【正文】 欠平衡鉆井配套技術(shù) 及技術(shù)規(guī)范 集團(tuán)公司技術(shù)培訓(xùn)課件 西部鉆探克拉瑪依鉆井院 宋朝暉 伊明 主要內(nèi)容 第一部分 欠平衡鉆井技術(shù)簡介 第二部分 全過程欠平衡鉆井技術(shù) 第三部分 井下套管閥技術(shù) 第四部分 欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范 第五部分 總結(jié) 第一部分 欠平衡鉆井技術(shù)簡介 欠平衡鉆井定義及特點(diǎn) 欠平衡鉆井技術(shù)分類及特點(diǎn) 欠平衡鉆井配套技術(shù)裝備 欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢 欠平衡鉆井定義 使鉆井流體施加在井底的壓力小于地層孔隙壓力，有效控制地層流體流入井筒，并對其進(jìn)行處理的鉆井方式。 欠平衡鉆井定義及特點(diǎn) 欠平衡鉆井發(fā)展歷程 ? 1284 在中國第一次頓鉆鉆井 ? 1880s 第一次用空壓機(jī)鉆礦井 ? 1895 用水進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆井 ? 1920s 第一次用空壓機(jī)鉆油氣井 ? 1920 第一次用泥漿鉆井 ? 1928 第一次使用防噴器 ? 1932 第一次應(yīng)用充氣泥漿鉆井 ? 1955 空氣鉆井開始被廣泛應(yīng)用 ? 1960s 四川油田、新疆油田嘗試了欠平衡鉆井技術(shù) ? 1970s 第一次應(yīng)用穩(wěn)定泡沫鉆井 ? 1988 第一次應(yīng)用欠平衡技術(shù)在 Austin Chalk鉆高壓氣井 ? 1993 第一次應(yīng)用連續(xù)管鉆欠平衡井 , 1995年開始用于欠平衡水平井 ? 1997 第一次在海上應(yīng)用欠平衡鉆井 ? 1980s 中石油欠平衡鉆井技術(shù)開始深入研究與試驗(yàn) ? 1990s 中石油欠平衡鉆井技術(shù)迅速發(fā)展 欠平衡鉆井在美國的應(yīng)用 ? 美國專家調(diào)查預(yù)測，未來幾年欠平衡鉆井仍然有較高的潛力。陸上使用欠平衡鉆井的比例將達(dá)到 37%，海上將達(dá)到 12%。 33%20%24%56%36%25%0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%其它麥克巴/ S m i t h斯侖貝謝哈里伯頓/ B a r o i d貝克休斯/ I n t e q威得福/ W i l l i a m s( 紅字為2 0 0 3 年的結(jié)果)（11%）（19%）（31%）（32%）（36%）（52%）2022年世界欠平衡鉆井領(lǐng)域排行榜 ? 欠平衡和氣體鉆井技術(shù)是九十年代在國際上被廣泛應(yīng)用起來的一項(xiàng)鉆井新技術(shù)，在北美地區(qū)尤為突出。欠平衡及氣體鉆井技術(shù)已成為繼水平井技術(shù)之后的第二個(gè)鉆井技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)。 不同巖石類型中進(jìn)行的欠平衡鉆井產(chǎn)量增加的幅度 BP公司 21世紀(jì)里程碑石油技術(shù) ? 上世紀(jì)九十年代最受歡迎的鉆井技術(shù) ? 在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用增長迅速 ? 已成為開發(fā)一些壓力衰竭油氣藏的重要或唯一手段 欠平衡鉆井的主要應(yīng)用目的 %%%%%%%%%%%1 2 3 4減小油層損害 避免地層漏失 提高機(jī)械鉆速 防止壓差卡鉆欠平衡鉆井在勘探開發(fā)中的作用主要體現(xiàn)在 ? 勘探上： 提高低壓、復(fù)雜巖性、水敏性、裂縫性等類儲層油氣的發(fā)現(xiàn)和保護(hù) ? 開發(fā)上： 通過有效地保護(hù)儲層，提高單井產(chǎn)量，降低開發(fā)綜合成本 ? 鉆井工程上： 提高了鉆速，減少了井漏 用 UBD 要有針對性 UBD推薦的地層及油藏 ? 堅(jiān)硬低鉆速地層 ? 低壓易漏地層 ? 污染敏感性地層 ? 水敏及易 濕相乳化的 地層 ? 裂縫及溶洞性灰?guī)r地層 ? 滲透率小于 1mD 的致密性油藏 ? 壓力衰竭的油藏 ? 滲透率大于 1000mD 的高滲油藏 ? 容易濕相乳化的油藏 ? 裂縫性發(fā)育油藏 不適宜進(jìn)行欠平衡鉆井的地層 ( Highly Unconsolidated Formations ) ／非穩(wěn)定泥巖地層 H2S地層 因此，欠平衡鉆井作業(yè)總體具有以下優(yōu)勢 １ . 提高機(jī)械鉆速 ２ .降低鉆井成本 ３ .