【正文】 鉆井畢業(yè)論文 欠平衡鉆井技術(shù)概況 目 錄 第 1 章 緒論 1 研究欠平衡鉆井技術(shù)的意義 1 欠平衡鉆井技術(shù)國內(nèi)外進(jìn)展歷史及現(xiàn)狀 1 第 2 章 欠平衡鉆井相關(guān)理論 4 油氣藏篩選理論 4 欠平衡鉆井地層穩(wěn)定性理論 5 欠平衡鉆井兩相流理論 6 欠平衡鉆井井下爆燃基礎(chǔ)理論 8 裂縫性儲(chǔ)層欠平衡鉆井流動(dòng)規(guī)律 9 第 3 章 欠平衡鉆井關(guān)鍵技術(shù) 10 欠平衡負(fù)壓值的確定及控制 10 欠平衡鉆井液技術(shù) 10 第 4 章 欠平衡鉆井信息采集處理系統(tǒng)以及應(yīng)用 14 研究欠平衡鉆井參數(shù)采集與分析處理系統(tǒng)的意義 14 方案設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)軟件的主要功能 15 系統(tǒng)軟件的應(yīng)用 15 欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用事例 16 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 24 摘 要欠平衡鉆井是國際上 90 年代初再次興起的提高勘探開發(fā)效益的鉆井新技術(shù)近幾年我國來在油、氣田勘探開發(fā)方面已進(jìn)行了大量技術(shù)研究和現(xiàn)場試驗(yàn)，并取得了顯著的成果。欠平衡鉆井的相關(guān)理論和技術(shù)研究已經(jīng)成為鉆井工作者的 一個(gè)研究熱點(diǎn)。 本文介紹了欠平衡鉆井技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，實(shí)施欠平衡鉆井的優(yōu)缺點(diǎn)。分析和總結(jié)了欠平衡鉆井相關(guān)理論研究成果，為技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。從三個(gè)方面入手：在考慮了影響負(fù)壓值各方面的因素后，提出了合理的設(shè)計(jì)程序；通過計(jì)算出的鉆井液密度選擇適應(yīng)于實(shí)際條件的最優(yōu)鉆井液類型；分析了井底壓力波動(dòng)和氣侵后的環(huán)空壓力變化，給出了一些井底壓力控制措施。最后介紹了欠平衡鉆井的信息采集處理系統(tǒng)，通過全過程的監(jiān)測和指導(dǎo)保證欠平衡鉆井的安全進(jìn)行欠平衡；鉆井液；信息采集第 1 章 緒論 高壓和常規(guī)壓力、中高滲均質(zhì)砂巖 等良好勘探開發(fā)條件轉(zhuǎn)移到了復(fù)雜中小油田、斷塊油田、薄油層、低壓低滲低產(chǎn)能、老油田改造、復(fù)雜儲(chǔ)層條件、非常規(guī)油氣等惡劣的開發(fā)勘探條件，這種形勢迫使勘探開發(fā)必須要有新的思路和方法，同時(shí)由于非封固完井的水平井?dāng)?shù)量增多，強(qiáng)化了對(duì)防止儲(chǔ)層損害的關(guān)注。另外國際油價(jià)的持續(xù)走高，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)造成了很大的影響。高油價(jià)促使世界各國進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)石油資源重要性的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)自己國內(nèi)石油資源的勘探開發(fā)和利用，增加國內(nèi)石油供應(yīng)，減少對(duì)國際石油的依賴程度，其關(guān)鍵因素就是石油的勘探開發(fā)成本，因而降低石油的勘探開發(fā)成本則是目前石油工業(yè)上游 領(lǐng)域的重要任務(wù)之一。欠平衡鉆井技術(shù)不但能有效地降低油氣田的勘探開發(fā)成本，最大限度得保護(hù)油氣層，而且能很好地克服鉆井作業(yè)過程中的難題和避免一些復(fù)雜情況的發(fā)生；有利于中小型油氣田、非常規(guī)油氣藏，低壓低滲油氣藏得勘探開發(fā)；有利于油田中后期改造挖潛。因此，欠平衡鉆井由于其先進(jìn)性為勘探、開發(fā)帶來了廣闊的前景，在油氣田開發(fā)中發(fā)揮著越來越重的作用。欠平衡鉆井技術(shù)是 21 世紀(jì)油氣資源開發(fā)中必不可少的主干技術(shù)之一，又是一項(xiàng)涉及面寬、投資大、風(fēng)險(xiǎn)大的系統(tǒng)工程，也是繼水平井技術(shù)之后在鉆井技術(shù)上的另一大發(fā)展方向和熱點(diǎn)，應(yīng)盡快掌握和發(fā) 展欠平衡鉆井技術(shù)更好地作為發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣藏的重要戰(zhàn)略措施。 