【文章內(nèi)容簡介】 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。通過事故統(tǒng)計(jì) 總結(jié)出事故發(fā)生的原因。 （ 2） 欠平衡鉆井作業(yè)過程危險(xiǎn)源分析 通過對以前發(fā)生事故過程中危險(xiǎn)源的分析，增強(qiáng)在鉆井過程中的危險(xiǎn)源辨識(shí)的能力。先進(jìn)行第一類危險(xiǎn)源的辨識(shí)，然后在第一類危險(xiǎn)源辨識(shí)的基礎(chǔ)上，對第二類危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)而預(yù)防事故過程中的危險(xiǎn)因素的產(chǎn)生，避免事故的發(fā)生。 （ 3） 欠平衡鉆井作業(yè)過程安全邊際 通過 對不同地層下欠平衡鉆井液密度的分析和地層壓力誤差的分析，提出欠平衡鉆井安全邊際。 （ 4） 欠平衡鉆井井內(nèi)壓力控制技術(shù) ① 地層壓力預(yù)測的誤差控制 ② 鉆井液密度的控制 ③ 作業(yè)過程中的安全管理和安全控制 ④ 針對欠平衡鉆井作業(yè)過程 提出 安全 對策 措施 畢業(yè)設(shè)計(jì) 所采用的方法手段及步驟等 （ 1） 欠平衡鉆井作業(yè)過程事故統(tǒng)計(jì)與事故致因分析 廣泛查找欠平衡鉆井作業(yè)過程中發(fā)生的生產(chǎn)事故、人身傷亡事故，并對其進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)、分析。 通過事故統(tǒng)計(jì) ，分析出事故發(fā)生的主要致因。 （ 2） 欠平衡鉆井作業(yè)過程危險(xiǎn)源分析 以事故致因?yàn)榛A(chǔ)， 采用危險(xiǎn)源辨識(shí)方法對欠平衡鉆井作業(yè)過程中的第一類危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)，找出主要的第一類危險(xiǎn)源，提出相應(yīng)的安全技術(shù)對策；再在第一類危險(xiǎn)源辨識(shí)的基礎(chǔ)上，找出第二類危險(xiǎn)源，并提出安全技術(shù)對策。 （ 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， 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)。為欠平衡鉆井作業(yè)過程安全控制提供一種技術(shù)手段。 （ 4） 安全管理措施 由于欠平衡鉆井不同于常規(guī)鉆井，要使欠平衡鉆井獲得成功，除了正確的鉆井設(shè)計(jì)和先進(jìn)的設(shè)備外，還需要有技術(shù)熟練素質(zhì)較高的作業(yè)人員。 加強(qiáng)對操作人員、機(jī)械設(shè)備及技術(shù)的管理，切實(shí) 落實(shí) 安全生產(chǎn)責(zé)任制，抓好現(xiàn)場安全管理措施，通過對人、機(jī)、料、法、環(huán)各方面的綜合管理，保證欠平衡鉆井作業(yè)過程的安全，降低事故發(fā)生的概率，減少經(jīng)濟(jì)損失。 因此，由國內(nèi)外對欠平衡鉆井的研究現(xiàn)狀，我們可以知道，欠平衡鉆井技術(shù)有可能 成為繼水平井技術(shù)之后在鉆井 技術(shù)上的另一大發(fā)展方向和熱點(diǎn)。 它有利于防止鉆井液漏失，欠平衡鉆井技術(shù)能有效地減輕地層傷害 ， 提高油井產(chǎn)能 ； 避免復(fù)雜事故發(fā)生 ， 提高鉆井速度 ， 降低鉆井成本 ；實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)油藏和發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況等 優(yōu) 點(diǎn)，我們了解欠平衡鉆井技術(shù)是非常必要的。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2 欠平衡鉆井技術(shù) 欠平衡鉆井 概述 國內(nèi)外關(guān)于欠平衡鉆井的定義有很多說法，但最終都是反應(yīng)井筒壓力與地層孔隙壓力之間的關(guān)系，其中： 1） 美國石油協(xié)會(huì)在“鉆井用防噴裝置” — RP53 草案第十三條定義為：欠平衡壓力鉆井是鉆井過程中允許地層流體進(jìn)入井內(nèi)，循 環(huán)出井，并在地面加以控制的鉆井技術(shù)。