保護(hù)油氣層，提高油氣產(chǎn)量 ４ .消除壓差卡鉆 ５ .降低后期改造作業(yè)費(fèi)用 ６ .正確評價(jià)油氣層提高勘探精度和勘探成功率 但！ 欠平衡鉆井作業(yè)的局限性 １ . 空氣鉆井鉆遇儲層存在井下燃爆風(fēng)險(xiǎn) ２ . 連續(xù)欠平衡鉆井對地層條件要求高 ３ .鉆井作業(yè)井控風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)增加 ４ .鉆井成本相應(yīng)增加 欠平衡鉆井技術(shù)分類及特點(diǎn) ? 欠平衡鉆井分類 根據(jù)所使用的循環(huán)介質(zhì)，將欠平衡井分為： 空氣與天然氣鉆井 [Air and natural gas drilling] 霧化鉆井 [Mist drilling] 泡沫鉆井 [Foam drilling] 充氣泥漿鉆井 [Nitrified Fluid drilling] 液相欠平衡鉆井 [Flow drilling] 地層壓力系數(shù)與鉆井介質(zhì)平衡關(guān)系 高壓區(qū)； UBD鉆井液為單相液體 ? 工藝的選擇－ 取決于儲層壓力系數(shù) UBD 常用作業(yè)區(qū) 是指人為控制鉆井液有效液柱壓力低于產(chǎn)層地層壓力，使產(chǎn)層流體進(jìn)入井筒，循環(huán)到地面，并可以得到有效控制的一種鉆井工藝技術(shù)。它是在防噴系統(tǒng)的作用下，使地層流體有控制地進(jìn)入井眼，通過旋轉(zhuǎn)防噴器的導(dǎo)流，使含有地層流體的鉆井液經(jīng)過氣液分離器、撇油罐等地面設(shè)備處理后，重新泵入循環(huán)罐參與正常循環(huán)的一種鉆井工藝技術(shù)。 ? 避免常規(guī)過平衡鉆井，因壓差問題導(dǎo)致的儲層傷害； ? 可及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層 ,利于探井評價(jià) . ? 欠平衡鉆井工藝可提高機(jī)械鉆速，降低綜合作業(yè)成本，具有 良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 特點(diǎn)： ? 液相欠平衡鉆井技術(shù) ? 液相欠平衡鉆井 ,作用于井底的環(huán)空壓力包括 : (取決于鉆井液密度 )。 (取決于井身結(jié)構(gòu) ,鉆具結(jié)構(gòu) )。 。 ? 基本條件 泥漿液柱壓力 +循環(huán)壓耗 +欠壓差值＜地層孔隙壓力 ? 目標(biāo) 在鉆井過程中 ,通過聯(lián)合控制鉆井液液柱壓力與井口回壓值 ,實(shí)現(xiàn) : [地層孔隙壓力 ][鉆井液液柱壓力 +循環(huán)壓耗 +井口回壓值 ]∈ [ 欠壓差值 ] 欠平衡鉆井的壓力區(qū)間 ? 欠壓差值根據(jù)地層的坍塌壓力來決定，通常取值大于坍塌壓力， 經(jīng)驗(yàn)數(shù)值取 200300PSI(具體根據(jù)油藏特點(diǎn)確定 )。 ? 鉆井液技術(shù)要求 ? 正常循環(huán)狀況下，應(yīng)保持所希望欠平衡壓差值 ? 具有良好的井壁穩(wěn)定及井眼凈化能力 ? 與地層流體及氣體有良好的兼容性 ? 具有良好的防護(hù)套管、鉆具及井下工具等的性能 ? 近平衡 (起鉆及完井 )狀況下，盡可能不傷害儲層 ?井口控制系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)頭、阻流管匯及控制盤等 ? 液相欠平衡鉆井主要系統(tǒng)構(gòu)成 ?油氣分離系統(tǒng) 四相分離器、儲油罐等 ?井下工具系統(tǒng) EMWD、單流閥及套管閥 ?鉆屑處理系統(tǒng) ? 旋轉(zhuǎn)防噴器、 ? 遠(yuǎn)程高壓（ 70MPa）節(jié)流管匯、 ? 液氣分離器、撇油罐、燃燒管線 ? 自動點(diǎn)火裝置等。 ? 實(shí)施液相欠平衡鉆井所需的設(shè)備 IP 1000 1000 psi Operating 7100 2500 psi Operating 7000 1500 psi Operating 8000 / 9000 500 psi Operating Williams Rotating Control Heads Rotating Control Head ? Rotating working pressure: 2,500 PSI ? Static pressure: 5,000 PSI ? Shell (housing) capable: 10,000 PSI ? Maximum operating RPM: 150 RPM ? Operating temperature: 28 ?C to + 121 ?C ? Fluid rating: H2S service ? Universal, quickchange bearing assembly ? Positive oil lubrication ? Cooled bearing seals ? Hydraulically operated clamp ―U‖ Tube Level Control Gas Out From Fluid Out Well 欠平衡鉆井地面設(shè)備 ? 