欠平衡钻井井底压差的分析及确定
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【摘 要】以欠平衡钻井系统中的压力分布特性为基础，建立了欠平衡钻井井控技术的理论模型。研究了欠平衡钻井过程中的欠平衡钻井压差确定、井筒内压力分布计算和实现井底压力不变的方法。
【关键词】欠平衡钻井 井控 压力分布
Abstract: Based on the feature of pressure distribution in the Under Balanced Drilling system, a well control theory model is presented in this paper, and comparing to the conventional well control, the work of pressure of difference of Under Balanced Drilling and the calculation of pressure distribution in the wellbore is studied in detail when studying Under Balanced Drilling, furthermore, a method of holding up constant pressure in wellbore is studied in this paper.
Key words: Under Balanced Drilling；Well control；Pressure distribution.
在钻井过程中钻井液柱压力低于地层压力，使产层流体有控制地进入井筒并将其循环到地面，这一钻井技术称欠平衡钻井。欠平衡钻井技术是在勘探开发难度日益增加，国际石油市场激烈竞争的条件下应运而生的，是90年代初国际上再次兴起的钻井新技术。应用该技术解决了许多困难和复杂的勘探开发问题,提高了产量、降低了成本，尽快掌握和发展欠平衡钻井技术是更好地发现和保护油气藏的重要战略措施。
1欠平衡钻井井底压差的确定
井底压差是指井底压力与地层压力之差，其设计值准确与否直接关系到能否安全、快速钻进，如果设计值过小，易造成井下压力过平衡，失去负压钻井的目的；若设计值过大，易造成井口设备过载甚至失控，从而引起重大钻井事故。
1.1欠平衡钻井井底压差的影响因素
影响负压值大小的因素有：①单位负压下的产油、气量（可由已生产井求得）；②设计的随钻产油气量；③负压井段不同压力体系的地层压力；④水平井段的长度；⑤井口设备的除气液能力；⑥井口防喷设备的额定工作压力；⑦井眼稳定性。
1.2欠平衡钻井井底压差的因素分析
其中①、②、③项的因素对负压值的确定产生直接的影响。负压井段压力单一的钻井设计中，设计负压值等于设计的随钻产油量与单位负压产油量的商；在负压井段有多套地层压力体系的钻井设计中，设计负压值应该是针对地层压力最低的地层。只有这样才能保证多个压力体系下钻进都处在负压状态，而不会出现高压地层井底负压、低压地层井底正压的现象。
因素④的影响是指当水平长度达到一定值的时候，其环空压耗大于负压值就会在钻头处产生过平衡压力。然而刚进入水平井段处井底的负压差等于钻头处负压差与环空压耗之代数和，所以水平井负压设计必须考虑水平井段长度对负压的影响。
因素⑤、⑥对负压值设计有间接的影响。负压值越大，即预计的随钻产油气量越大，泥浆液柱压力降低就越多，井口回压也会相应升高。因此，负压值和井口最大回压可作为选择除气和撇油设备及防喷器的依据。
因素⑦对负压钻井设计有着非常重要的影响，井眼不失稳是欠平衡钻井的基本前提。在欠平衡钻井，地层流体不断渗入井筒，如果井底负压差过大，不仅给地面设备控制和处理带来困难，而且可能使地层坍塌、出砂，造成地层毁灭性破坏。
1.3欠平衡井控原理
欠平衡钻井作业与常规井控状况的主要差别是：①套管坐封在被钻地层的顶部。②第一道溢流屏障是位于钻台下面的旋转密封装置。③套管鞋下钻井时，地层流体经循环出井，钻柱中有井下钻井液马达和随钻测量装置(MWD)。
一般地讲，欠平衡钻井的基本原则是：只要井口旋转密封装置能够安全包容地面压力就保持钻进。实践表明，快速钻井可以减少问题发生。使用钻井液马达钻井，通过钻杆内压力变化来监测井底压力变化会更加困难。钻井液马达负载变化会引起钻杆内压力变动，这种情况下，维持一个恒定的钻井液池液面是最好的节流控制方法，当产层气已扩散到全部环空液柱内时，维持恒定液面有助于保持环空中液体的平均含量。
2欠平衡钻井实现压力平衡
2.1用原密度钻井液循环压井
用原密度压井时，立管压力、井底压力和套管压力与关井时不同，将发生变化：立管压力Pt：由于循环时钻井液在整个系统中有流动阻力ΔPCS，必然加在立管压力表上，因此，Pt将等于
Pt=Pd+ΔPCS
井底压力Pwf：循环到井底是，ΔPCS的大部分已损耗在钻杆和钻头水眼上，只剩下环空压力损失ΔPla，此时
Pwf=Pp+ΔPCS
套管压力Pa：在环空井口，循环阻力已消耗完，仍保持原有的关井套管压力。由此可得压力平衡关系式
Pd+ΔPCS-ΔPld+Pdd=Pp=Pa+Pda
式中：ΔPld为钻杆内和钻头水眼的压力损失。
实现井底压力不变的方法是：在保证循环压井泵速不变的条件下，控制循环时立管压力不变，使
Pt＝Pd +ΔPCS
这就需要在循环中通过调节节流阀来控制Pt和Pwf不变。
2.2用加重钻井液循环压井
当加重钻井液注入钻柱内时，钻柱内钻井液柱Pdd将随时间成直线地增大，为了保证井底压力不变，必须成线性减少立管压力Pt。
开始循环时：立管压力Pti=Pd+ΔPCS
重钻井液到达井底时：立管压力Ptf=ΔPCS