欠平衡鉆井技術(shù)是 20世紀(jì) 90年代在國際上成熟并迅速發(fā)展的一項(xiàng)鉆井新技術(shù) 圖 1 。欠平衡鉆井分為：氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井、常規(guī)鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井。在美國，欠平衡鉆井技術(shù)被稱為上游石油工業(yè)新技術(shù)，已經(jīng)成為鉆井技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術(shù)相結(jié)合。國外欠平衡鉆井技術(shù)主要集中在井控、鉆井液、程序設(shè)計(jì)、特殊工具等方面。 現(xiàn)在已有 20 多個(gè)國家應(yīng)用欠平衡技術(shù)鉆井，技術(shù)先進(jìn)的國家包括美國、加拿 大、英國、阿根廷、墨西哥等國。這些欠平衡技術(shù)先進(jìn)的國家，創(chuàng)造欠平衡條件采用的常用技術(shù)有：邊噴邊鉆、泥漿帽鉆井、立管氣體注入、環(huán)空氣體注人、連續(xù)油管鉆井。水、地層水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡鉆井的循環(huán)工作介質(zhì)。散裝或膜濾氮?dú)?、工業(yè)廢氣、空氣、氮?dú)夂涂諝獾幕旌蠚?、天然氣和空心玻璃球都作為減輕劑或發(fā)泡劑。 早在 20 世紀(jì) 50 年代，國內(nèi)的四川油田就開始運(yùn)用欠平衡鉆井技術(shù)，但由于設(shè)備能力不足、地層出水等問題而放棄。進(jìn)入 80 年代以來，新疆石油管理局首先開展了泡沫鉆井技術(shù)的研究與應(yīng)用，于 1984 年在克拉瑪依油 田紅一 29 井成功地進(jìn)行了我國第一口泡沫鉆井。為了滿足不同地層對(duì)欠平衡鉆井的需要，隨后又相繼開發(fā)了空氣鉆井、霧化鉆井、充氣鉆井和低密度泥漿鉆井等欠平衡鉆井技術(shù)。目前全國各大石油院校及油田都在不同程度上開展了欠平衡鉆井技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。如大港油田于 1998 年采用欠平衡鉆井技術(shù)在板橋地區(qū)的勘探上取得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了億噸級(jí)整裝油氣田。四川油田從1999 年～ 2020 年間，從單一欠平衡鉆井技術(shù)初步發(fā)展形成了欠平衡鉆井、欠平衡取心、不壓井起下鉆、不壓井測井、欠平衡完井等全過程欠平衡鉆井完井配 套技術(shù)，推動(dòng)了國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了欠平衡鉆井技術(shù)的重大突破。 就我國來說，特殊油氣資源分布于全國各大油田，其儲(chǔ)量占總探明儲(chǔ)量的三分之一以上。同時(shí)，還有相當(dāng)一部分開發(fā)中、后期油田由于壓力遞減而進(jìn)入低壓油田范疇。欠平衡鉆井的主要技術(shù)特點(diǎn)適合開發(fā)這類油田。因此，欠平衡鉆井自身具有的技術(shù)優(yōu)勢與世界石油工業(yè)勘探開發(fā)形式的需求決定了欠平衡鉆井技術(shù)必定具有廣闊的應(yīng)用前景。 欠平衡鉆井優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)欠平衡鉆井技術(shù)能夠迅速發(fā)展是因?yàn)樗芎芎玫目朔@井作業(yè)過程中的難題并避免一些復(fù)雜情況的發(fā)生、能有效地降 低油氣田的勘探開發(fā)成本。從目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用情況來看，其具有以下幾方面的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：減少對(duì)油氣層的傷害，有效保護(hù)油氣層，提高油氣井的產(chǎn)量實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況，及時(shí)評(píng)價(jià)低壓低滲油氣層有效控制漏失，減少和避免壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況的發(fā)生，減少作業(yè)和相關(guān)的費(fèi)用 [6]提高機(jī)械鉆速，延長鉆頭使用壽命，縮短鉆井周期，降低鉆井成本可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣。 