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1、欠平衡钻井技术发展现状及前景展望摘 要欠平衡钻井是国际上90年代初再次兴起的提高勘探开发效益的钻井新技术。本文首先介绍了欠平衡钻井的基本概念、优点及其应用条件；然后又介绍了实现欠平衡钻井的主要方法及关键技术；又介绍了国内外欠平衡钻井的发展历程及现状和技术水平；最后针对欠平衡钻井技术的应用条件，例举了国内外成功使用欠平衡钻井的应用实例，同时也提出了我国欠平衡钻井技术的前景和面临的技术挑战。关键词：欠平衡钻井技术；关键技术；钻井液；压力系数；勘探开发目 录摘 要I目 录II第1章 概述11.1 欠平衡钻井技术的含义11.2 欠平衡钻井技术的优势11.3 欠平衡钻井技术的分类21.4 欠平衡钻井技术
2、的优点：21.5 适合采用欠平衡钻井的地层31.6 欠平衡钻井的条件41.6.1 井眼条件41.6.2 地面装备条件4第2章 欠平衡钻井技术的发展历程及研究现状52.1 欠平衡钻井技术的发展历程52.2 国外欠平衡钻井技术发展现状52.3 国内欠平衡钻井技术的现状7第3章 欠平衡钻井技术应用实例93.1 平衡钻井技术在国外的应用实例93.2 欠平衡钻井技术在国内的应用实例103.2.1 新疆油田113.2.2 四川油田11第4章 欠平衡钻井技术的发展前景展望124.1 对欠平衡钻井技术的需求124.2 欠平衡钻井技术的优势124.2.1 减少对油气层的伤害，有效保护油气层，提高油气井的产量13
3、4.2.2 实时发现地质异常情况，及时评价低压低渗油气层134.2.3 有效控制漏失，减少和避免压差卡钻等井下复杂情况的发生，减少作业和相关的费用134.2.5 可以在钻井过程中生产油气144.3 应用欠平衡钻井技术应注意的问题144.3.1 地层是否适用欠平衡钻井144.3.2 选择合理的钻井液144.3.3 安全问题16第5章 结论与建议175.1 结论175.2 建议17参考文献19致 谢20V第1章 概述1.1 欠平衡钻井技术的含义在钻井过程中，利用自然条件或采取人工方法，在可以控制的条件下，使井筒内钻井液液柱压力低于所钻地层的压力，从而在井筒内形成负压，这一钻井过程叫欠平衡钻井。利用
4、自然条件，是指地层压力较高，采用常规钻井液就能够在井筒内形成负压。采用这种方式进行欠平衡钻井，不需要向钻井液中加入使密度降低的外加剂，也不需要向钻井液中充入外加剂的辅助设备及其它外围辅助设备，因而钻井成本也较低。国内大多数油田都有利用自然条件进行欠平衡钻井的区块。采用人工方法在井筒内形成负压，主要是因为地层压力较低，采用常规钻井液无法形成负压，需要向钻井液中充入使钻井液密度减低的外加剂。造成地层低压的原因，或者是地层原始压力本身就比较低，或者是老开发区内长期开采使储层压力大幅度降低。采用人工方式进行欠平衡钻井，需要在钻井液中加入减轻剂和使用减轻剂制备与充入设备包括井筒内工具，以及对返出钻井液进
5、行处理的外围设备，因而钻井成本较高。常用的钻井液减轻剂包括氮气、天然气、二氧化碳、空气、泡沫、柴油等。采用柴油做钻井液减轻剂需要的辅助设备较为简单，其它减轻剂则需要较复杂的外围辅助设备，因而钻井成本相对比较高。1.2 欠平衡钻井技术的优势应用欠平衡钻井技术可避免钻井液侵入储层，有效解决储层污染问题，大大提高产层的初期产量，延长储层的开采期；同时，有利于提高机械钻速，减少和避免井漏和压差卡钻事故的发生，提高钻井效率。此外，可对产层进行随钻测试，了解储层真实的产能，缩短勘探开发周期，提高勘探效率。1.3 欠平衡钻井技术的分类常规的钻井属于过平衡钻井，钻井液压力大于地层流体压力，小于地层破裂压力。这
