充氮欠平衡水平井技术

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摘要： 欠平衡压力钻井可大大减轻地层伤害，提高油气井产能，增强油气资源的勘探评价能力，显著地增加钻井速度，提高钻井效益。本文详细介绍了胜利油田黄河钻井三公司在墨西哥进行的欠平横钻井施工过程。

Abstract: Underbalanced drilling pressure can reduce formation damage, improve oil and gas wells capacity, enhance the ability of the oil and gas resources exploration and evaluation, significantly increase the drilling speed, increase the drilling efficiency. This paper introduces the construction process of drilling by Shengli Oilfield Drilling the Third Company in Mexico.

关键词： 欠平衡；储层；氮

Key words: owe balance；reservoir；nitrogen

中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）20-0026-031

背景介绍

黄河钻井三公司30528队施工的EPC项目自2008年4月26日第一口井开钻以来，共完成45口井施工。完成井全部为三开、欠平衡和短半径水平井技术相结合，难度系数较大,在仅4米的产层平均水平钻进500m，以全过程欠平衡方式完井，准确中靶，产量比直井提高了20倍，较定向井提高了10倍多，使一个经过近一个世纪的开采历史的老油区重新焕发了新春。同时保持中国钻井系统单只队伍施工欠平衡水平井数量之最的记录，并将进一步扩大记录。

2 主要内容

2.1 储层特性 墨西哥EPC项目工区面积5095平方公里。原始地质储量18.9亿吨，剩余地质储量17亿吨。目前共有井数1098口，开井428口。该油田的开发是墨西哥重点项目，中长期计划钻井1068口，总投资超过20亿美元，年产量实现120万吨以上。勘探开发潜力大。

2.1.1 砂岩、裂缝—孔隙型储层 上部地层以泥质灰岩为主，偶见砂岩，储层灰质砂岩见灰泥岩，为裂缝—孔隙型储层。

2.1.2 低渗、低压、低产 原油类型为稠油重度为10-16API，粘度700CP，油藏压力450-600Psi，平均孔隙度（6.4-14.7）%，渗透率0.2-1.6毫达西，油藏埋深450-600m。目前主要靠天然能量开采，采出程度为10%。低渗透、低压、低产已是这一地区面临的不争事实，在近五十年的历史内，该地区没有钻井。而且地层压力严重下降。

2.1.3 储层含水饱和度普遍较高 含水率平均在50%以上，储层的泥质含量高为4-7%，主要伤害是水敏和固相伤害只。有采取特殊的钻采方法才能满足开采需求，否则很容易引起储层污染，采收率下降，而且对施工工序及泥浆性能要求也比较苛刻，使用常规开采技术不能有效经济开发。水平井技术+欠平衡技术是该油区最有效的油田开发技术。

2.2 欠平衡钻井装备

2.2.1 旋转防喷器 EPC地区井口设备主要是采用双闸板加上环形防喷器2FZ28-35+FH28-35+RBOP，配合WEATHERFORD WILIANMS及TSP（T）液压旋转防喷器。

2.2.2 液气分离器 作用：是将井筒内循环出来的气体与液体分离。结构：一般为重力脱气型，采用交叉脱气、钻井液走曲径。

2.2.3 撇油罐（对原油与钻井液的分离） 作用：将井筒循环出来的原油与钻井液分离，保持正常的欠平衡钻井施工。工作原理：流进本装置的混合液体，经过漫流作用，产生重力分离，之后进入撇油室，撇油器将浮于上部的原油撇去，砂泵将沉于底部的钻井液排出。还包括电磁波随钻测量，制氮注氮设备，硫化氢报警装置，点火装置。

2.3 工程施工

2.3.1 负压值确定 理论上的负压值等于设计的随钻产油气量与单位负压产油气量的商，我们根据邻井地质、测试资料确定所钻目的层的预测单位负压值时产油、气量q，以及欠平衡钻井地面设备的最大除气和撇油量Qmax，可以得出井底负压差与两者之间的关系：Pn=Qmax/q。

欠平衡钻井期间，地层气体将进入井眼。井底负压差越大，地层渗透率越高，储层厚度暴露越长，气体进入量就越大。注气量对负压钻井设计有至关重要的影响，井眼不失稳是欠平衡钻井的基本前提。在欠平衡钻井以岩石抗压强度为依据的井底负压差判别式：Pn=2SotanαlnDo/Dh

式中：Do为供给边缘直径，Dh为井眼直径，α为内摩擦角，So为抗拉强度。

EPC地区属于低压地区，因此水平段长度达到一定值时，其环空压耗大于负压值，就会在钻头处形成过平衡压力。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，因此水平井负压设计必须考虑水平井段的长度对负压值的影响。

2.3.2 现场验证 根据环空动力平衡的条件建立如下等式：PW+PHY+PKJ=PD-PF=PL （1）

式中：PW—井口压力；PHY—环空气、液柱压力；PKJ—环空循环压降；PD—地层压力；PF—负压值；PL—井底压力；PB—泵压；PZJ—钻具内循环压降；PM—喷嘴压降；PZ—钻具内液柱压力。根据水力学关系有PB=PZJ+PKJ+PM+PW+PHY-PZ，则PW+PH+PKJ=PB+PZ-PM-PZJ （2）

将式（1）代入式（2），得PF=PD+PM+PZJ-PB-PZ