作業(yè),,2、接單根是否關閉環(huán)空卸扣前釋放鉆桿內

17、圈閉壓力,,八、欠平衡作業(yè),,3、起下鉆,一般原則：井眼不能對鉆臺敞開需要精確的井口裝置圖計算上頂力，確定是否要用不壓井起下鉆裝置不規(guī)則的底部鉆具組合必須分步起出起出鉆具浮閥時，必須檢查圈閉壓力,,八、欠平衡作業(yè),,起下鉆方法壓井打重塞子在井底平衡地層壓力在環(huán)空用泥漿帽將地 層流體擠回地層用井下壓力閥將地層壓力隔離不壓井起下鉆起鉆時允許井溢流,,八、欠平衡作業(yè),,井下安全閥Downhole Deployment V

18、alve,,八、欠平衡作業(yè),,,八、欠平衡作業(yè),,推薦使用部分壓井（浮動泥漿柱）方法洗井將清潔或與地層配伍的保護液注入到油層部位用旋轉控制頭將鉆具起至技套用重泥漿平衡地層壓力正常起下鉆,,八、欠平衡作業(yè),,起下鉆時遇到的問題旋轉控制頭壓力太高起出鉆頭時伴隨氣體涌出溢流量高套壓隨時間增加井眼卸載井眼穩(wěn)定,,八、欠平衡作業(yè),,4、完井作業(yè)平衡塞和泥漿帽井下壓力閥井下防噴管不壓井起下部分壓井,,八、欠平衡作業(yè),