【正文】 10 欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)對鉆井全過程進行數(shù)據(jù)采集、計算和分析，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對整個工藝過程進行監(jiān)督和指導(dǎo)，確保欠平衡鉆井 安全的完成。 6 一般的井漏主要是由于井底壓力高于地層壓力所引起，大的惡性井漏往往是裂縫網(wǎng)絡(luò)較好，縫、洞發(fā)育相連的地層。在此期間應(yīng)隨時注意泵壓的變化，當(dāng)泵壓繼續(xù)減少時，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升，避免欠平衡鉆進過程中油氣侵入量急劇增加而導(dǎo)致壓力失控。在正常鉆進 圖 46 壓力與井深關(guān)系曲線 過程中，保持井底動壓差值在 之間。根據(jù)氣體動態(tài)方程研究出欠平衡狀態(tài)下氣侵后井底壓力計算模型，代入現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)作為邊界條件，應(yīng)用計算機軟件計算氣體上竄速度，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機軟件計算，井底至井口下 200m 段為氣泡流型為泡沫流，井口 200m 段轉(zhuǎn)為段塞流，井深 3500m 時氣泡上返時間為 38min，這與現(xiàn)場實測值相符。 實現(xiàn)欠平衡方式：流鉆法（邊噴邊鉆）。同樣軟件可以嵌入對其他作業(yè)的控制程序，達到現(xiàn)場施工的智能控制。 欠平衡鉆井過程中的可以運用直接采集和分析處理后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果對欠平衡鉆井中的工序進行調(diào)整和控制。 鉆進作業(yè)過程中數(shù)據(jù)顯示與監(jiān)測的主要內(nèi)容有：底部鉆具狀態(tài) 、鉆井液池體積、鉆井泵狀態(tài)包括開啟狀態(tài)、沖數(shù)、計算流量、上水效率等、鉆井液性能包括實時密度、密度超限報警、計算流變參數(shù)等 、水力參數(shù)、鉆頭磨損包括牙齒磨損與軸承磨損、每米成本包括常規(guī)成本與風(fēng)險成本、立管壓力變化、總池體積凈增量判斷井涌、井漏、流量差值監(jiān)測判斷井涌、井漏、卡鉆系數(shù)、扭矩變化判斷鉆頭失效、斷鉆具等主要依據(jù)、鉆壓變化監(jiān)測鉆壓超限界、判斷溜鉆、鉆具疲勞、大鉤載荷增減量判斷超拉與遇阻等顯示與監(jiān)測以及 dc 指數(shù)監(jiān)測地層壓力等[29]。 第二步是針對將來配備的其它系列鉆井設(shè)備的欠平衡鉆井，同樣要開發(fā)數(shù)據(jù)獲取接口。 若想實時了解井下動態(tài)，就要求有一套鉆井參數(shù)與分析處理系統(tǒng)，實時分析井底欠平衡鉆井狀態(tài)，如井底欠壓值的大小、地層流體侵入量、地層壓力的變化情況等，根據(jù)采集分析處理數(shù)據(jù)，對影響欠平衡鉆井的諸要素實時調(diào)整，進而實現(xiàn)安全快速鉆井的目的。 加有新型降密度劑的鉆井液體系 美國 開發(fā)了一種不含氣相的低密度鉆井液將不可壓縮空心玻璃珠作為低密度固相添加劑，其塑性粘度、屈服值以及濾失量均能滿足鉆井要求 [23]。環(huán)空速度要達到 ~，地面正常工作壓力為 ~。由于氣體密度低，常用于鉆漏失層、敏感性強的低壓油氣層、溶洞性低壓層和低壓生產(chǎn)層等。 （ 312 ） ： 環(huán) 空 壓 耗 kPa ：鉆井液塑性黏度 mPa??s ：鉆井液排量 L/s ：鉆柱直徑 mm ：井眼直徑或套管直徑 mm ：鉆桿長度 m ：屈服值 Pa 鉆井液密度的確定 鉆井液密度的計算應(yīng)在井口回壓為零、正常鉆進中負壓差達到設(shè)計值的情況下進行。 鉆井液可實現(xiàn)的最低密度 鉆井液穩(wěn)定井壁的能力 欠平衡鉆井液的攜屑能力 欠平衡液與地層產(chǎn)出物的相容性 防腐問題 對流自吸作用 對測井和錄井的影響 鉆井液的經(jīng)濟性和安全性 欠平衡鉆井液密度的確定 鉆井液密度的計算過程是：先確定地層孔 隙壓力、環(huán)空壓耗，然后求出鉆井液密度。 井底負壓差的控制 研制出欠平衡鉆井地面數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可依據(jù)實時監(jiān)測的鉆井作業(yè)參數(shù)和產(chǎn)出流體的量，以及立管壓力和套管壓力與實際井底壓力間的數(shù)學(xué)關(guān)系及軟件計算，調(diào)節(jié)鉆井液密度和井口回壓來控制井底負壓差。嘉陵江、飛仙關(guān)、茅口組三個漏層，地層裂縫非常發(fā)育，尤其是高角度大裂縫發(fā)育（常發(fā)現(xiàn)裂縫寬度大于 10mm、傾角大于 30176。滲透性漏失多發(fā)生在膠結(jié)不好的孔隙性地層，其巖性以砂、礫巖為主。 裂縫性儲層欠平衡鉆井流動規(guī)律 嚴重裂縫性儲層的最大問題是井漏 所有碳酸鹽巖儲層探區(qū)均存在不同程度的井漏問題。在井下條件下，多數(shù)情況都表現(xiàn)為空氣與可燃氣體混合后失火爆炸的形式，其危害性較大，主要介紹預(yù)混氣體的失火爆炸問題。 忽略氣體在泥漿中的溶解，且兩相間無化學(xué)反應(yīng)。在不涉及相變的條件下，?？蓪⑺鼈円暈橥环N物理現(xiàn)象處理。