立式分離器 ? 節(jié)流管匯 要求 ? 套管隔離閥（ DDV) DDV: Downhole Deployment Valve ? DDV的作用與特點(diǎn) ? 起下鉆過程中封隔油氣藏，不必壓井，減少起下鉆時(shí)間 ? 完井作業(yè)時(shí)也不用壓井，避免完井液對地層的傷害 ? 鉆完井全過程使井保持欠平衡狀態(tài) ? 減少整個(gè)鉆完井過程的費(fèi)用，使欠平衡作業(yè)更容易，更安全 ? 通過地面液壓管線控制閥門的開關(guān) ? DDV可永久安裝，也有可回收式以供選擇 ? 啟動器工作筒向下運(yùn)動，將活瓣閥推開。 ? 當(dāng)啟動器工作筒返回上部位置時(shí)， 活瓣彈簧將活瓣閥關(guān)閉。 ? 液相欠平衡鉆井井口裝置 井 口 特 點(diǎn) ? 井 場 布 局 該井采用液相全過程欠平衡鉆井技術(shù)。在井段 104m3/d和少量凝析油。而且實(shí)鉆表明，利用欠平衡鉆井技術(shù)有利于機(jī)械鉆速的提高。 ? 液相欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 ? 新疆油田彩 54井液相欠平衡鉆井技術(shù) 欠平衡鉆井中良好油氣顯示、邊噴邊鉆 ? 2022年度新疆油田液相欠平衡鉆井應(yīng)用情況 序號 井號 鉆進(jìn)井段 段長 油氣顯示 PPM 地層壓力系數(shù) 鉆井液密度 1 風(fēng) 19井 3644 最大 9 104 2 彩 55井 3313 30 104 3 彩 551井 3327 4200 71 104 4 金龍 5井 2965 3107 104 5 紅光 1井 2885 3912 1027 7645 6 沙南 5井 2300 3200 900 27522 發(fā)現(xiàn)與顯示效果良好 ? 空氣鉆井技術(shù)簡介 空氣霧化鉆井是以空氣或霧化作為循環(huán)介質(zhì)的鉆井技術(shù)，其密度可在 ～，它適用于巖性穩(wěn)定的超低壓裂縫性油氣藏的勘探開發(fā)。有效地解決了鉆井液對油氣藏的污染，獲得對產(chǎn)層的真實(shí)評價(jià)，有利于發(fā)現(xiàn)油氣藏，可提高機(jī)械鉆速 3～ 4倍，最高達(dá)到 10～ 12倍，生產(chǎn)成本可大幅度降低。特別是空氣霧化流體的密度低，在鉆井過程中可及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示。 空氣鉆井 RH 空壓機(jī) 增壓器 旋轉(zhuǎn)控制頭 Angle理論 : ? 實(shí)施空氣鉆井的重要條件是 : 實(shí)際氣體流量應(yīng)達(dá)到滿足攜巖所需的最小排量 井徑 in. 鉆桿尺寸 in. 井深 (Ft.)及需要的空氣量（ 標(biāo)準(zhǔn)立方英尺 /分－ SCFM） 1000 2022 4000 6000 8000 10000 12022 83/4 31/2 1600 1750 2022 2280 2600 2800 3000 41/2 1450 1650 1850 2140 2400 2600 2850 5 1350 1500 1700 2022 2200 2400 2700 97/8 41/2 1950 2100 2400 2700 3200 3500 4000 5 1900 2022 2300 2600 3000 3300 3600 51/2 1700 1950 2150 2400 2600 2850 3100 121/4 41/2 3100 3350 3700 4200 4500 4900 5400 51/2 3000 3100 3350 3900 4300 4700 5000 65/8 2600 2800 3000 3400 3700 4150 4500 171/2 41/2 6600 6850 7550 8100 8700 9250 9800 51/2 6450 6700 7400 8000 8550 9100 9650 65/8 6150 6600 7150 7700 8400 8950 9500 不同尺寸井眼、不同井深條件下的氣體鉆井氣量選配表 ? 空氣密度低，易形成欠平衡狀態(tài)，能有效解決井漏，適用于低壓、衰竭油氣層的鉆井； ? 對儲層的傷害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層