簡稱“ UDB” ,即 Under Balanced drilling. 2） 加拿大能源儲(chǔ)備部定義為：鉆井過程中鉆井液柱壓力低于產(chǎn)層壓力，若鉆井液密度不夠低，則在鉆井液中充入氣體，允許地層流體進(jìn)入井眼，并可將其循環(huán)至地面加以控制的鉆井技術(shù)。 3） 我國的幾個(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。 綜上所述： 在鉆井過程中，利用自然條件或人工方法，在可以控制的條件下，使井筒內(nèi)鉆井液 液柱壓力低于所鉆地層的壓力，從而在 井筒內(nèi)形成負(fù)壓，這一鉆井過程叫欠平衡鉆井，其工藝流程就是在常規(guī)模 板環(huán)形防噴器的上部安裝一套防噴器 (旋轉(zhuǎn)控制頭 )，鉆井時(shí)采用低密度常規(guī)鉆井液或在鉆井液中注入氮?dú)饣蛱烊粴?，或采用干氣、泡沫鉆井液等，使環(huán)空液柱壓力低于地層壓力。利用旋轉(zhuǎn)防噴和節(jié)流管匯，控制井口一定壓力和井底負(fù)壓，使井內(nèi)油氣有控制的進(jìn)入井眼經(jīng)體外循環(huán)系統(tǒng) (鉆井泵一鉆具 ~環(huán)空～節(jié)流管匯 ~液氣分離器 ~撇油罐～真空除氣器等 )有效分離，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)鉆進(jìn)。 利用自然條件，是指地層壓力較高，采用常規(guī)鉆井液就能夠在井筒內(nèi)形成負(fù)壓 。采用這種方式進(jìn)行欠平衡鉆井，不需要向鉆井液中加入使密度降低的外加劑，也不需要向鉆井液中充入外加劑的輔助設(shè)備及其它外圍輔助設(shè)備，因而鉆井成本也較低。國內(nèi)大多數(shù)油田都有利用自然條件進(jìn)行欠平衡鉆井的區(qū)塊。 采用人工方法在井筒內(nèi)形成負(fù)壓，主要是因?yàn)榈貙訅毫^低， 采用常規(guī)鉆井液無法形成負(fù)壓， 需要向鉆井液中注入使鉆井液密度減低的外加劑。造成地層低壓的原因，或者是地層原始?jí)毫Ρ旧砭捅容^低，或者是老開發(fā)區(qū)內(nèi)長期開采使儲(chǔ)層壓力大幅度降低。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。采用柴油作鉆井液減輕劑需要的輔助設(shè)備較為簡單，其它減輕劑則需要較西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 為復(fù)雜的外圍輔助設(shè)備，因而鉆井成本相對比較高。 欠平衡技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用效果分析 （ 1） 美國 目前已有 20 多個(gè)國家用欠平衡鉆井技術(shù)施工 3500 多口井，其中有直井也有水平井。 例 1， 1982 年美國?？松驹诘驴怂_斯州威爾遜縣 ， 瑪薩里納瑞克油田鉆了24 口井。該油田為裂縫性油藏 ， 油層孔隙度為 4%~9%， 滲透率 為 103~ 103μ m2， 井深約 2500 m左右。 24 口井中 ， 采用兩種循環(huán)體系鉆進(jìn) ,即常規(guī)鉆井液鉆井和低壓鉆井。其中 21 口采用常規(guī)鉆井液鉆井 (19 口井為普通鉆井液 ， 2 口為加重鹽水鉆井液 )， 3 口采用低壓鉆井 (2 口是霧化 ， 1 口是輕質(zhì)鹽水 )。據(jù)奧斯汀白堊系地層完井的 10 口井統(tǒng)計(jì) ， 其中用普通鉆井液完井 6 口 ， 開采 24 個(gè)月 ， 占總開采量的 18%， 平均每井每月占總開采量的 %； 而用霧化鉆井 2 口 ， 開采 23 個(gè)月 ，占總開采量的 69%， 平均每井每月占總開采量的 %， 比前者增加 15 倍。 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 。這樣低的壓力 ,用常規(guī)鉆井方式 (普通鉆井液鉆井 )和修井技術(shù)實(shí)際上是不可行的。因?yàn)樗豌@井液會(huì)傷害和淹沒氣井。所以 ， 在原來油井附近又鉆了一口補(bǔ)充井 ， 用穩(wěn)定泡沫鉆生產(chǎn)層 ， 泡沫流體防止了明顯的地層傷害。在裸眼完井后還未進(jìn)行酸化壓裂 ,這口井的產(chǎn)氣量就達(dá) 70800m3/d。另外 ,欠平衡鉆井還在美國貝克油田 ， 科羅拉多州的石灰?guī)r和白云巖儲(chǔ)層以及加利福利亞州的裂縫性黑碳頁巖儲(chǔ)層等獲得了成功的應(yīng)用。 （ 2） 加拿大 例 1， 加拿大一個(gè)最 好的欠平衡鉆井例子是在 Rigel Halfway Poo1,實(shí)現(xiàn)了表皮傷害為零。產(chǎn)層是三疊系 Halfway 砂巖 ,平均滲透率為 100 103μ m2,孔隙度為15%~20%， 采用天然氣作為欠平衡鉆井介質(zhì)。鉆井過程中 ,采用頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) ,井可以連續(xù)溢流。巖屑隨著油流到地面 ,巖屑上返速度高 ,減少了巖屑固相對產(chǎn)層的污染。正式投產(chǎn)時(shí)產(chǎn)量為鄰井直井的 10 倍。隨后 ， 在附近又鉆了一口井 ， 取得了類似的產(chǎn)量 ,驗(yàn)證了欠平衡鉆井在這種地層中的增產(chǎn)效果。 例 2， 在加拿大的 Weyburn 油田 ， 有 90 多口包括單油層、雙油層和三油層的井 ,因 使用欠平衡鉆井而大幅度提高了產(chǎn)量 ， 還提高了鉆速和鉆頭進(jìn)尺。并且四年里沒有發(fā)生卡鉆、井眼不穩(wěn)定和環(huán)境污染事故。 加拿大在其它許多地層中應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)也取得了好的效益。加拿大能源局 (ERCB)的研究結(jié)果表明 ， 欠平衡鉆井的安全記錄比常規(guī)鉆井也要好。 （ 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。后來使用欠平衡鉆井技術(shù)連續(xù)鉆了 3 口井 ， 不僅避免了地層污染 ,而且解決了原來預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)的鉆井問題。成功地進(jìn)行了取心、測井 ， 并順利地強(qiáng)行下入了Φ mm套管 ， 屬于欠 平衡完井。 在取得經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 ， 其它井也在欠平衡條件下完成了取心、測井和固井 ， 減少了作業(yè)時(shí)間和成本。不僅如此 ,還省掉了技術(shù)套管 ,這進(jìn)一步減少了時(shí)間與成本 ，并且可選擇更大的井眼以滿足高產(chǎn)量的要求。 目前在印度尼西亞、委內(nèi)瑞拉、墨西哥、哥倫比亞和俄羅斯等也在推廣欠平衡鉆井技術(shù) 。 （ 4） 中國 例 1， 70 年代在四川有不少人使用“邊噴邊鉆”的方法打開氣層 ， 一般是用清水為循環(huán)介質(zhì) ， 在真正的欠平衡條件下打開氣層 ， 這可能是最早的“欠平衡鉆井”。具體增產(chǎn)對比結(jié)果沒有詳細(xì)記錄 ， 但據(jù)反映普遍增產(chǎn) ， 井漏問題也得以緩解。 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。這一方面造成鉆井液費(fèi)用大幅度增加 ， 鉆井作業(yè)復(fù)雜 ， 更重要的是影響勘探開發(fā)的成功率和經(jīng)濟(jì)效益。新疆石油管理局首先安排了夏子街油田 X1023 和X1026 井用空氣鉆井鉆開產(chǎn)層。兩口井均在鉆開產(chǎn)層時(shí)發(fā)生井噴 ， 氣量最大有 10 104~15 104m3/d(而該地區(qū)所有常規(guī)鉆井液鉆井均未測試到超過 1 104m3/d 的產(chǎn)氣量 ),并伴有大量原油產(chǎn)出 ， 邊噴邊鉆 100 多米后完井。這兩口空氣井不但為夏子街油田 1991~1992 年的大規(guī)模開發(fā)提供了極有價(jià)值的地質(zhì)參 考資料 ， 而且揭示了新疆石油管理局所屬油田有豐富天然氣資源 ， 這是幾十年水基鉆井液鉆井所從未發(fā)現(xiàn)的 ， 此結(jié)果為新疆石油管理局油氣開發(fā)并舉的決策提供了直接依據(jù)。 欠平衡鉆井的優(yōu)缺點(diǎn) 在鉆井過程中，實(shí)現(xiàn)對油氣層的充分暴露和保護(hù)，有利于發(fā)現(xiàn)油氣層和增加油井產(chǎn)量，欠平衡鉆井所具有的一些技術(shù)優(yōu)勢較好地適應(yīng)了這種需求。 （ 1） 可以減輕或消除鉆井液對地層的損害 常規(guī)鉆井一般都是過平衡鉆井，由于鉆井液液柱壓力高于地層壓力，不可避免地會(huì)造成鉆井液濾液和有害固相進(jìn)入產(chǎn)層，從而造成對產(chǎn)層的傷害。