【正文】 ........................................ 53 參考文獻 ............................................................................................................................. 54 致謝 ..................................................................................................................................... 55 附 錄 ................................................................................................................................... 56 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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 ， 以實現(xiàn)所謂的“邊噴邊鉆” ， 該種鉆井工藝技術(shù)叫欠平衡鉆井 。在勘探開發(fā)過程中，鉆井投資往往占總投資的三分之一至三分之二 。 隨著世界石油工業(yè)的發(fā)展，對鉆井技術(shù)發(fā)展的要求是為日益復(fù)雜困難的勘探開發(fā)服務(wù)，主要體現(xiàn)在 :在開發(fā)上要拿非常規(guī)油氣資源，勘探上要適應(yīng)日益復(fù)雜和困難地質(zhì)條件的要求。目前國外在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用情 況 以及發(fā)展趨勢表明，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。但由于鉆井裝備， 地質(zhì)條件等難以滿足要求，所以此項技術(shù)發(fā)展緩慢，沒能在世界上推廣應(yīng)用。尤其是進入九十年代后，欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展迅速并己充分地展現(xiàn)了欠平衡鉆井在勘探開發(fā)中的優(yōu)勢，因而獲得了強大的生命力，所以盡快掌握和發(fā)展欠平衡技術(shù)是改變我國目前石油工業(yè)現(xiàn)狀的戰(zhàn)略措施。 以下是欠平衡鉆井有別于常規(guī)鉆井的主要復(fù)雜問題： ①邊噴邊鉆，所謂邊噴邊鉆是指在 鉆井過程中鉆井液液柱壓力低于地層孔隙壓西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 力允許地層流體流入井眼、循環(huán)出并在地面得到有效控制的一種鉆井方式。 ②地層流體進入鉆井液，伴隨著鉆井液的性能就會發(fā)生變化，鉆井液在在鉆井過程中的發(fā)揮的作用就會受到影響。因此對欠平衡鉆井液的選擇以及欠平衡鉆井液密度的選擇和鉆井液在受到地層流體侵入后所采取的措施也必須有更高的要求。井口防噴器的選擇也有了更高的要求。 ⑤ 更大的地層傷害，在欠平衡作業(yè)過程中，地層壓力高于循環(huán)鉆井液井底壓力，所以在巖石表面不能形成泥餅，一旦在鉆井和完井作業(yè)期間不能保持連續(xù)的欠平衡狀態(tài)，污泥餅的井壁無法阻止液相和固相對地層的侵入，有更大的污染機遇。我們要從安全系統(tǒng)論的角度去研究欠平衡鉆井中出現(xiàn)的復(fù)雜問題，從事故統(tǒng)計和原因分析，鉆井中危險源辨識與分析和安全 指導(dǎo) 方法的角度發(fā)現(xiàn)和預(yù)防事故的發(fā)生，進而通過設(shè)備、管理、技術(shù)等安全技術(shù)手段 管理欠平衡鉆井作業(yè)，有利于提高欠平衡作業(yè)過程中的安全程度，有利于防止井噴失控的發(fā)生，有利于事故的減少和預(yù)防，有利于減少發(fā)生事故所造成的經(jīng)濟損失以及為此所帶來的負面社會影響，從而為企業(yè)樹立更好的社會影響，進而為企業(yè)增加更大的經(jīng)濟效益。例如 ， 1991 年加拿大欠平衡鉆井技術(shù)打井30 口 ， 1993 年用欠平衡鉆井技術(shù)打井 120 口 ， 1994 年和 1995 年分別用欠平衡鉆井230 和 330 口。據(jù)最新的信息資料統(tǒng)計 ， 目前已有 20 多個國家和地區(qū)應(yīng)西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 用欠平衡鉆井技術(shù)施工了 4000 多口井 ， 其中有直井和水平井 ， 還有不少是含有 H2S的井。 其安全控制技術(shù)比較成熟。 20 世紀 80 年代初 ， 新疆石油管理局率先開發(fā)應(yīng)用了欠平衡鉆井工藝技術(shù) ， 1984 年 9 月在紅 29 井進行了一口泡沫鉆井 ， 隨后相繼開展了空氣霧化鉆井、充氣泥漿鉆井工藝技術(shù)的研究。