【正文】 .............................................. 37 欠平衡鉆井液變化誤差估計(jì) ............................................................................. 38 氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律 ............................................... 38 地層流體侵入鉆井液的變化 ................................................................... 41 鉆井液漏失后的鉆井液的變化 ............................................................... 41 欠平衡鉆井液安全邊際 .................................................................................... 42 欠平衡鉆井液密度窗口 ........................................................................... 42 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 受侵后鉆井液密度的確定 ....................................................................... 43 欠平衡鉆井井底壓力安全控制 ......................................................................... 45 負(fù)壓差確定因素及分析 ........................................................................... 45 負(fù)壓差的設(shè)計(jì)流程 ................................................................................... 47 欠平衡鉆井井底壓力控制 ....................................................................... 48 欠平衡鉆井施工注意問題 ................................................................................. 50 結(jié)論 ..................................................................................................................................... 53 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 54 致謝 ..................................................................................................................................... 55 附 錄 ................................................................................................................................... 56 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 課題研究的目的和意義 欠平衡鉆井技術(shù)在現(xiàn)代鉆井中的地位 欠平衡鉆井技術(shù)就是在鉆井過程中 ， 利用自然條件和人工手段在可以控制的條件下使鉆井流體的循環(huán)液柱壓力低于所鉆地層的孔隙壓力 ， 以實(shí)現(xiàn)所謂的“邊噴邊鉆” ， 該種鉆井工藝技術(shù)叫欠平衡鉆井 。 設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間 2021 年 2 月 25 日 至 2021 年 6 月 13 日 設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn) 安全 工程 實(shí)驗(yàn)室 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 系（教研室）主任簽名 年 月 日 學(xué)生簽名 年 月 日 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 欠平衡鉆井安全控制技術(shù) 摘要 ： 欠平衡鉆井又稱為負(fù)壓鉆井，該技術(shù)始于二十世紀(jì)五十年代。