【正文】 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 裂縫性儲層欠平衡鉆井流動規(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 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，并取得了顯著的成果。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。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。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)，推動了國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了欠平衡鉆井技術(shù)的重大突破。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數(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。這其中有兩個制約因素：材料（巖體）和應(yīng)力 巖體：破碎巖體和含弱面的巖體；塑性巖體，如鹽膏層、軟泥巖等；泥頁巖（以硬脆性為主） 應(yīng)力：深部地層的上覆巖層壓力引起的地應(yīng)力；強(qiáng)烈地質(zhì)構(gòu)造作用引起的地質(zhì)構(gòu)造力；異常熱應(yīng)力、循環(huán)溫度應(yīng)力、流固耦合應(yīng)力破碎巖體和含弱面的巖體由于本身強(qiáng)度低而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)；塑性巖體由于液柱壓力不夠時而出現(xiàn)蠕動變形；埋藏很深的地層由于巨大的上覆巖層壓力使水平應(yīng)力增 大；強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造作用造成很大的殘余構(gòu)造力使井壁失穩(wěn)。 欠平衡鉆井兩相流理論 多相流動是幾個相處于一個系統(tǒng)內(nèi)流動的體系。 雙組分兩相流動和單組分兩相流動定義雖有一些差異，但從流動相態(tài)的數(shù)學(xué)抽象，亦既從基本守衡方程的數(shù)學(xué)模型來看是相同的。 在本模型的建立中，應(yīng)用了以下假設(shè)： 在本文的研究中，假設(shè)井眼截面為圓形且與井內(nèi)鉆柱同心。而預(yù)混氣體燃燒則是在著火前燃料與空氣已經(jīng)混合，一旦著火，其燃燒速度很快，通 常表現(xiàn)為失火爆炸形式。以下將介紹引起井下失火的可能方式，即熱自燃、平板點火、熱球點火、火花點火的燃燒分析。地層中的孔隙、裂縫或溶洞以及地層壓力和破裂壓力，是在地層沉積、構(gòu)造運(yùn)動或地下水溶蝕過程中天然形成的，因其成因不同又分為滲透性漏失和裂縫 溶洞 性漏失。漏失的層位則從沙溪苗到志留系，從地表到 5000 米以下，幾乎每個層位都發(fā)生過井漏，但不同層位其漏失的嚴(yán)重程度和普遍程度有很大差異。欠平衡鉆井關(guān)鍵技術(shù) 欠平衡負(fù)壓值的確定及控制 確定井底負(fù)壓值應(yīng)考慮的因素及 產(chǎn)油、氣量 負(fù)壓井段不同壓力體系的地層壓力 水平段的長度 井口設(shè)備性能 井眼穩(wěn)定性地層傷害、壓 負(fù)壓差設(shè)計流程 欠平衡鉆井負(fù)壓差的設(shè)計流程在設(shè)計時，油藏地質(zhì)部門必須提供該井不同負(fù)壓差下的油、氣和水的產(chǎn)量以及地層的堅固程度判別式，并有必要對井壁穩(wěn)儲層傷害進(jìn)行評價。還要考慮鉆井液基液本身的物理性質(zhì)，比如粘度效應(yīng)低、無腐蝕性、毒性低等。因此按式可以計算層流時鉆井液的環(huán)空壓耗。 氣流體 氣流體是指空氣或天然氣 ,氮氣、二氧化碳、防腐劑及干燥劑等組成的循環(huán)流體。用充氣鉆井液鉆井時。泡沫鉆井液現(xiàn)已在我國新疆、長慶、華北、二連、遼河等油田的低壓油層使用，取得較好效果。要求研發(fā)的采集與分析處理系統(tǒng)既能夠?qū)崟r分析掌握井下欠平衡狀況，提前預(yù)防井下發(fā)生的異常情況，又能夠為事后分析提供基礎(chǔ)資料。 第一步是針對配備的綜合錄井儀器的欠平衡鉆井，主攻方向是錄井儀數(shù)據(jù)的截取和分析。 系統(tǒng)軟件的應(yīng)用 采集數(shù)據(jù) 鉆井參數(shù)儀和綜合錄井儀實時采集了豐富的地層信息和鉆井工程信息，其中包括地層巖性特征、油氣顯示、井下復(fù)雜情況及鉆井工程參數(shù)及鉆井工況。 分析數(shù)據(jù) 通過數(shù)據(jù)分析模 塊對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析結(jié)果數(shù)據(jù)包括井底壓力，井底欠壓值，環(huán)空鉆井液密度分布規(guī)律，環(huán)空壓力變化規(guī)律等，這些分析結(jié)果數(shù)據(jù)可以直接用于分析判斷井下欠平衡動態(tài)，對現(xiàn)場及時準(zhǔn)確地調(diào)整欠平衡鉆井方案提供理論依據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)顯示模塊以表格和曲線的形式實時顯示在計算機(jī)屏幕上。