6、样做主要是防止井喷。欠平衡钻井时，钻井液压力略小于底层流体压力，仍大于地层破裂压力。这样能及早发现油气藏。欠平衡钻井系列分为：1气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围00.02克/立方厘米；2雾化钻井，密度适用范围0.020.07克/立方厘米；3泡沫钻井液钻井，包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围0.070.60克/立方厘米；4充气钻井液钻井，包括通过立管注气和井下注气两种方式。井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。其密度适用范围为0.70.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；5水或卤水钻井液钻井，密度适用
7、范围11.30克/立方厘米；6油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.81.02克/立方厘米；7常规钻井液钻井（采用密度减轻剂），密度适用范围大于0.9克/立方厘米；8泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种：流钻是指使用普通钻井液的欠平衡钻井；人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。1.4 欠平衡钻井技术的优点：欠平衡钻井技术主要有以下几个优点：1有效的保护油气层采用欠平衡钻井，能做到钻井液液柱压力小于地层压力，钻井液对油气层基本不会污染，从而有利于发现和保护油气层，提高
8、油气井的产能。2有效的克服井漏及钻井事故对低压、裂缝及溶洞发育地层，采用欠平衡钻井，可防止井漏，尤其是能有效的使用充气钻井液及泡沫钻井液来减少钻井液液柱压力，减少井漏及粘卡等事故。3减少水敏性泥页岩的水化采用欠平衡钻井，能极大的减少钻井液特别是钻井液滤液进入地层，有效的控制泥页岩的水化膨胀及坍塌，使井眼比较稳定。4提高钻井速度采用欠平衡钻井，由于钻井液液柱压力小于井底地层压力，有利于钻头破岩，提高机械钻速1。1.5 适合采用欠平衡钻井的地层正确采用欠平衡钻井技术，可以取得巨大的技术和经济效益，反之则可能造成一系列负面效应。选择适合欠平衡钻井技术的地层是实施欠平衡钻井的关键因素。所以在进行欠平衡
9、钻井设计之前，要认真进行调查研究，选准地层。根据欠平衡钻井技术的特点和实施欠平衡钻井的经验，适合采用欠平衡钻井的地层有：1高渗并胶结良好的结晶砂岩地层和碳酸岩地层2高渗、胶结较差的砂岩地层3微裂缝地层4枯竭油气层5对水基钻井液敏感成分含量过高的地层6与钻井液滤液严重不相容的地层7低束缚水或低含油饱和度的脱水地层1.6 欠平衡钻井的条件1.6.1 井眼条件欠平衡钻井井段应该是在地层压力清楚、压力系数单一、不会坍塌的稳定的地层中进行，其套管应该下在这一井段的顶部。以下情况不能进行欠平衡钻井作业：1探井（野猫子井）；2井壁不稳定；3地层孔隙压力不清；4流体中含H2S；5地层压力高、裂缝性、产量大、风
10、险大的井；6同一裸眼压力系数差别太大的井。1.6.2 地面装备条件除具有常规钻井井口井控装置和节流管汇外，井口还应增加一个相应尺寸的单闸板防喷器和旋转控制头（旋转防喷器）、液动闸阀及四相分离器、真空除气器，放喷火炬管及火炬、安全可靠的点火系统，防回火装置、循环系统的各种电器防爆装置、流量计、六方（三方）钻杆和18斜坡钻杆。当地层压力系数小于1.10时，要实现欠平衡钻井还应另配充气（或雾化、泡沫、氮气）装置1。第2章 欠平衡钻井技术的发展历程及研究现状2.1 欠平衡钻井技术的发展历程欠平衡钻井技术开始于20世纪50年代，美国在1953年使用空气作为循环介质成功地完成了一口钻井，而后很长一段时间内
11、由于设备和技术的限制因素欠平衡钻井技术并没有得到很好的发展。进入20世纪80年代，欠平衡钻井技术迅速发展，尤其是近十年来，欠平衡钻井技术在北美地区（如美国、加拿大、墨西哥湾）得到了较为广泛的应用。据1997年资料统计，美国1997年采用欠平衡钻井技术完成4000余口井。预计到2000年将达到6500口，2005年将达12000口。加拿大1997年采用欠平衡钻井技术钻1500口。在美国，欠平衡钻井技术被称为上游石油工业新技术，已经成为继水平井技术之后的第二个钻井技术发展热点。另外在墨西哥湾、加拿大北部油田、北海油田、伊朗、也门、俄罗斯及印度尼西亚、澳大利亚和欧洲等地区欠平衡钻井已经成为一种降低开