缺點(diǎn)：循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（壓力波動(dòng)）油層傷害（過平衡狀態(tài)，逆流自吸，地層液體配伍，出砂等）井壁穩(wěn)定性（力學(xué)，物理，化學(xué)作用）安全問題（井下爆炸或燃燒，井控問題， H2S 腐蝕）經(jīng)濟(jì)因素（設(shè)備，材料，環(huán)境問題） 本文研究思路 本文主要建立在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過翻閱大量的關(guān)于欠平衡鉆井技術(shù)和各油氣田開發(fā)建設(shè)方面的文獻(xiàn)資料，結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，研究以下內(nèi)容： 欠平衡鉆井技國內(nèi)外技術(shù)設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀，優(yōu)缺點(diǎn) 欠平衡鉆井相關(guān)理論 欠平衡鉆井過程中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，主要是欠壓值的如何確定，欠平衡鉆井液技術(shù)和井底壓力控制技術(shù) 欠平衡鉆井信息實(shí)時(shí)采集分析處理系統(tǒng)研究與應(yīng)用 第 2章 欠平衡鉆井相關(guān)理論 油氣藏篩 適合欠平衡鉆井的油氣藏 具有潛在井漏或鉆 井液侵害的油氣藏 具有巖石 流體敏感性的地層 具有液 液敏感性的地層 具有潛在自吸能力的地層 油藏性質(zhì)高度易變的地層 具有活躍的地下水并且對(duì)水錐進(jìn)敏感的地層 低鉆速地層 不適合欠平衡鉆井的地層 高壓和高滲透率相結(jié)合地層 受壓力約束的地層 常 油氣藏篩選程序?qū)τ谥本蛩骄那菲胶忏@井來說，篩選合理的油氣藏是非常必要的。通過研究油氣藏的構(gòu)造圖以及收集和分析相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以描述出油氣藏為均質(zhì)油氣藏還是非均質(zhì)油氣藏需要提供和研究的油氣藏?cái)?shù)據(jù)參數(shù)包括油氣比原油的 API密度、平均 孔隙度、平均滲透率、地層體積指數(shù)、壓力、溫度和含水量。另外，油氣藏的構(gòu)造資料、注水、注氣以及原油粘度都在區(qū)分油氣藏特征方面起著一定的作用。在油氣藏篩選問題上，應(yīng)該由一個(gè)有鉆井工程師、油藏工程師、地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家、巖石物理學(xué)家、采油工程師、欠平衡鉆井專家、安全專家、經(jīng)濟(jì)師等組成的多學(xué)科工作組來完成。多學(xué)科工作組在進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)，必須仔細(xì)考慮一個(gè)用于單個(gè)油氣藏篩選的詳細(xì)篩選程序。這個(gè)篩選程序?yàn)椋? 用簡單的欠平衡鉆井技術(shù)能否完成這口井； 以我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)能否證明欠平衡鉆井技術(shù)在此油氣層中優(yōu)于過平衡鉆井技術(shù)； 用欠平衡鉆井技術(shù)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和事故； 該地層能否承受住壓力降低而不坍塌； 欠平衡鉆井技術(shù)與長期的油氣層優(yōu)選相比較費(fèi)用是否劃算； 多學(xué)科工作組是否對(duì)油氣藏已經(jīng)做了足夠的研究工作； 初始油井設(shè)計(jì)是否能滿足油氣藏開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)； 現(xiàn)有的井控設(shè)備能否滿足預(yù)期的油氣層條件。 欠平衡鉆井地層穩(wěn)定 井壁失穩(wěn)機(jī)理 采用欠平衡鉆井，首先要使鉆井液液柱壓力低于儲(chǔ)層壓力，此時(shí)鉆井液密度降低后，井壁的穩(wěn)定性是否可以保證。如果試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，欠平衡鉆井的鉆井液密度不能保證井壁穩(wěn)定，通過調(diào)整鉆井 液體系和性能，增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性。 對(duì)井壁失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行分析，井壁失穩(wěn)的本質(zhì)是：井壁上某部分的應(yīng)力狀態(tài)超過了井壁巖體的抗破壞強(qiáng)度。這其中有兩個(gè)制約因素：材料（巖體）和應(yīng)力 巖體：破碎巖體和含弱面的巖體；塑性