第8章 特殊钻井工艺井控技术

第八章 特殊钻井工艺井控技术

一、 欠平衡井控技术

1、欠平衡压力钻井技术的定义

欠平衡压力钻井技术是指在钻井过程中钻井液循环时的动态井底压力(井内静液压力与环空循环压耗之和)低于地层压力，在钻开油气层的同时允许地层流体进入井内，并且在地面实现对井眼压力的有效控制，将进入井内的溢流物循环到地面上来的钻井方法。

2、与常规钻井相比，欠平衡钻井技术的优点

(1)有利于识别、评价和发现油气藏。钻进过程中井内钻井液柱的压力低于地层孔隙压力，允许地层流体进入井内，这有利于识别和准确评价油气藏。

(2)有利于油气层保护，减轻地层伤害，提高油气井产能。对于低渗油气藏、压力衰竭的油气藏，这一优势更为突出。

(3)有利于提高机械钻速。欠平衡压力钻井与近平衡压力钻井相比，井底岩石容易破碎、容易离开井底进入环空，消除了压持效应，保证井底的清洁，能大幅度提高机械钻速。同时减轻了钻头磨损，延长了钻头的使用寿命。

(4)有利于减少或杜绝压差卡钻和井漏事故。由于井内液柱压力的降低，有效地减少了压差卡钻和压漏地层等井下复杂情况发生的可能性，大大地缩短了非生产时间，确保了钻井生产的安全。

(5)有利于增加防喷能力，降低井喷失控的风险。在欠平衡钻井过程中，由于井口防喷器一直处于安全关井状态，确保了井口的安全性。

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(6)可以在钻井过程中生产油气。由于在欠平衡钻井的同时，产层中油气在地面有效控制下进入井内，并同钻井液一起循环到达地面，经分离、处理后得到油气。

3、国内外欠平衡压力钻井技术的发展概况

在20世纪30年代，国外就开始利用空气作为井内循环介质 钻坚硬地层，并取得较为显著的钻井效益。

在20世纪60一80年代，国外研制开发了泡沫钻井液技术，有 效地解决了环空携岩问题，大大地促进了欠平衡钻井技术的发展。

在20世纪80年代末至90年代初期，美国研制了欠平衡钻井专用设备和工具，并成功地应用于钻井现场，取得了令人鼓舞的效益。

目前美国、加拿大应用欠平衡钻井技术所钻的井数已占到全部钻井总数的30％以上，成为欠平衡钻井技术最先进的两个国家。

我国各大油田相继从20世纪90年代中后期开始引进旋转防喷器等主要设备和相关技术，进行了大量卓有成效的研究与试验，并取得了可喜的经济效益。

4、欠平衡钻井井底压力的控制 (1)欠平衡钻井井底压力的计算公式

ΔPu＝Pp－(Pm十Pap十Pa) (8—1)

式中 ΔPu —— 欠平衡压力值，MPa；

Pp——地层压力，MPa； Pm——钻井液静液压力，MPa； Pap——环空压耗，MPa；

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Pa——井口套压，MPa。

(2)欠平衡钻井中各种压力分析 ①钻井液静液压力Pm

钻井液静液压力Pm是钻井液密度的函数。它直接作用在井底或地层上，其变化直接影响着欠平衡压力值的大小。但地层流体进入环空后，环空为多相流体所充满，因此，很难准确求出环空内静液压力。

②环空压耗Pap。

环空压耗是钻井液从井底沿环空上返至地面所产生的循环压耗，是钻井液性能、井眼参数的函数。它直接作用在井底或地层上，其变化直接影响着欠平衡压力值的大小。在常规钻井中环空压耗Pap＝0.7—1.4MPa，但在欠平衡压力钻井中，当地层流体进入环空后，环空为多相流，因此，很难准确求出环空压耗Pap。

③井口套压Pa

在欠平衡钻井过程中，地层流体连续不断地进入井眼内，环空静液压力就会下降，欠平衡压力值上升。所以，必须在井口控制一定的套压，实现对地层流体进入量的有效控制。

④地层压力Pp

地层压力不仅是常规钻井中的主要参数，更是欠平衡压力钻井中最为关键的参数，一切欠平衡钻井参数的计算都是依据地层压力而定，因此在钻开油气层之前必须掌握清楚。对于开发井来讲，地层压力掌握较为准确，可以直接用于欠平衡钻井的参数计算；而对于探井来讲，由于影响地层压力的因素较多，很难准确地确定地层压力的大

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小，所以只能作为计算参考。当发生溢流或钻时加快时，应停止钻进，近似求出地层压力，再根据所求地层压力，调整钻井液性能参数。由于在实际欠平衡钻井中均使用了钻具内防喷工具，因此可按如下步骤求出地层压力。

a、关井，记录井口套压值。

b、在钻井日报表中查出事先测得的低泵冲泵压Pci

c、缓慢开泵并将泵速调到压井泵速，在此过程中使用节流阀 调节套压不变，并记录此时的循环立压PTI值。

d、停泵，关节流阀。 e、求得Pd＝PTI－Pci；

则： Pp＝Pd十Pm＝Pd十0.0098ρmHm (8—2) 式中 Pp——地层压力 MPa

Pm——钻井液静液压力 MPa Pd——求得的关井立管压力 MPa Pci——低泵冲泵压 MPa

ρm——钻井液密度 g/cm3

Hm——垂直井深 m ⑤欠平衡压力值ΔPu

欠平衡压力值是由地层压力Pp、钻井液静液压力Pm、环空压耗Pap 和井口回压Pa确定的。其大小直接影响着地层流体进入井眼的程度。若欠平衡压力值过大，易造成产层的速敏和井口装置承压过大，甚至造成严重的钻井事故；若欠平衡压力值过小，则不能有效地满足

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