12、发成本、保护油气层必不可少的技术了。近几年，我国部分油田从国外引进欠平衡钻井设备，开始了欠平衡钻井的实验，1999年大港油田应用欠平衡钻井技术发现了千米桥亿吨级油气田，从此在全国各油田掀起了研究和应用欠平衡钻井技术的高潮。各油田相继引进了美国先进的欠平衡钻井设备，截止目前为止，我国购买了各种欠平衡设备25套。采用该项技术完成60余口井。其中大港油田应用效果最好。2.2 国外欠平衡钻井技术发展现状欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。
13、1高压旋转分流器-防喷器系统高压旋转分流器-防喷器系统又称旋转防喷器（BOP）。国外有好几个厂家都有专利产品，其中美国Williums工具公司生产的旋转防喷头使用最多，压力级别最为齐全。该公司供应的高压系统有7000型和7100型两种：7000型的静试验压力为21MPa，工作压力为10.5MPa；7100型包括旋转控制头总成、热传递-润滑装置、遥控监控台和遥控防爆电源设备。旋转控制头总成壳体试验动压力可达70MPa，静压力为35MPa，工作压力为17.5MPa。2液流导向系统国外研制了一种电磁阀导向系统，可增加钻深。马达被设计成一种金属对金属的叶片，采用非弹性体制成的正容积马达，不会由于失速而
14、使转速过快。3地面分离系统2006年前后，国外加强了地面分离系统研制，包括压力额定值为35MPa的地面分离装置、自动节流系统及各种分离器，这些设备可处理大量液体、岩屑和钻井液。此外，有一种密封循环分离器，每天可处理566336立方米容量的液流；还有一种高效小型分离器，适用于近海地区。委内瑞拉Mamdbo湖有一口近岸井，为了降低化学剂成本，首次使用密封循环地面分离系统，还使用配有全套连续油管的驳船和2000bbl（原油标准桶）容量的泡沫装置。泡沫循环液密度降低到179.74359.4千克/立方米，在分离后，泡沫可再循环使用，以降低配制化学剂和水的成本。4隔水管帽旋转防喷器系统一种回流装置，所用主
15、要设备是旋转控制头，装在水上隔水管顶部，可代替隔水管系统的滑动接头、球形接头和分流器。将高压软管接到旋转控制头双流管出口端，可提高井控能力，防止钻井液流失。高压机械密封装置置于钻台下面的钻杆与隔水管之间，钻井液通过软管回流井下。5实用隔水管装置该装置包括旋转控制头、封隔器锁定总成和环形压力控制排放系统三大部件，其中封隔器锁定总成是一个经改进的直径508mm可膨胀套管封隔器，起到控制头及井口下面套管间的压力密封作用。其元件是一个3m长的密封，置于660.40914.40mm套管里面，用遥控船可遥控该封隔器。6地面数据采集系统欠平衡钻井时，要测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度，并实时显示这
16、些数据，避免出现过平衡和井喷现象。该系统可在钻井作业时，通过与现有钻井控制与监测系统接口，提供实时信息，还可与动态多相流量模型接口，允许将实际参数与计算参数加以比较。欠平衡钻井技术是继水平井技术之后在各国钻井工程技术界广为宣传和推广的技术，但将一些零星的资料加以认真分析就可发现，这项技术发展最快，较为成熟。效益最好的只有美国和加拿大，其它地区和国家所进行的欠平衡钻井作业也基本是美、加两国的专业技术服务公司。为什么这项技术能在美国和加拿大迅速发展，主要原因是这两个国家的部分油气田有的是地层压力已经衰竭，有的是本身地层压力就很低。因此，不采用欠平衡钻井技术一些油气田就根本无法开采；所以，针对这些油