西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 欠平衡鉆井安全控制技術(shù) 學(xué) 院 (系 ) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 評(píng) 閱 人 設(shè)計(jì) (論文 ) 所在單位 西安石油大學(xué) 完成時(shí)間 :2021 年 6 月 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文 ） 任務(wù)書 題 目 欠平衡鉆井安全控制技術(shù) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè)班級(jí) 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及基本要求 1. 查閱資料、閱讀教材，了解鉆井原理、鉆井過程和鉆井工藝。目前， 欠平衡鉆井在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用井?dāng)?shù)逐年增加。 目前，石油工業(yè)的特點(diǎn)是，勘探開發(fā)的難度越來越大，勘探開發(fā)投入的成本越來越大，這種勘探開發(fā)的新形勢(shì)產(chǎn)生了兩種基本要求 ： 一是要求技 術(shù)進(jìn)步，以滿足越來越高的難度要求 ；二是要求降低成本， 以適應(yīng)目前油價(jià)體系的要求。近年來隨著鉆井并下工具、鉆井裝備、地層壓力測(cè)試技術(shù)、井下測(cè)試儀器、鉆井液技術(shù)及鉆井工藝的發(fā)展，欠平衡鉆井技術(shù)在世界上已倍受青睞 。 ③溢流異常識(shí)別困難，在鉆井過程中允許地層流體進(jìn)入井眼，伴隨著如何識(shí)別溢流異常的情況的復(fù)雜了，同時(shí)識(shí)別井噴失控的困難也增加了，進(jìn)而防止井噴失控后的處理困難也增加了。 1996 年美國(guó)用欠平衡鉆井?dāng)?shù)占全美鉆井?dāng)?shù)的 10%， 1997 年用欠平衡鉆 數(shù)占總鉆井?dāng)?shù)的 15%。在“九五”期間國(guó)內(nèi)繼續(xù)對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)行研究攻關(guān) ， 1997 年度共完成 9 口井 ， 全部獲得成功。 （ 4） 燃燒管線應(yīng)用地錨固定好，火炬高度要合適，燃燒池或火炬應(yīng)距井口下風(fēng)向 75 m以上，距各種設(shè)施不小于 50 m。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容 （ 1） 欠平衡鉆井作業(yè)過程事故統(tǒng)計(jì)、 分析 通過查閱資料、統(tǒng)計(jì)、歸納、總結(jié)出以前事故的發(fā)生情況。 （ 3） 欠平衡鉆井作業(yè)過程安全邊際 本文主要基于欠平衡鉆井作業(yè)過程中， 1）地層壓力關(guān)系， 2）地層壓力預(yù)測(cè)， 3）邊鉆邊噴情況下的井底壓力變化規(guī)律，具體情況包括以下幾種情況，①多相流情況②氣體進(jìn)入液柱引起的壓力變化和體積變化規(guī)律 ③作業(yè)方式，抽汲壓力，激動(dòng)壓力等情況，綜合考慮操作環(huán)境和操作者的情 況，找出井底壓力變化規(guī)律，提出欠平衡鉆井西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 作業(yè)過程安全邊際 ，確定安全參數(shù)和安全指標(biāo)。 3） 我國(guó)的幾個(gè)進(jìn)行過欠平衡鉆井的油田認(rèn)為：在鉆井過程中鉆井液柱壓力低于地層壓力，使能產(chǎn)層的流體有控制的進(jìn)入井筒并將其循環(huán)到地面，這一鉆井技術(shù)稱欠平衡鉆井。采用人工方式進(jìn)行欠平衡鉆井，需要在鉆井液中加入減輕劑和使用減輕劑制備和充入設(shè)備 (包括井 筒內(nèi)工具 )，以及對(duì)返出鉆井液進(jìn)行處理的外圍設(shè)備，因而鉆井成本較高 .常有的鉆井液減輕劑包括氮?dú)?、天然氣、二氧化碳、空氣、泡沫、柴油等? 例 2， 在德克薩斯 州西南有個(gè)開采 20 年的老氣田 ， 儲(chǔ)層壓力降到 ， 井深 4267m， 壓力系數(shù)為 。鉆井過程中 ,采用頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) ,井可以連續(xù)溢流。 （ 3） 阿根廷 在阿根廷某地區(qū) ,因在高壓層下有一低壓層 ， 所以出現(xiàn)很多諸如卡鉆和套管經(jīng)常西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 損壞等問題。 例 2， 新疆 低壓油氣資源非常豐富 ,地質(zhì)儲(chǔ)量數(shù)億噸 ， 但使用常規(guī)的鉆井液漏失相當(dāng)嚴(yán)重。采用欠平衡鉆井，由于井筒內(nèi)鉆井液液柱壓力低于地層壓力，鉆井液濾液和有害固相的侵入就會(huì)減輕或消除，從而有效地保護(hù)了油氣層，這是欠平衡鉆井技術(shù)的最大好處。而欠平衡鉆井由于井筒鉆井液液柱壓力低于地層壓力，從而可以大大降低井漏的發(fā)生機(jī)率。 （ 8） 可以及時(shí)對(duì)地層進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià) 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 欠平衡 鉆井期間，可以綜合從井眼返出的地層流體等信息及時(shí)評(píng)價(jià)產(chǎn)層的生產(chǎn)能力或地層特性。