在某些情況下這種傷害將永久地降低油井的產(chǎn)量，需要進(jìn)行費(fèi)用昂貴的增產(chǎn)措施和修井工作才能達(dá)到地層的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量水平。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。 （ 2） 良好的產(chǎn)層顯示，有利于達(dá)到勘探目的 過平衡鉆井對地層造成的傷害很可能使預(yù)期本應(yīng)該出現(xiàn)的油氣顯示沒有出現(xiàn)，從而影響了油氣的勘探。而欠平衡鉆井條件下，鉆井過程中地層流體可以進(jìn)入井眼，西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在井口監(jiān)測返出液就可以適時(shí)提供良好的產(chǎn)層信息，從而有利于達(dá)到勘探目的。大港油田板 深 7 井成功地利用平衡鉆井技術(shù)，在多年勘探?jīng)]有重大發(fā)現(xiàn)的千米橋區(qū)塊，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)億噸級(jí)大油田。 （ 3） 增加了防噴能力，降低了井噴失控的風(fēng)險(xiǎn) 由于欠平衡鉆井過程中人為地采用了關(guān)并作業(yè)方式，鉆井施工是在關(guān)井導(dǎo)流狀態(tài)下進(jìn)行的，從而降低了井噴失控的風(fēng)險(xiǎn)。 （ 4） 可以大幅度地提高鉆井速度 由于采用負(fù)壓鉆進(jìn)，使井底巖石三相應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，有利于鉆頭對巖石的破碎，從而可以大大地提高鉆頭的機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，降低綜合鉆井成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在加拿大采用欠平衡鉆井比普通鉆井速度提高 2～ 6 倍。 （ 5） 可以降低井漏風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約鉆井成 本 首先，常規(guī)過平衡鉆井不可避免地會(huì)引起鉆井液的輕微滲漏，其次，在易漏層段，可能會(huì)引起大量鉆井液流入地層，不僅會(huì)造成進(jìn)一步的事故和復(fù)雜，延長鉆井周期，還會(huì)因鉆井液的大量流失而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。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。 我國垂深最深的水平井 — 塔里木油田的解放 128 井， 1996 年 7 月 30 日鉆至，雖采用橋接、柴油膨潤土水泥、水泥等多種堵漏方法共進(jìn)行39 次堵漏作業(yè)，效果均不理想，強(qiáng)行鉆進(jìn) ，僅鉆井液一項(xiàng)就損失 534 萬元，同 時(shí)鉆井周期也大大延長。 8 個(gè)多月的鉆井費(fèi)用達(dá) 980 萬元， 井段平均每米鉆井成本 萬元。塔里木指揮部決定采用欠平衡鉆井方式完成水平段的鉆進(jìn)施工。而采用欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)尺 196m，穿過了 13 個(gè)裂縫發(fā)育段，用時(shí)僅 16d 加上水平井段的定向井技術(shù)服務(wù)費(fèi)用，平均每米鉆井成本也僅為 萬元。 （ 6） 可以減少壓差卡鉆的風(fēng)險(xiǎn) 欠平衡鉆井過程中，地層壓力大于鉆井液形成的液柱壓力，壓差卡鉆的問題基本上可以消除。 （ 7） 可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣 由于欠平衡鉆井是有控制地制造溢流，油氣可有控制地從井內(nèi)返出到地面 ，經(jīng)分離、處理后，可以作為鉆井過程中的副產(chǎn)品加以利用或出售，從而補(bǔ)償欠平衡作業(yè)的輔助費(fèi)用。美國得克薩斯州的一些井采用欠平衡鉆井，在鉆井過程中生產(chǎn)的油氣幾乎可以把全部鉆井成本收回，而加拿大政府為了鼓勵(lì)油公司采用欠平衡鉆井技術(shù)達(dá)到保護(hù)油氣層的目的，規(guī)定在鉆井過程中生產(chǎn)的油氣免交資源稅，所以油公司都積極采用欠平衡鉆井技術(shù)，以在鉆井過程中盡可能多地生產(chǎn)