17、气田开采，又迅速发展了雾化钻井、泡沫钻井、空气、天然气钻井和氮气钻井。由于现场使用的轻便制氮设备已投入工业生产，因此又大量采用氮气钻井。连续油管和顶驱在水平井钻进中也广泛采用欠平衡钻井技术。因此，欠平衡钻井技术无论到国外培训，还是请美、加专家来讲课都主要介绍上述装备和工艺技术。我们所参观的Nothland公司近年来就进行了2200多口井的欠平衡钻井作业，无论油公司还是服务公司都获得了巨大的经济效益。2.3 国内欠平衡钻井技术的现状随着从国外现代欠平衡钻井技术的引进，我国较大的油气田都先后或正在进行欠平衡钻井试验，根据1999年全国昆明井控会上的介绍，我国所引进的主要是旋转控制头，也有旋转防喷器
18、，其中1715MPa旋转控制头已达16台。新疆局还引进了1套雾化钻井装置。实现欠平衡方法基本上都是采用自然法。效益最好的是大港油田，在千米桥古潜山所开展的欠平衡钻井，发现了一个1亿吨级的油田，因此大港油田花3000万元引进3套装置。到目前为止，国产旋转控制头（旋转防喷器）比较成熟的产品，仅有四川石油管理局钻采工艺技术研究院（以下简称“钻采院”）一家已形成系列配套装备及技术。目前，已有315MPa、5MPa、7MPa产品在现场使用。分别在川西南矿区24口井、四川自贡盐业钻井大队罗145井、川中矿区美国安然公司反承包井角59E井和金106井、川西北矿区白浅29井以及川东钻探公司渡5井等应用，199
19、9年中原油田购买了一套四川石油局钻采院研制的动密封压力为7MPa的旋转防喷器应用于该油田。国内欠平衡钻井技术近年来发展较快。国内采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。新疆、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。“九五”期间大港油田针对前三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液体系实施了欠平衡钻井工艺技术，完井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。截止到目前，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有
20、了很好的基础。在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在国内产生了良好的影响。随着国内欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在国内的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后国内各油田发展的目标2。第3章 欠平衡钻井技术应用实例3.1 平衡钻井技术在国外的应用实例不是所有的储层都适合欠平衡钻井，经验表明，只有为适合的地区精心制定欠平衡钻井计划，才能获得显著的技术经济效益，与设计合理的常规过平衡钻井相比，设计与施工不当的欠平衡钻井往往反而
21、增加作业费用，加重地层伤害，降低油井产量。要想获得最佳效果，在设计欠平衡钻井之前，必须首先了解储层一些相关特性参数，如地层的压力、渗透率、孔隙度以及孔喉分布尺寸、地层流体物性等参数，然后在室内引进欠平衡钻井评价实验，分析欠平衡钻井可能造成的伤害种类及程度，并以此作为筛选欠平衡钻井是否合理的重要依据。下面列举了欠平衡钻井技术在国外成功应用的实例：1982年美国埃克森公司在德克萨斯州威尔逊县，玛萨里纳瑞克油田钻了24口井。该油田为裂缝性油藏，油层孔隙度为4%9%，渗透率为0.0110-30.2510-3m2，井深约2500m左右。24口井中，采用两种循环体系钻进，即常规钻井液钻井和低压钻井。其中2
22、1口采用常规钻井液钻井（19口井为普通钻井液，2口为加重盐水钻井液），3口采用低压钻井（2口是雾化，1口是轻质盐水）。据奥斯汀白垩系地层完井的10口井统计，其中用普通钻井液完井6口，开采24个月，占总开采量的18%，平均每井每月占总开采量的0.1%；而用雾化钻井2口，开采23个月，占总开采量的69%，平均每井每月占总开采量的1.5%，比前者增加15倍。在德克萨斯州西南有个开采20年的老气田，储层压力降到11.6MPa，井深4267m，压力系数为0.272。这样低的压力，用常规钻井方式（普通钻井液钻井）和修井技术实际上是不可行的。因为水和钻井液会伤害和淹没气井。所以，在原来油井附近又钻了一口补充