完井時(shí)要采用強(qiáng)行起下鉆設(shè)備等。 一、實(shí)施欠平衡壓力鉆井的地層 ①高滲并膠結(jié)良好的結(jié)晶砂巖地層和碳酸巖地層 ； ②高滲膠結(jié)較差的砂巖地層 ； ③微裂縫地層 ； ④枯竭油氣層 ； ⑤對(duì)水基鉆井液敏感成分含量過高的地層 ； ⑥與鉆井液濾液嚴(yán)重不相容的地層 ； ⑦低束縛水或低含油飽和度的脫水地層。 ⑤含大量硫化氫和二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)層 。選擇合理的完井方案。做出完善的、可操作性強(qiáng)的欠平衡鉆井工程設(shè)計(jì)等。 6）電氣傷害， 欠平衡鉆井所用的設(shè)備 多，包括很多電機(jī)組和電氣設(shè)備，容易造成電氣傷害。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 綜上所述，選擇欠平衡鉆井液 體系 的時(shí)候應(yīng)注意以下的問題； ① 鉆井液可實(shí)現(xiàn)的最低密度 ② 鉆井液穩(wěn)定井壁的能力 ③ 欠平衡鉆井液的提屑能力 ④ 欠平衡鉆井液與地層產(chǎn)出物的相容性 ⑤ 防腐問題 ⑥ 對(duì)流自吸作用 ⑦ 對(duì)測(cè)井和錄井的影響 ⑧ 鉆井液的經(jīng)濟(jì)性和安全性 （ 2） 在鉆井過程中只有產(chǎn)生負(fù)壓差，才能實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井，在選擇鉆井液類型時(shí)，根據(jù)不同的地層壓力、地層 情況及產(chǎn)層情況，在充分考慮鉆井液與地層流體的兼容性、防漏、攜屑要求等情況下，依據(jù)欠平衡鉆井所期望的井底壓力按下表進(jìn)行選擇。 —— 大于 35MPa 時(shí) ， 選擇 35MPa 的旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器。節(jié)流閥應(yīng)設(shè)置閥位開度指示器。鉆井時(shí)可能會(huì)遇到井下地層、壓力、溫度的各種變化，而這些變化的地下信息，往往在鉆井時(shí)尚未掌握，這樣，在鉆到復(fù)雜地層時(shí)，就可能發(fā)生鉆井事故，這是鉆井發(fā)生事故的客觀因素。 （ 4） 物體打擊，指落物、撞擊、砸傷等傷害事故。 判斷遇卡的方法，起鉆遇卡時(shí)，上提鉆具時(shí)，大鉤負(fù)荷將持續(xù)上升并遠(yuǎn)大于鉆具的實(shí)際負(fù)荷。 溜鉆、頓鉆的判斷方法，溜鉆時(shí)，井深跳進(jìn)、鉆壓突然增加，扭矩也突然變大，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速降低；頓鉆時(shí)，井深跳進(jìn)、鉆時(shí)加快，鉆壓突然增加。牙輪落井后，不能正常鉆進(jìn)，將影響鉆井工期、加大鉆井成本。 判斷掉水眼的方法，掉水眼早期由于鉆井液沿水眼周圍刺漏，表現(xiàn)為泵壓緩慢下降，刺漏到一定的程度時(shí)水眼被刺掉，表現(xiàn)為泵壓不再下降，轉(zhuǎn)盤 扭矩跳變，鉆速降低，此時(shí)水眼可能已掉入井內(nèi)。 欠平衡鉆井 一般性事故 統(tǒng)計(jì) 分析 事故統(tǒng)計(jì)包括，鉆井 作業(yè)過程中傷亡事故分布狀況及其控制重點(diǎn)。 特別需要重視的是，因設(shè)備和設(shè)施方面的不足 造成的事故占非常 大的比例。 對(duì)此，鉆井隊(duì) 應(yīng)在檢修、保養(yǎng)工 作中，采取得力的監(jiān)控措施，防止誤操作現(xiàn)象的出現(xiàn)。吊物繩索方面出現(xiàn)問題多的原因，在于所用繩索強(qiáng)度不夠，結(jié)法不對(duì)，或者用法不對(duì)。 （ 3） 打開油氣層時(shí)準(zhǔn)備不夠造成的井噴，如中原油田某井 ，本來在打開油氣層前就應(yīng)該將鉆井液密度調(diào)整到設(shè)計(jì)要求，但是當(dāng)鉆開油氣層時(shí)卻發(fā)現(xiàn)鉆井液密度沒有達(dá)到要求，嚴(yán)重偏低，造成井噴。井噴失控的危害是多方面的。無控制的井噴，不僅噴出大量的油氣，而且對(duì)油氣藏能量的損失是難以計(jì)算的，可以說是對(duì)油氣藏的災(zāi)難性破環(huán)。 （ 4） 污染環(huán)境。 如大慶油田的喇 83 井、杏 5 井都是因井噴失控將整套設(shè)備陷入地下，四川氣田從 1957 年到 1981 年發(fā)生的井噴著火 31 井次、燒毀鉆機(jī) 18 臺(tái)，全國(guó)從 1950 年至 1997 年，發(fā)生井噴失控井 319 口，失控后著火井 78 口，因井噴失控著火燒毀鉆機(jī)以及因井噴地層塌陷埋掉鉆機(jī)共 59 臺(tái)。 （ 5） 井隊(duì)人員井控防噴意識(shí)太差，造成井噴。值得注意的是，內(nèi)、外鉗工的死亡有許多是司鉆、副司鉆的錯(cuò)誤操作造成的。 表 34 事故發(fā)生地點(diǎn)分布 地點(diǎn) 死亡人數(shù) 所占比例％ 地點(diǎn) 死亡人數(shù) 所占比例％ 鉆臺(tái)上 37 循環(huán)罐區(qū) 2 鉆臺(tái)下 2 水泵房 2 機(jī)房 5 井架 5 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 泵房 8 場(chǎng)地 15 發(fā)電機(jī) 1 其他 2 見表 34，鉆井