欠平衡鉆井的應(yīng)用條件與裝備技術(shù)進(jìn)展

【摘 要】欠平衡鉆井（UBD）是伴隨著水平井、多底井而發(fā)展起來的先進(jìn)鉆井技術(shù)。采用這項(xiàng)技術(shù)，可以有效地防止鉆井過程中對產(chǎn)層的傷害，有利于保護(hù)油氣層，提高鉆速、降低成本，減少井漏及壓差卡鉆等復(fù)雜情況。本文介紹了欠平衡鉆井技術(shù)工藝原理，闡述了實(shí)施欠平衡鉆井的條件與優(yōu)點(diǎn)，以及國內(nèi)開展欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】欠平衡鉆井;工藝原理;應(yīng)用條件;技術(shù)進(jìn)展

1、欠平衡鉆井技術(shù)原理

1.1欠平衡鉆井定義

鉆進(jìn)過程中鉆井液液柱壓力低于產(chǎn)層壓力，允許產(chǎn)層流體流入井眼， 通過地面有效控制，將其循環(huán)到地面，進(jìn)行有效分離的技術(shù)叫欠平衡鉆井。

1.2常規(guī)鉆井井控與欠平衡鉆井井控不同

（1）常規(guī)鉆井井控特點(diǎn)：①保持井底壓力大于地層孔隙壓力。②為避免井涌，要保持足夠的鉆井液密度，防止地層流體進(jìn)入井筒。③地層流體進(jìn)入井筒時(shí)，停止鉆井作業(yè)。④井筒鉆井液漏失時(shí)，停止鉆井作業(yè)。⑤將油氣保留在井底，不許帶出井口。⑥井底壓力低于地層壓力時(shí)循環(huán)鉆井液，不能保持鉆井液槽液面不變。

1.3欠平衡鉆井井控特點(diǎn)

①保持井底壓力低于地層孔隙壓力。②降低鉆井液密度，使地層流體溢出。③地層流體進(jìn)入井筒時(shí)，繼續(xù)鉆進(jìn)。④井筒鉆井液有漏失時(shí)，繼續(xù)鉆進(jìn)。⑤將井內(nèi)油氣帶出井口。⑥井底壓力低于地層壓力時(shí)循環(huán)鉆井液，保持鉆井液槽液面不變。

1.4欠平衡鉆井工藝流程

欠平衡鉆井就是在常規(guī)閘板、環(huán)形防噴器的上部安裝一套防噴器（ 旋轉(zhuǎn)控制頭），鉆進(jìn)時(shí)采用低密度常規(guī)鉆井液或在鉆井液中充入氮?dú)饣蛱烊粴猓虿捎酶蓺?、泡沫鉆井液等，使環(huán)空液柱壓力低于地層壓力。在無油氣顯示時(shí)，鉆井液通過旋轉(zhuǎn)防噴器旁側(cè)法蘭出口管線至振動篩正常循環(huán); 當(dāng)正常循環(huán)不能實(shí)施時(shí)，關(guān)閉旋轉(zhuǎn)防噴器旁通法蘭連接的液動閥，改由體外循環(huán)。利用旋轉(zhuǎn)防噴器和節(jié)流管匯，控制井口一定壓力和井底負(fù)壓，使井內(nèi)油氣有控制地進(jìn)入井眼，經(jīng)體外循環(huán)系統(tǒng)有效分離后，保持入口鉆井液一定的密度，重新泵入井內(nèi)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)鉆進(jìn)。

2、實(shí)施欠平衡鉆井的條件與優(yōu)點(diǎn)

2.1應(yīng)用條件

有很多不同技術(shù)能確保達(dá)到預(yù)期的欠平衡條件，目前，主要的方法是控制用于循環(huán)的鉆井液的密度，使鉆井液在井筒內(nèi)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(dú)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(dǎo)產(chǎn)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。鉆井，石油，裝備，機(jī)械，設(shè)備，鉆井機(jī)，海洋鉆井，鉆井液，完井，固井氣態(tài)鉆井液，在欠平衡鉆井技術(shù)中，最簡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蛟诂F(xiàn)場用中空纖維膜制氮裝備生產(chǎn)的氮?dú)?/p>

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^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。

2.2欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

欠平衡鉆井技術(shù)已經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，但人們對欠平衡鉆井的優(yōu)點(diǎn)是逐漸認(rèn)識的，早期，人們只認(rèn)識到欠平衡鉆井能提高硬地層的機(jī)械鉆速，減少井漏及壓差卡鉆，而現(xiàn)在已進(jìn)一步認(rèn)識到，欠平衡鉆井還能減少地層損害，提高產(chǎn)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣井地層等眾多優(yōu)點(diǎn)，這些均到現(xiàn)場證實(shí)。

（1）欠平衡鉆井能提高鉆井的機(jī)械鉆速;（2）欠平衡鉆井能提高鉆頭使用壽命;（3）欠平衡鉆井可防止壓差卡鉆和減少井眼循環(huán)漏失（4）欠平衡鉆井能減少地層損害。