23、井，用稳定泡沫钻生产层，泡沫流体防止了明显的地层伤害。在裸眼完井后还未进行酸化压裂，这口井的产气量就达70800m3/d。另外，欠平衡钻井还在美国贝克油田，科罗拉多州的石灰岩和白云岩储层以及加利福利亚州的裂缝性黑碳页岩储层等获得了成功的应用3。3.2 欠平衡钻井技术在国内的应用实例我国的欠平衡钻井技术主要应用于：1油/气层，预防置换性漏失伤害储层一些油田的碳酸盐岩、火成岩储层，由于构造作用和后期成岩作用，缝洞特别发育，钻井过程中时常会出现置换性漏失，多数时候表现为只进不出，有的则是泵入钻井液，甚至是稠化水都会发生大规模漏失，但停泵后时常因油气密度较钻井液或盐水小而将缝洞中的油或气置换出来，即表
24、现为先前漏失了大量的钻井液或盐水，而后井口又返出大量油/气。现场一般有效措施，以避免因这种置换性漏失对储层所造成的伤害。2低渗储层，提高单井产量吐哈油田三塘湖地区石炭系火山岩裂缝性储层属“三低”储层，在常规钻井条件下易于发生恶性漏失。以前钻井近200口，虽然采取了酸化、压裂等储层改造措施，但单井原油产量一直不够高，开发效果较差。2007年推广应用氮气欠平衡钻井后，有效避免了漏失，保护了储层，牛东8-12井等15口井的单井产量显著提高，其中有几口井突破了日产百吨的大关。3漏失性地层（非目的层），减少井下复杂事故钻井过程中，时常碰到漏失频繁、漏失量极大的井区和层段。有的井在同一井段漏失量可达100
25、0m3以上，有的井则连续漏失，表现为一打开新层段又继续漏失，一口井专门堵漏可达10多次。漏失易引发其他井下复杂事故，是导致钻井周期长、成本高的主要因素。4可钻性差的地层，有效提高机械钻速准噶尔盆地陆东地区石炭系火成岩地层，岩性变化大，可钻性差，由于裂缝发育还时常发生漏失。为了提高该区石炭系硬地层的钻井速度，根据地质条件，在优选钻头的同时，选择部分压力系数偏低、靠近断层的井进行欠平衡钻井，不仅有效地避免了漏失，减少了井下复杂情况，控制了事故，还大幅度提高了机械钻速。根据不同的地理条件，欠平衡钻井技术在新疆油田和四川油田得到了应用，并取得了很好的效果。3.2.1 新疆油田准噶尔盆地陆东滴西地区，上
26、部地层内部断层、裂隙发育，石炭系地层基底断裂发育，南北两侧的主断层从石炭系断至白垩系，受断层的影响较重，加上地层压力系数多小于1，表现为靠近断层的井更加易于发生漏失。上钻初期，邻近的井有的漏失严重，而有的基本不漏，给现场人员造成漏失层段无规律可循的错觉，但从该地区的分层构造图及过井地震剖面上可以清楚地发现，上部地层的漏失除地层压力系数低之外，还受内部小断层和区域大断裂的共同控制。从第2轮井开始，根据断层发育和分布规律，针对靠近断层的井选择泡沫欠平衡和液相欠平衡钻井技术，并在上部非目的层段配套采取随钻防漏和堵漏措施，有效降低了该区钻井复杂时率和事故时率，大大提高了钻井速度4。3.2.2 四川油田
27、该地区的特点是：（1）纵向上，油/气层多，压力系数差异大。上部地层易垮塌；须家河地层研磨性强，钻速低；雷口坡和嘉陵江地层有多段较厚的石膏，缩径卡钻事故时有发生；嘉二地层超高压。（2）横向上，受缝洞发育和分布严重不均的影响，在钻井过程中，同样按设计密度钻进，有的井漏失严重，而有的井却溢流、井喷，致使井下钻井复杂事故有发生，钻井液密度因受地层缝洞发育不均的影响而难以确定。针对纵向和横向的地层地质特点，在采用欠平衡钻井技术的同时，加大无固相或低固相钻井液的使用井段，从而有效地降低钻井复杂时率和事故时率，提高钻井速度。并在油/气层段实现了带压欠平衡的边钻边点火钻井作业，有效解放和保护了油/气层，提高了