由于井控設(shè)備及一些關(guān)鍵技術(shù)的研究均未達到現(xiàn)場生產(chǎn)的要求而未推廣應(yīng)用。其中四川、新疆分別完成 3 口 ； 中原、長慶、塔里木各完成 2 口。其中關(guān)于健康、環(huán)保和安全的要求包括是以下內(nèi)容： （ 1） 應(yīng)配置有毒氣體檢測儀。 （ 2） 現(xiàn)場工作人員每人配一套防毒面具，另配一定數(shù)量的公用防毒面具和藥品，并做到人人會使用、會維護、會檢查。硫化氫濃度超過安全臨界濃度 時，應(yīng)壓穩(wěn)地層，停止欠平衡作業(yè)。 （ 5） 要配置足夠的儲油罐，并用管匯與撤油罐連接，以便產(chǎn)出的油安全、及時地運走。 （ 7） 受油污染的巖屑應(yīng)專門用容器存放，并到指定地點進行處理。 （ 9） 防硫化氫未盡事宜按 SY/T 5087 , SY/T 6426 的規(guī)定執(zhí)行。 注： SY/T 5087 含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法 SY/T 5225 石油天然氣鉆井、開發(fā)、儲運防火防爆安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程 SY/T 6228 油氣井鉆井及修井作業(yè)職業(yè)安全的推薦作法 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 SY/T 6426 鉆井井控技術(shù)規(guī)程 目前國內(nèi)對于欠平衡鉆井安全控制手段主要是通過以上的行業(yè)標準進行規(guī)范的，本文將通過在欠平衡作業(yè)過程中對復(fù)雜地層壓力預(yù)測 和欠平衡鉆井液的安全裕量的分析，提出 欠平衡鉆井安全邊際 ， 從安全技術(shù)角度，提出安全控制措施。通過事故統(tǒng)計 總結(jié)出事故發(fā)生的原因。先進行第一類危險源的辨識，然后在第一類危險源辨識的基礎(chǔ)上，對第二類危險源進行辨識，進而預(yù)防事故過程中的危險因素的產(chǎn)生，避免事故的發(fā)生。 （ 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 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，并對其進行綜合統(tǒng)計、分析。 （ 2） 欠平衡鉆井作業(yè)過程危險源分析 以事故致因為基礎(chǔ)， 采用危險源辨識方法對欠平衡鉆井作業(yè)過程中的第一類危險源進行辨識，找出主要的第一類危險源，提出相應(yīng)的安全技術(shù)對策；再在第一類危險源辨識的基礎(chǔ)上，找出第二類危險源，并提出安全技術(shù)對策。為欠平衡鉆井作業(yè)過程安全控制提供一種技術(shù)手段。 加強對操作人員、機械設(shè)備及技術(shù)的管理，切實 落實 安全生產(chǎn)責任制，抓好現(xiàn)場安全管理措施，通過對人、機、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)濟損失。 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 ；實時評價油藏和發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況等 優(yōu) 點，我們了解欠平衡鉆井技術(shù)是非常必要的。簡稱“ UDB” ,即 Under Balanced drilling. 2） 加拿大能源儲備部定義為：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，允許地層流體進入井眼，并可將其循環(huán)至地面加以控制的鉆井技術(shù)。 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 )，鉆井時采用低密度常規(guī)鉆井液或在鉆井液中注入氮氣或天然氣，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)形成負壓 。國內(nèi)大多數(shù)油田都有利用自然條件進行欠平衡鉆井的區(qū)塊。造成地層低壓的原因，或者是地層原始壓力本身就比較低，或者是老開發(fā)區(qū)內(nèi)長期開采使儲層壓力大幅度降低。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（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。 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。 24 口井中 ， 采用兩種循環(huán)體系鉆進 ,即常規(guī)鉆井液鉆井和低壓鉆井。據(jù)奧斯汀白堊系地層完井的 10 口井統(tǒng)計 ， 其中用普通鉆井液完井 6 口 ， 開采 24 個月 ， 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。