3、國內(nèi)開展欠平衡鉆井裝備與技術(shù)進(jìn)展

3.1國內(nèi)開展欠平衡鉆井情況

中國欠平衡鉆井技術(shù)自進(jìn)入21世紀(jì)以來發(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。新疆、中原、大港、勝利等油田引進(jìn)了一批設(shè)備，鉆成了一批欠平衡井，具有了一定的經(jīng)驗(yàn)?！熬盼濉逼陂g大港油田針對前第三系深層勘探進(jìn)行了欠平衡鉆井完井技術(shù)綜合研究，在千米橋潛山和烏馬營潛山采用低密度無固相鉆井液體系實(shí)施了欠平衡鉆井工藝技術(shù)，完井采用射孔完成，成功的發(fā)現(xiàn)了千米橋潛山億噸級的凝析油氣田，揭示了烏馬營潛山儲油氣藏特征。截止到2006年，大港油田已經(jīng)先后引進(jìn)了三套主要欠平衡裝置，成立了專業(yè)化技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍，從設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)上都具有了很好的基礎(chǔ)。在以液體為介質(zhì)進(jìn)行欠平衡鉆井施工上，從設(shè)計(jì)及施工人員的水平、欠平衡裝備、現(xiàn)場施工中井口回壓控制等技術(shù)上都取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，在中國國內(nèi)產(chǎn)生了良好的影響。

隨著中國欠平衡技術(shù)認(rèn)識的不斷加深，該技術(shù)開始逐漸被應(yīng)用于老油田的開發(fā)，今后欠平衡技術(shù)在中國的應(yīng)用范圍將逐漸擴(kuò)大，設(shè)備配套國產(chǎn)化的進(jìn)程將逐漸加快，實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡將成為今后中國各油田發(fā)展的目標(biāo)。

3.2欠平衡鉆井的主要裝備

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)和自動燃燒氣體系統(tǒng)，以下是國外目前比較先進(jìn)的專用裝備。

（1）高壓旋轉(zhuǎn)分流器-防噴器系統(tǒng)（2）液流導(dǎo)向系統(tǒng)③地面分離系統(tǒng)（3）隔水管帽（Riser Cap）旋轉(zhuǎn)防噴器系統(tǒng)（4）實(shí)用隔水管（Virtual Riser）裝置（5）地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

欠平衡鉆井時(shí)，要測量并記錄壓力、速度、氣含量、液含量和溫度，并實(shí)時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)過平衡和井噴現(xiàn)象。該系統(tǒng)可在鉆井作業(yè)時(shí)，通過與現(xiàn)有鉆井控制與監(jiān)測系統(tǒng)接口，提供實(shí)時(shí)信息，還可與動態(tài)多相流量模型接口，允許將實(shí)際參數(shù)與計(jì)算參數(shù)加以比較。

4、結(jié)語

欠平衡鉆井是很早就有的技術(shù)，由于人們認(rèn)識能力和技術(shù)水平的限制，這項(xiàng)技術(shù)的使用長期以來被限制在非常狹窄的范圍甚至被束之高閣。即便使用，也僅僅是作為常規(guī)鉆井的一種補(bǔ)充。近年來，隨著井控等一系列支撐技術(shù)的成熟，欠平衡鉆井的能力越來越多地被發(fā)掘出來，一些以前認(rèn)為不能打欠平衡井的地層也能夠打了、不適合采用的工藝也能夠采用了。在一些地方，欠平衡鉆井甚至還獲得了眾多意外發(fā)現(xiàn)，顯示該技術(shù)越來越多地發(fā)展成為了一種增產(chǎn)技術(shù)，一種提高采收率的重要手段。從發(fā)展趨勢看，隨著與之相關(guān)的認(rèn)識不斷深化、技術(shù)不斷成熟，欠平衡鉆井的應(yīng)用范圍將會越來越大。

欠平衡鉆井技術(shù)在國內(nèi)迅速發(fā)展，并已取得顯著成效。盡管如此，與國外相比，國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)在規(guī)模及裝備方面尚存在較大差距。隨著國內(nèi)欠平衡技術(shù)認(rèn)識的不斷加深，該技術(shù)開始逐漸被應(yīng)用于老油田的開發(fā)，今后欠平衡技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用范圍將逐漸擴(kuò)大，設(shè)備配套國產(chǎn)化的進(jìn)程將逐漸加快，實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡將成為今后國內(nèi)各油田發(fā)展的目標(biāo)。

未來欠平衡鉆井技術(shù)將進(jìn)一步朝安全、簡便和適用的方向發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)對于保護(hù)油層和提高鉆井速度具有重要意義，將廣泛用于低壓低滲油田和老油田。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅平亞，孟英峰.低壓欠平衡鉆井 南充： 西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，19 98，2 0（2）

作者簡介：吳海強(qiáng)（1974—），男，助理工程師，從事油田鉆井工作。