28、综合经济效益4。第4章 欠平衡钻井技术的发展前景展望4.1 对欠平衡钻井技术的需求目前世界各国对石油需求越来越多，可动用石油储量越来越少，新探明油气储量增加缓慢，勘探开发难度日益增大。从世界范围的勘探形式来看，陆地和近海发现巨型、大型油气田的可能性越来越小，而现有的技术水平和综合经济评价又不能进行深海油气资源的勘探和开发。为了满足世界各国对石油的需求，目前石油勘探开发的重点已转移到中、小型油田、复杂地质地表条件下的油田、非常规油气资源以及中、后期油田的改造、挖潜上来。这种形式导致勘探开发的难度日益增大，投入成本日益增高，迫切需要油气勘探开发新技术。另外国际油价的持续走高，对世界经济造成了很大的
29、影响。高油价促使世界各国进一步增强了对石油资源重要性的认识，加强了对自己国内石油资源的勘探开发和利用，增加国内石油供应，减少对国际石油的依赖程度。其关键因素就是石油的勘探开发成本。因而降低石油的勘探开发成本则是目前石油工业上游领域的重要任务之一。就我国来说，特殊油气资源分布于全国各大油田，其储量占总探明储量的三分之一以上。同时，还有相当一部分开发中、后期油田由于压力递减而进入低压油田范畴。欠平衡钻井的主要技术特点很适合开发这类油田。因此，欠平衡钻井自身具有的技术优势与世界石油工业勘探开发形式的需求决定了欠平衡钻井技术必定具有广阔的应用前景。4.2 欠平衡钻井技术的优势欠平衡钻井技术能够迅速发展
30、是因为它能很好的克服钻井作业过程中的难题并避免一些复杂情况的发生，能有效地降低油气田的勘探开发成本。从目前国内外研究及应用情况来看，其具有以下几方面的优点：4.2.1 减少对油气层的伤害，有效保护油气层，提高油气井的产量常规钻井一般都是过平衡钻井，由于钻井液液柱压力高于地层压力，不可避免地会造成钻井液滤液和有害固相进入产层，从而造成对产层的伤害。尤其在钻水平井时，伤害更大。在某些情况下这种伤害将永久地降低油井的产量，而使用欠平衡钻井技术钻井，由于井筒内钻井液液柱压力低于地层压力，钻井液滤液和有害固相的侵入就会减轻或消除，从而有效地保护油气层，减少或免去油气层改造等作业措施及昂贵的费用5。4.2
31、.2 实时发现地质异常情况，及时评价低压低渗油气层过平衡钻井对产层造成的伤害很可能使预期出现的油气显示不能出现，从而影响油气的勘探开发。在进行欠平衡钻井过程中，实时采集和分析数据有助于工程和地质人员及时发现地质异常情况，避免复杂情况的发生；同时根据在井口监测返出流体提供的产层信息，实时评价油藏，从而为勘探开发整体方案设计提供较为准确的依据。4.2.3 有效控制漏失，减少和避免压差卡钻等井下复杂情况的发生，减少作业和相关的费用在常规过平衡钻井时，井漏问题会经常发生，尤其在易漏层段更为严重。井漏的发生将大大增加钻井成本、完井周期和劳动强度；同时还可能因为井漏而造成井眼垮塌卡钻等一系列井下复杂事故，
32、增加相关的费用。而欠平衡钻井由于井筒内钻井液液柱压力小于地层孔隙压力，从而大大降低井漏发生的几率，防止钻井过程中的井漏问题发生6。4.2.4 提高机械钻速，延长钻头使用寿命，缩短钻井周期，降低钻井成本平衡钻井过程中由于钻头端面上液柱压力减小，正在被钻的岩石更易破碎；另外，低密度的循环液体有助于减少“压持效应”，使钻头继续切削新的岩石而不是重复碾压已破碎的岩石，减少了岩屑的重复破碎现象，能够有效的提高机械钻速，延长钻头的使用寿命，从而提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本。欠平衡钻井的这一技术优势在钻水平井和大尺寸、长井段井眼时表现得尤为突出。在水平井钻井时，随着水平井段长度的增加，钻具和井眼
33、之间的摩阻也相应地增加，作用于钻头上的有效钻压就会相应地减少，机械钻速将会明显下降，而欠平衡钻井仅需要较低的钻压就能维持较高的钻速；另外，在大尺寸、长井段井眼钻井时，现有的泥浆注入设备所提供的泥浆在井眼环空中的返速很难满足携砂能力的要求，如果用气基流体钻井，这一问题就会迎刃而解7 。4.2.5 可以在钻井过程中生产油气由于欠平衡钻井时有控制的制造溢流，钻井过程中油气可以有控制的从井内返出到地面，经分离处理后，可以作为钻井过程中的副产品加以利用或出售，从而补偿欠平衡钻井作业的辅助费用。美国德克萨斯州的一些井采用欠平衡钻井，在钻井过程中生产的油气几乎可以把全部钻井成本收回，而加拿大政府为了鼓励油公
