地熱鉆井

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)。