浅析欠平衡钻井技术原理及工艺

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摘 要：欠平衡钻井的是指在钻井过程中钻井液循环体系的井底压力低于地层孔隙压力，使产层流体有控制的计入井筒并将其循环到地面的钻井技术。本文主要是从欠平衡钻井的原理出发，讨论工艺参数的设定以及钻井液的选择依据。

关键词：欠平衡钻井 工艺 欠平衡钻井液

利用可靠的装备在万千能控制的情况下，合理的确定钻井液液柱压力与地层孔隙压力的负压差值，引导地层流体进入井筒，形成溢流或井喷，在溢流或者井喷状态下钻进时，控制进口钻井钻井液保持稳定，将出口的钻井液与地层流体的混合物通过地面管汇引到距井口较远的体外除气加重装置里，除去95%以上的气体，需要时可加重到所需要的钻井液密度，然后返回到钻井液循环罐中，如此反复。

一、欠平衡压力钻井工艺技术原理

1.储层伤害较小的基本原理

根据力的平衡原理，当地层孔隙压力大于井筒液柱压力（动态、静态）压力时，地层孔隙流体就会侵入井筒，引起溢流和井喷，而井筒钻井液滤液及固相就不能入侵地层，外界的液体和固相不能对地层产生伤害，即基本保持储层性质的原始面貌，这就是储层伤害较小的基本机理。

2.负压差值的选择

负压差值的确定对欠平衡压力钻井技术能否成功地实施起着重要的作用。欠平衡压力钻井和其他技术一样，工艺技术是核心。而欠平衡钻井工艺的核心就是井底压力的研究和控制，其中井底负压值的大小直接影响到地层流体进入井筒内量的多少，关系到能否安全快速钻进。井底负压值的控制是欠平衡钻井成功的关键。负压值太大，有可能超过井控装备的承压能力，造成井喷失控事故，对稳定井壁也不利。另外速敏的影响也会对储集层产生新的伤害，负压值太小，有可能起不到对储集层伤害小的作用。

二、欠平衡钻井中井内压力情况

三、影响欠平衡钻井的压力

1.钻井液静液柱压力（pm）

钻井液静液柱压力与钻井液密度有关；该压力直接作用在地层上，直接影响欠压值的大小。但在地层流体进入环空后，由于环空为多相流体，环空的钻井液静液柱压力很难求出。

2.环空压耗（pa）

环空压耗是由于钻井液的流动而产生的，与钻井液性能和钻井参数有很大的关系。该压力也是直接作用在地层上，其大小对欠压值有影响，尤其是在低压的地层中。一般情况下可近似地认为1MPa，当地层流体进入环空后，由于环空为多相流体，使得很难求出。

3.欠压值（ ）

欠压值是由地层压力和钻井液静液柱压力以及环空压力所确定。其大小直接影响地层流体进入井筒内的量的多少，其值过大，易造成产层的速敏和井口设备载荷过大或失控，造成重大的钻井故事。根据大港油田的经验，一般将其确定在0.2～1MPa之问，欠压值的大小因地层和油田的实际情况由设计者定出。

4.井口回压（P回 ）

当地层流体不断进入井筒内，环空的静液柱压力不断下降，欠压值也急剧升高，如果不在井口控制一定的回压，从而控制地层流体的流入量，将会给欠平衡钻井带来很大的危害 井口回压与欠压值是一对伴生的关系，即由于存在欠压而产生井口回压，反过来井口回压又限制欠压值的大小。井口回压一般确定在0～7MPa的范围内。当欠压值过小时，其井口也没有必要用回压控制。

5.地层压力（Pp）

地层压力是在欠平衡钻井中首先要摘清楚的最基础的压力，一切欠平衡的压力计算，都建立在这个压力基础上。对于开发井，地层压力较为清楚可直接采用；而对于勘探井，由于地层压力有许多不确定性，所以只能作为参考。即在勘探井的欠平衡钻井中，先使用参考的地层压力，通过公式求出欠平衡的钻井液的密度，依据此密度钻进；当钻遇溢流和钻时加快时，要停止钻进，近似地求出地层压力，再根据所求的地层压力，调整钻井液参数。

四、欠平衡钻井液选择依据及影响因素

在欠平衡钻井技术中，钻井液的选择也是一个很重要的方面，在钻井液选择方面，主要是从以下几个方面来考虑：

1.钻井液与地层流体的相容性

在欠平衡钻井中，如实现了真正的欠平衡，地层中的油水气就会进入井眼，同循环的钻井液接触，可能出现生成高粘度乳状液、润湿反转、结垢和沉淀物以及注入介质的氧化作用问题。

1.1地层产出水和循环油紊流混合，形成极稠的稳定乳状液，增加了泵压，导致欠平衡状态破坏，且气体难以分离。另外高粘也破坏了环空流体的紊流状态。

1.2在大多数欠平衡钻井作业中，一般使用表面活性剂来抑制稳定乳状液的形成。对油基钻井液体系，如果表面活性剂搭配不当， 可能导致钻屑分离不良，钻屑成团或卡钻。而且含有表面活性剂的钻井液漏失到地层， 易引起地层的润湿性转变为亲油性。

1.3不相容的地层产出水和水基钻井液滤液混合，生成结垢和沉淀物（或者产出油与油基钻井液混合，形成沥青沉积物）。如果注入气中含有CO2，CO2溶解在产出油和循环油中，在很高的井底循环压力下就可能产生沥青，出现结垢和沉淀物。

2.地层产出流体对钻井液的稀释

在任何欠平衡钻井作业中，循环流体会被地层产出的混相流体迅速稀释，即便使用闪点调控的很好的油基钻井液体系也可能受到污染。多数泡沫钻井液体系与油和地层盐水接触后会迅速稀释，并产生不良反应。应测量储层中产出的原油的苯胺点和浊点， 以确定产出油是否会影响到钻井液重复使用。另外还要确保产出液与温度较低的循环钻井液接触时，石蜡不会结晶析出。

3.钻井液的防腐问题

如果用充有空气或氮气的钻井液体系，则咸盐水（产自地层或用作循环流体）与其中的微量（迹量）氧接触具有极强腐蚀性。如果地层产出气中含有氢和硫，腐蚀问题会更严重。因此，需要使用腐蚀抑制剂来防止钻柱、连续软管和井下装置过早失效，应详细分析游离气、溶解气以及地层中可能产生的地层水，以评价它们的可燃性和腐蚀性。

4.钻井液的粘度

在人工诱导的欠平衡作业中，一般不考虑使用高粘度的钻井液，这是因为高粘度的钻井液难以维持充分清洁井眼所需的紊流，而且难以控制固相和分离气体。另外泵送高粘度钻井液产生的高摩擦压力也可能导致钻头处欠平衡状态的丧失。

参考文献

[1]杨文冉 何修启 元坝地区欠平衡钻井技术[J] 天然气技术与经济 2012.3

[2]杨毅 宋瑞宏 姜玉芳 气体全过程欠平衡钻井压力控制技术探讨[J] 西部探矿工程 2011.1.