34、司实施欠平衡钻井达到保护油气层的目的，规定在钻井过程生产的油气免交资源税。4.3 应用欠平衡钻井技术应注意的问题4.3.1 地层是否适用欠平衡钻井不是所有的储层都适合欠平衡钻井，经验表明，只有为适合的地区精心制定欠平衡钻井计划，才能获得显著的技术经济效益，与设计合理的常规过平衡钻井相比，设计与施工不当的欠平衡钻井往往反而增加作业费用，加重地层伤害，降低油井产量。要想获得最佳效果，在设计欠平衡钻井之前，必须首先了解储层一些相关特性参数，如地层的压力、渗透率、孔隙度以及孔喉分布尺寸、地层流体物性等参数，然后在室内引进欠平衡钻井评价实验，分析欠平衡钻井可能造成的伤害种类及程度，并以此作为筛选欠平衡钻
35、井是否合理的重要依据。4.3.2 选择合理的钻井液在欠平衡钻井作业中，要始终维持欠平衡压力状态是很困难的，有时甚至是不可能的。因为有许多因素可能导致欠平衡状态的丧失。而在欠平衡钻井中，又没有滤饼充当防止伤害性流体和固相颗粒侵入地层的屏障。因此，如果欠平衡状态时不时地遭到破坏，即使是短时间遭到破坏，伤害性流体及其中的固相颗粒也会非常迅速地侵入地层，由此可能造成严重的地层伤害。所以，我们一方面要尽可能维持欠平衡状态，另一方面，钻井液的选择对欠平衡钻井的成败也很重要。设计欠平衡钻井液时所考虑的因素之一就是同地层流体的相容性。欠平衡钻井中存在的潜在问题包括产出水或循环水同产出油或循环油发生紊流混合，形
36、成极稠的稳定乳状液。这种高粘乳状液将增加泵送钻井液的泵压，使欠平衡状态难以维持，并使气体难以在地面分离，使固控问题变得更加复杂。另一问题是不相容的产出地层水和水基钻井液滤液混合，生成结垢或沉淀物；或者产出油与油基钻井液混合，形成沥青沉积物，还有就是形成气油乳状液或泡沫。设计欠平衡钻井的基液时所要考虑的第二个因素是产出地层水引起的稀释问题。在任何欠平衡钻井作业中，循环流体可能被地层产出的流体迅速稀释。如有地层水产出，水基钻井液体系也可能受到污染。许多泡沫基体系对油和地层盐水的接触及稀释有不良反应。腐蚀是需要考虑的第三个因素。如果用空气或氮气来建立欠平衡压力状态，那么盐水（产自地层或用作循环流体）
37、与循环系统中的微量氧接触时，就具有极强的腐蚀性。如果地层产出气中含有H2S，这一腐蚀问题就会变得更加严重。需要使用腐蚀抑制剂来防止钻柱、连续软管和井下装置过早失效，应详细分析游离气、溶解气以及地层中可能产出的地层气，以评价它们的可燃性和腐蚀性。粘度是需要考虑的第四个因素。如果欠平衡状态丧失，基液的固有粘度会明显减缓它向地层的侵入。自发的逆流吸入是需要考虑的第五个因素。在欠平衡压力状态下钻低渗、亲水、地下残余水饱和度可能异常低的气藏时，即使存在连续的欠平衡压力梯度，毛细管压力效应也会导致水基钻井液滤液逆流吸入近井地带，而且这种逆流吸入具有潜在的伤害性。只有在钻井过程中完全杜绝液体介质（直接用气体
38、钻井），或者在欠平衡钻井作业中选择非润湿性流体作为基液，一般才能避免这一问题的发生。总之，在选择基液时，应综合考虑储层、流体、作业和经济因素。4.3.3 安全问题欠平衡钻井不同于常规钻井，主要就在于在钻进过程中，地层流体，甚至有害气体，如H2S 等进入井筒，可能造成井下着火爆炸或在地面引起事故，造成生命财产伤害。欠平衡钻井对井控也提出了特殊的要求，因此，人们总是担心钻井的安全性问题。要防止欠平衡钻井意外事故的发生，首先对地层要有较为完善而准确的了解，精心进行欠平衡钻井的优化设计，钻前进行欠平衡钻井数值模拟或仿真，可以及时发现问题或隐患。这一点对欠平衡钻井尤为重要。第二，强化施工组织管理，精心安