這幾個相可以是同一種物質(zhì)的不同相態(tài)，也可以是不同物質(zhì)的不同相態(tài)。 非泥頁巖地層的穩(wěn)定性對于給定段地層，在給定欠平衡鉆井的條件下，井壁是否可以保持穩(wěn)定，可按圖（ 21）所示的動作程序進行一系列的試驗和分析，最終得到結(jié)論。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。 就我國來說，特殊油氣資源分布于全國各大油田，其儲量占總探明儲量的三分之一以上。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)。因此，欠平衡鉆井由于其先進性為勘探、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 一個研究熱點。另外國際油價的持續(xù)走高，對世界經(jīng)濟造成了很大的影響。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、特殊工具等方面。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)濟效益。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： 優(yōu)點：減少對油氣層的傷害，有效保護油氣層，提高油氣井的產(chǎn)量實時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況，及時評價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)的費用 [6]提高機械鉆速，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。如果試驗和計算結(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，增強井壁的穩(wěn)定性。顯然此時鉆井液體系和性能并沒有使泥頁巖水化影響降低到最小。雙組分兩相流動是指化學(xué)成分不同的兩種物質(zhì)同處 于一個系統(tǒng)內(nèi)的兩相流體流動。然而，由于不同的流態(tài)受不同的水動力學(xué)條件的控制，所以可以利用水動力學(xué)原理通過機理分析，得到流態(tài)的判別準則。 欠平衡鉆井井下爆燃基礎(chǔ)理論 根據(jù)燃燒學(xué)理論，氣體燃燒的可以分為擴散性燃燒預(yù)混氣體燃燒兩大類。前者是自發(fā)的，后者是人為的，可燃混合物由于化學(xué)反應(yīng)使自身溫度升高而引起反應(yīng)速度急劇升高形成的燃爆稱為熱自燃，反之由外界加入能量。井漏是鉆井工程中最復(fù)雜的問題之一，它不僅大大增加了鉆井液的費用，而且還會導(dǎo)致循環(huán)喪失，施工中斷，無法進行巖屑錄井，甚至引起井塌、井噴和卡鉆等惡性事故。井底壓力大于地層壓力是導(dǎo)致鉆井液漏失的重要原因。須家河、自流井、沙溪苗三個層位，屬于孔隙性氣層，孔隙壓力偏低，常發(fā)生滲透性漏失。采用這種方式，需要在在鉆井液中加入減輕劑和使用減輕劑制備與充入設(shè)備，以及對返出鉆井液進行處理的外圍設(shè)備，鉆井成本 較高。 環(huán)空壓耗 環(huán)空壓耗與鉆井液密度的設(shè)計有直接關(guān)系，常規(guī)過平衡及近平衡鉆井現(xiàn)場泵排量 是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進行設(shè)計，鉆井液循環(huán)足以達到紊流狀態(tài)。 圖 32 鉆井液密度設(shè)計圖 目前應(yīng)用的欠平衡鉆井液體系 常規(guī)鉆井液 當(dāng)鉆遇某些高壓地層時，由于常規(guī)鉆井液的循環(huán)液柱壓力低于地層孔隙壓力，使 井底壓力自然處于欠平衡狀態(tài)，因此可以應(yīng)用常規(guī)鉆井液進行邊噴邊鉆。其優(yōu)點類同于空氣鉆井，缺點是需要的空氣量比空氣鉆井多 20%~40%，實際需要量還要高些，否則井下不安全，且在超深井中 ,易腐蝕鉆具。穩(wěn)定泡沫是指空氣氣體、液體發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑配成的分散體系，穩(wěn)定泡沫能與各類電解質(zhì)、原油及鉆井作業(yè)過程的污染物配伍，且能處理水，主要用于保護油氣層損害，低壓油氣層及枯竭層、永凍地區(qū) 20~80℃）及地?zé)峋@井。在欠平衡鉆井期間，地層流體不斷地侵入環(huán)空，侵入量的大小與 地層產(chǎn)能狀況、井底欠壓值等因素密切相關(guān)。第二種方式是采用偵聽方式直接從錄井終端截取。其數(shù)據(jù)的采集、分析及處理是以圖形、曲線和數(shù)據(jù)表的形式實現(xiàn)的。 根據(jù)地層壓力合理設(shè)計鉆井液的密度，能夠保證井壁穩(wěn)定、保障鉆井安全和提高鉆速。設(shè)定誤差范圍之內(nèi)。欠平衡鉆井液體系為水包油鉆井液體系，鉆探的目的是采用欠平衡鉆井技術(shù)解放儲層，從而達到準確評價該區(qū)含氣情況，突破產(chǎn)能關(guān)，提高該區(qū)勘探成功率和勘探精度。其中 為氣泡半徑，為黏滯系數(shù)，為氣體上升速度，為鉆井液密度，為氣體上升距離，因此，氣泡運動方程如 （ 321）所示為： 變換得式（ 322）： 通過一系列數(shù)學(xué)求解得出圖（ 44）所示小球半徑與上升時間關(guān)系。實鉆過程