欠平衡鉆井技術(shù)的含義

  欠平衡鉆井指的是井筒液柱壓力低于所鉆儲層的孔隙壓力，使地層中的流體有控制的流入井筒的鉆井。欠平衡鉆井并不是適用于所有的地層，它對地層有以下幾點(diǎn)要求：

 

  （1）儲層巖石強度高，井壁穩定；

 

  （2）地層孔隙壓力清楚；

 

  （3）所鉆儲層中不能含有H2S等有毒氣體；

 

  （4）地層壓力低，裂縫少，產(chǎn)量不是很高的井；

 

  （5）裸眼壓力系數相差不大的井。  由于欠平衡鉆井中井筒液柱壓力始終小于儲層孔隙壓力，所以可以提高機械鉆速，延長(cháng)鉆頭的壽命，減少或消除漏失和壓差卡鉆；由于是地層流體流入井筒而不是鉆井液流入地層，能減輕或消除鉆井液直接對地層的侵入傷害，可大大提高產(chǎn)層的初期產(chǎn)量。

 

  然而欠平衡鉆井過(guò)程(尤其當設計和執行不合理時(shí))也存在潛在的不利因素。這些因素包括:

 

  1）井眼穩定性和牢固性問(wèn)題；

 

  （2） 在高壓或酸性環(huán)境下的安全和井控問(wèn)題；

 

  （3）增加鉆井成本；

 

  （4）不能將常規的MWD 技術(shù)用于鉆桿注氣技術(shù)

 

  （5）對流自吸效應

 

  （6）高滲透率地層的重力驅油效應，即使在不變的欠平衡流動(dòng)條件下；

 

  （7）冷凝脫落或氣體釋放效應；

 

  （8）近井眼的機械損害， 如磨光或壓碎；

 

  （9）如果用空氣或含有氧氣的氣體來(lái)產(chǎn)生欠平衡條件， 則會(huì )產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題增大的趨勢；

 

  （10）欠平衡條件的不連續性。

 

  欠平衡鉆井的技術(shù)關(guān)鍵有：

 

  1.搞好欠平衡鉆井設計。根據地層壓力來(lái)確定欠平衡的產(chǎn)生是自然法還是人工誘導法。如果是自然法，鉆井液密度應該是圖1中的曲線(xiàn)中的密度范圍。如果是人工誘導法，應該選擇不凝固、無(wú)毒、安全、經(jīng)濟的氣體，主要選擇有空氣、液氮、現場(chǎng)制氮、凈化廢氣和甲烷等。

 

  2.盡可能保持欠平衡條件，否則會(huì )對地層造成更嚴重的傷害。。當地層壓力小于旋轉控制頭的工作壓力時(shí)，可以不用壓井工作；也可以采用連續油管工作；欠平衡鉆井段應該是油層的主產(chǎn)區，應該是短、平、快作業(yè)，爭取一只鉆頭鉆完產(chǎn)層；最好采用先期裸眼完井的方式。  3.欠平衡鉆井作業(yè)的控制技術(shù)。欠平衡鉆井作業(yè)中，井口壓力控制是欠平衡鉆井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一；而壓力控制的關(guān)鍵是欠壓值?P的確定。井控技術(shù)是保證近平衡鉆井作業(yè)安全的基礎技術(shù)，其核心是盡早發(fā)現溢流，并迅速排除溢流； 而欠平衡鉆井作業(yè)是在井口施加一定回壓， 并且有控制地使地層流體連續循環(huán)到地面。根據回流到地面上的流體量和實(shí)時(shí)監測的鉆井數據，以及立管和套管壓力與實(shí)際井底壓力之間的關(guān)系來(lái)確定鉆井液的密度和井口回壓的大小，從而來(lái)控制井底的負壓。  井口回壓的計算方法主要有以下兩種：一種是利用利用立管壓力控制井底負壓差的計算方法，一種是利用井口回壓控制井底負壓差的計算方法。  第一種方法是根據鉆井液流體總流的伯努利能量方程，可以得出立壓與井底

 

  壓力之間的關(guān)系式:

 

  Pb=Ps+ρmgH?Pj?Pd

 

  式中：Ps為立管壓力，kPa；

 

  Pb為井底壓力，kPa；

 

  Pj為鉆頭壓降，kPa；

 

  Pd為鉆柱內循環(huán)壓耗，kPa；

 

  由于當井內氣體從儲層中流出時(shí)，導致泥漿的密度減少。隨著(zhù)氣體量的增多，計算的井底壓力逐漸下降，在立管上的壓力值也會(huì )表現如此。  第二種方法是利用環(huán)空氣液兩相流數學(xué)模型推導出井口回壓的計算公式為負壓差控制，關(guān)系式如下:  Pa=2.30QgoPoZoToQmoTrZ

 

  rlgPo+ρmogH P

 

  o   式中：Zr為氣體平均偏差因數；

 

  Zo為氣體地面偏差因數；

 

  Tr為井筒平均溫度，K；

 

  To為地面溫度，K；

 

  Qm為地面脫氣后鉆井液返出流量，l/s； Po為環(huán)空地面壓力，kPa； 但是在現場(chǎng)操作時(shí)，不可能保證立壓值保持不變，同時(shí)，地層產(chǎn)出的油氣也不是一個(gè)穩定量，因此井口回壓應該根據立管壓力隨時(shí)調整如果井口回壓上升到接近旋轉控制頭的工作壓力時(shí)，應停止鉆進(jìn)，迅速關(guān)閉環(huán)形或閘板防噴器，待排除井口附近高壓油氣，使井口壓力正常后，再恢復欠平衡鉆井作業(yè)。因此，要求現場(chǎng)操作人員必須熟練地掌握常規井控技術(shù)。