39、排，定岗定责；其次注意欠平衡钻井过程的监测与预报工作，尤其地层压力的预测，因为地层压力是决定是否欠平衡，欠多少的最重要因素之一，因此，随钻地层压力预测是十分必要的。另外，做好可能发生事故的防范措施。按这样进行欠平衡钻井，安全应该具有保障。第5章 结论与建议5.1 结论通过查文献和资料，我对欠平衡钻井技术有了更深刻的认识和了解。欠平衡钻井技术以其独特的优势在特殊的油藏开发过程中解决了很多的实际问题。分析对比国内外欠平衡钻井技术的现状，我国的欠平衡钻井技术还有很长的路要走。1钻井以其特有的技术优势，展示了良好的应用前景。从国内外的应用情况来看，在特殊油气藏开发过程中，欠平衡钻井比常规钻井具有更显著
40、的技术优势。2衡钻井在特殊油气藏的开发过程中能减少对油气层的伤害、有效保护油气层、提高油气井的产量、实时发现地质异常情况、及时评价低压低油气层，有效控制漏失、减少和避免压差卡钻等井下复杂情况的发生、提高机械钻速、延长钻头使用寿命、缩短钻井周期、降低钻井成本等优点。3衡钻井技术在国外已经很成熟，各大石油公司已作为一种常规钻井技术来开发一些衰竭、低渗、易漏油藏，而且国外欠平衡钻井的数量在逐年增加。4虽已进行了一批欠平衡钻井攻关试验，取得了一定的成绩，但其关键技术及主要设备均是从国外引进的，庞大的资金投入增加了钻井成本，也是制约我国欠平衡钻井技术进一步拓展其应用空间的一大障碍。另外石油公司对欠平衡钻
41、井的优势认识不够、有些应用具有一定的盲目性；没有建立一支长期稳定的欠平衡钻井综合技术基础理论研究队伍和一套完善的欠平衡钻井作业标准及相应的管理规章制度等等。5.2 建议通过对国内外欠平衡钻井技术的现状和技术水平以及存在的差距，对我国的欠平衡钻井技术提出以下几点建议：1欠平衡钻井设备、钻井液及相应软件方向的技术研究，加强国内外生产厂家的横向合作，提高自己的科研、生产和配套能力，使其达到国产化，全面提高欠平衡钻井技术水平，拓宽其应用范围，加快其推广力度。2一套完善的欠平衡钻井作业标准和管理规章制度，并对欠平衡钻井作业人员进行技术培训、提高专业人员的技术素质8。3及科研院所和现场施工单位密切配合，形
42、成一支长期稳定的欠平衡钻井综合技术基础理论研究队伍、加强欠平衡钻井的基础理论研究、提高欠平衡钻井应用的成功率。4和开发与欠平衡钻井技术相配套的完井与测井技术。目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改
43、进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备。参考文献1 陈会年，张国龙国内外欠平衡钻井工艺技术现状.西部探矿工程2000（2）：727312 罗世应欠平衡钻井的应用前景.天然气工业1999；19（4）：55583 侯绪田，莫跃龙塔河油田深井碳酸盐岩储层欠平衡钻井技术难点与对策石油钻探技术2005，33（5）：77794 周英操，翟洪军欠平衡钻井技术与应用.石油工业出版社2003：1-3，91015 李静，赵小祥欠平衡钻井技术及其应用与发展.石油钻探技术2002，30（6）：242516 周英操，高德利欠平衡
44、钻井技术在大庆油田探井中的应用石油钻采工艺2004，26（4）：1-317 程晓年欠平衡钻井工艺技术的研究及应用成果CN PC探井工程技术座谈会1997致 谢时光冉冉，3年的大学生活即将结束，美好的回忆与求学的艰辛将永远铭刻在我的心灵深处。从论文的开题报告到最终完成历经了一个多月，期间一直得到了我的老师于彦龙的细心指导和耐心的教诲。多次探讨和研究论文的构思和结构依然历历在目，数次提出重大修改意见后的殷切勉励还言犹在耳。于彦龙老师严谨的治学风范、对知识孜孜以求的为学态度、及对学生的关怀胸襟，是我几年学习中获得的一本永远难忘的无字之书。师恩浩荡，无以言表，唯有永铭于心，并寄望在以后的学习和工作中不懈努力以取得更大的进步，以报师恩。我最真心感谢大庆石油学院应用技术学院的诸位师长的启迪和厚爱，是你们拓宽了我的知识领域，为论文的顺利完成和今后的工作奠定了基础。要感谢朝夕相处的同学，是他们在我失意时不断的、无私的给予安慰和劝导。感谢论文主要参考文献的各位作者，对他们成果的借鉴是本文产生的重要基础。最后感谢我的父母，没有他们的理解和默默的支持，我不可能顺利完成学业。再次感谢恩师！23