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)實際上是不可行的。所以 ， 在原來油井附近又鉆了一口補充井 ， 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。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和白云巖儲層以及加利福利亞州的裂縫性黑碳頁巖儲層等獲得了成功的應(yīng)用。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)。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。隨后 ， 在附近又鉆了一口井 ， 取得了類似的產(chǎn)量 ,驗證了欠平衡鉆井在這種地層中的增產(chǎn)效果。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。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)計可能出現(xiàn)的鉆井問題。 在取得經(jīng)驗的基礎(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)時間和成本。 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) 。具體增產(chǎn)對比結(jié)果沒有詳細記錄 ， 但據(jù)反映普遍增產(chǎn) ， 井漏問題也得以緩解。這一方面造成鉆井液費用大幅度增加 ， 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)濟效益。兩口井均在鉆開產(chǎn)層時發(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。 欠平衡鉆井的優(yōu)缺點 在鉆井過程中，實現(xiàn)對油氣層的充分暴露和保護，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。在某些情況下這種傷害將永久地降低油井的產(chǎn)量，需要進行費用昂貴的增產(chǎn)措施和修井工作才能達到地層的經(jīng)濟產(chǎn)量水平。 （ 2） 良好的產(chǎn)層顯示，有利于達到勘探目的 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。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)了一個億噸級大油田。 （ 4） 可以大幅度地提高鉆井速度 由于采用負壓鉆進，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械鉆速，縮短鉆井周期，降低綜合鉆井成本。 （ 5） 可以降低井漏風險，節(jié)約鉆井成 本 首先，常規(guī)過平衡鉆井不可避免地會引起鉆井液的輕微滲漏，其次，在易漏層段，可能會引起大量鉆井液流入地層，不僅會造成進一步的事故和復(fù)雜，延長鉆井周期，還會因鉆井液的大量流失而造成重大經(jīng)濟損失。 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行39 次堵漏作業(yè)，效果均不理想，強行鉆進 ，僅鉆井液一項就損失 534 萬元，同 時鉆井周期也大大延長。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施工。 （ 6） 可以減少壓差卡鉆的風險 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。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油公司采用欠平衡鉆井技術(shù)達到保護油氣層的目的，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)油氣，因此，目前加拿大的欠平衡鉆井技術(shù)和配套裝備最為完善，其空氣鉆井技術(shù) (欠平衡鉆井技術(shù)之一 )已經(jīng)達到非常完善的水平。這不僅可提高油氣勘探的效率和準確性，而且也可為鉆井施工本身提供有用的信息，便于隨時調(diào)整鉆井措施和地面操作方法，提高鉆井施工的安全性。 ① 導(dǎo)致鉆井成本的增加。設(shè)備投入與管理費用高 。采用氮氣、天然氣等作為鉆井液減輕劑時，需要制備、壓縮 、充入等設(shè)備 。 ② 存在一些不安全因素。 因為不可能在整個施工期間都維持井筒內(nèi)的欠平衡鉆井狀態(tài)，如起下鉆、電測 (如需要 )、完井等施工作業(yè)時，還需要注入重鉆井液使地層壓力基本處于平衡，所以對地層的傷害也不可能完全避免。如果再進行固井作業(yè)，對產(chǎn)層造成的傷害可能更為嚴重。 實施欠平衡鉆井應(yīng)考慮的問題 在實施欠平衡鉆井時，要考慮鉆井地質(zhì)、儲層、產(chǎn)量、作業(yè)者水平、工程難度等因素。 二、不易實施欠平衡壓力的地層 ①高壓和高滲透率相