或是是人工設(shè)定一個井口壓力值，通過系統(tǒng)控制節(jié)流閥使井口壓力穩(wěn)定在給定的壓力值范圍內(nèi)。 三開欠平衡鉆井井口裝置：套管頭 +FZ2870 單閘板防噴器 +四通+2FZ2870 雙閘板防噴器 +FH2835 萬能防噴器 +PCWD 旋轉(zhuǎn)防噴器。 （ 2）氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律研究 用侵入井眼內(nèi)的氣體流量來計算氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律，如公式（ 323）、（ 324）、（ 325）、（ 326）所示，計算出的氣侵后環(huán)空 鉆井液密度及壓力分布規(guī)律見圖（ 45）（ 46）： 圖 46 井深與密度關(guān)系曲線 由圖可以看出，環(huán)空壓力與環(huán)空鉆井液密度從井底至井口逐漸降低。壓力與井深變換曲線見圖（ 46） 井底欠壓值控制技術(shù)應(yīng)用 欠平衡鉆井過程中，由于油氣的侵入及上升，環(huán)空壓力下降，井底負(fù)壓差隨之增大，過大的井底負(fù)壓差容易造成井壁失穩(wěn)或井口壓力過大等，給欠平衡鉆井帶來了極大的風(fēng)險，因次在欠平衡鉆井過程中適時通過節(jié)流閥控制負(fù)壓差。此時，應(yīng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升到原值。井下最容易發(fā)生爆炸的點是壓力、溫度最大點。 9 分析得出了井底壓力與井口回壓、負(fù)壓值、泵壓、排量間的關(guān)系，通過控制回壓可以達(dá)到對井底氣體的侵入情況和井底壓差的控制。 致 謝感謝我的論文指導(dǎo)老師，這論文的每個實驗細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。漏失程度與壓差，裂縫的各種情況有關(guān)。 本文在查閱資料的基礎(chǔ)之上，對欠平衡鉆井技術(shù)有了初步的了解，通過對鉆井理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究分析后得到了以下認(rèn)識和結(jié)論： 1 欠平衡鉆井技術(shù)是一項新技術(shù)以多方面的優(yōu)勢得到了人們的關(guān)注，近幾年無論從理論、技術(shù)、裝備都有了很大的進(jìn)步?，F(xiàn)場主要應(yīng)用了兩種控制原則收到了良好的效果。根據(jù)計算結(jié)果，實時控制節(jié)流閥的開啟度，控制套壓在 300psi 以下，從而控制 溢流，做到“邊噴邊鉆”，理論計算值與實際監(jiān)測值符合率 85％以上。 鉆井液密度窗口的設(shè)計：經(jīng)對大慶長桓以東營城組孔隙壓力和坍塌壓力研究，可確定其欠平衡鉆井液的密度窗口在 g/cm3 之間。 欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用事例 針對大慶長桓東部儲層的特點，用常規(guī)鉆井方法無法打開儲層，不但鉆速低，經(jīng)常發(fā)生漏失、卡鉆等事故，而且還容易造成嚴(yán)重的儲層傷害，勘探成功率低。如通過壓力、液位、泵沖、氣體流量等傳感器和錄井儀實時采集的各種信號經(jīng)放大器放大、處理、變換后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的參數(shù)輸入計算機(jī)中，經(jīng)內(nèi)置的計 算軟件計算出井底壓力。 起下鉆作業(yè)過程中監(jiān)測的主要內(nèi)容有：底部鉆具與井眼幾何狀態(tài)顯示、壓力波動監(jiān)測、裸眼靜止時間監(jiān)測、鉤載增減量監(jiān)測判斷超拉與遇阻總池體積凈增量監(jiān)測判斷井涌、井漏。 第三步對于將來不配備的欠平衡鉆井仍然采用常規(guī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)方法、配備傳感器。 欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容是：實時采集鉆井過程的相關(guān)鉆井機(jī)械參數(shù)、 水力參數(shù)、鉆井液性能參數(shù)以及其它與鉆井相關(guān)的參數(shù)，并結(jié)合實時的井眼參數(shù)，實時分析、預(yù)測井下的欠壓值等。當(dāng)空心玻璃球的密度為 ,而微型空心玻璃球的密度為 ，抗破壞壓力為 ~。在鉆進(jìn)過程要注意空氣的分離和防腐，防沖蝕等問題，要求有配套工藝和地面充氣設(shè)備。使用氣流體鉆井時 ,需要在井場配備專用鉆井設(shè)備 ,還需有井口防噴器、旋轉(zhuǎn)頭、密封鉆桿、巖屑排除管匯及測量儀表等。鉆井液密度的計算式為 （ 313） ：預(yù)測地層孔隙壓力 KPa ：井底負(fù)壓設(shè)計值 KPa ：井深 m ：鉆井液密度 g/cm3 欠平衡鉆井中鉆井液密度的設(shè)計以