欠平衡钻井技术的含义

  欠平衡钻井指的是井筒液柱压力低于所钻储层的孔隙压力，使地层中的流体有控制的流入井筒的钻井。欠平衡钻井并不是适用于所有的地层，它对地层有以下几点要求：

 

  （1）储层岩石强度高，井壁稳定；

 

  （2）地层孔隙压力清楚；

 

  （3）所钻储层中不能含有H2S等有毒气体；

 

  （4）地层压力低，裂缝少，产量不是很高的井；

 

  （5）裸眼压力系数相差不大的井。  由于欠平衡钻井中井筒液柱压力始终小于储层孔隙压力，所以可以提高机械钻速，延长钻头的寿命，减少或消除漏失和压差卡钻；由于是地层流体流入井筒而不是钻井液流入地层，能减轻或消除钻井液直接对地层的侵入伤害，可大大提高产层的初期产量。

 

  然而欠平衡钻井过程(尤其当设计和执行不合理时)也存在潜在的不利因素。这些因素包括:

 

  1）井眼稳定性和牢固性问题；

 

  （2） 在高压或酸性环境下的安全和井控问题；

 

  （3）增加钻井成本；

 

  （4）不能将常规的MWD 技术用于钻杆注气技术

 

  （5）对流自吸效应

 

  （6）高渗透率地层的重力驱油效应，即使在不变的欠平衡流动条件下；

 

  （7）冷凝脱落或气体释放效应；

 

  （8）近井眼的机械损害， 如磨光或压碎；

 

  （9）如果用空气或含有氧气的气体来产生欠平衡条件， 则会产生腐蚀问题增大的趋势；

 

  （10）欠平衡条件的不连续性。

 

  欠平衡钻井的技术关键有：

 

  1.搞好欠平衡钻井设计。根据地层压力来确定欠平衡的产生是自然法还是人工诱导法。如果是自然法，钻井液密度应该是图1中的曲线中的密度范围。如果是人工诱导法，应该选择不凝固、无毒、安全、经济的气体，主要选择有空气、液氮、现场制氮、净化废气和甲烷等。

 

  2.尽可能保持欠平衡条件，否则会对地层造成更严重的伤害。。当地层压力小于旋转控制头的工作压力时，可以不用压井工作；也可以采用连续油管工作；欠平衡钻井段应该是油层的主产区，应该是短、平、快作业，争取一只钻头钻完产层；最好采用先期裸眼完井的方式。  3.欠平衡钻井作业的控制技术。欠平衡钻井作业中，井口压力控制是欠平衡钻井作业的关键技术之一；而压力控制的关键是欠压值?P的确定。井控技术是保证近平衡钻井作业安全的基础技术，其核心是尽早发现溢流，并迅速排除溢流； 而欠平衡钻井作业是在井口施加一定回压， 并且有控制地使地层流体连续循环到地面。根据回流到地面上的流体量和实时监测的钻井数据，以及立管和套管压力与实际井底压力之间的关系来确定钻井液的密度和井口回压的大小，从而来控制井底的负压。  井口回压的计算方法主要有以下两种：一种是利用利用立管压力控制井底负压差的计算方法，一种是利用井口回压控制井底负压差的计算方法。  第一种方法是根据钻井液流体总流的伯努利能量方程，可以得出立压与井底

 

  压力之间的关系式:

 

  Pb=Ps+ρmgH?Pj?Pd

 

  式中：Ps为立管压力，kPa；

 

  Pb为井底压力，kPa；

 

  Pj为钻头压降，kPa；

 

  Pd为钻柱内循环压耗，kPa；

 

  由于当井内气体从储层中流出时，导致泥浆的密度减少。随着气体量的增多，计算的井底压力逐渐下降，在立管上的压力值也会表现如此。  第二种方法是利用环空气液两相流数学模型推导出井口回压的计算公式为负压差控制，关系式如下:  Pa=2.30QgoPoZoToQmoTrZ

 

  rlgPo+ρmogH P

 

  o   式中：Zr为气体平均偏差因数；

 

  Zo为气体地面偏差因数；

 

  Tr为井筒平均温度，K；

 

  To为地面温度，K；

 

  Qm为地面脱气后钻井液返出流量，l/s； Po为环空地面压力，kPa； 但是在现场操作时，不可能保证立压值保持不变，同时，地层产出的油气也不是一个稳定量，因此井口回压应该根据立管压力随时调整如果井口回压上升到接近旋转控制头的工作压力时，应停止钻进，迅速关闭环形或闸板防喷器，待排除井口附近高压油气，使井口压力正常后，再恢复欠平衡钻井作业。因此，要求现场操作人员必须熟练地掌握常规井控技术。