欠平衡压力钻井工艺技术的探讨
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[摘要] 为最大限度地保护油气层，尽量降低油田勘探开发的成本，欠平衡钻井技术的优越性逐渐显示出来，欠平衡压力钻井技术不仅有利于非常规油气藏、中小型油气田、低压低渗油气藏的勘探开发；而且对油田中后期的潜力挖潜起着至关重要的作用。
[关键词] 欠平衡 钻井 技术 研究
中图分类号：TE249 文献标识码：A
目前，石油工业的特点是，勘探开发的难度越来越大，勘探开发投入的成本越来越高，而国际原油的价格也在一路攀高，世界各国为了减少对国际原油市场的依赖，都加大了国内油气田的勘探开发力度。
一、欠平衡钻井的优越性
1、防止地层伤害、提高油井产能
欠平衡钻井可防止常规钻井造成的地层损害，常规钻井造成地层损害的原因主要有以下几个方面：
（1）钻井液滤失速度高，造成地层细颗粒和粘土颗粒的运移；
（2）钻井液中加入的固相或钻井中产生的固相侵入地层；
（3）存在可能发生钻井液严重侵入的高渗层；
（4）地层对侵入的水相、油相敏感，导致钻井液滤液留在地层中，影响了近井眼地区的渗透率，产生永久性产能下降；
（5）侵入液与产层或地层液发生不利反应（如粘土膨胀、化学吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等）。
2、减轻工程复杂、提高机械钻速
（1）提高了防喷能力，防止井喷失控；
（2）降低了液柱压力，减轻井漏和压差卡钻；
（3）消除压持效应，有利于提高机械钻速。
二、钻进过程中的井控分析
在钻进过程中，要保持井底压力小于地层压力，尽量使欠压值保持稳定，在钻进过程中根据排量、泵压和井口回压的相互关系，通过调整节流阀的开度来调节欠压值，下面分成排量不变和排量变化两种情况来讨论。
根据环空动力平衡的条件建立如下等式：
（1）
根据水力学关系有：
（2）
则： （3）
将（1）式代入（3）式得：
（4）
式中
：井口套压， MPa ：地层压力，MPa
：负压值， MPa ：井底压力，Mpa
：环空气液柱压力，MPa ：泵压，MPa
：钻具内循环压降，MPa ：钻头压降，MPa
：钻具内液柱压力，MPa ：循环压降，MPa
1、 井底负压值与泵压之间的关系
根据各液动压力之间的关系，当排量、钻井液入口性能不变，而随钻产油气量变化或气体滑脱上升时， 、 、 、 为常量，设 ，则（4）可写成： 。可见，当排量不变时，如果泵压下降，则井底负压值按同值增加；反之如果泵压上升，则井底负压值按同值减少。因此，当随钻产油气量变化或气体滑脱上升时，靠调整节流阀开度使泵压保持不变即可保持井底负压值不变。
2、 井底负压值与井口压力及排量间的关系
当排量变化时，由（1）式可知 （5）
根据水力学有关计算公式，有
（6）
设 ， 则
式中
：钻井液塑性粘度 ：环空直径 ：钻杆外径
：排量 ：井深 ：钻井液动切力
当随钻产油气量不变时，由（5）可推导出：
（7）
其中，当井眼条件和钻井液性能不变时， 、 为常数，当随钻产油气量及入口钻井液性能不变，而排量变化时， 、 为常量，设 则
（8）
由式可见，当随钻产油气量及入口钻井液性能不变时，如果排量下降，则井底负压值按井口压力下降值与排量下降值的和同值增加，反之亦然。
3、欠压值的设计与控制
1）. 确定合理的欠压值
推荐欠压值范围是1.4～2.1MPa。可以根据储层的类型和岩性特点确定、根据储层压力和产液量大小确定、要考虑环空油气与钻井液混合情况、综合考虑作业人员经验和设备情况
2）确定负压钻井液密度
（1）欠压值确定公式
ρmu=103×（Pp-Par-Pud）/9.8H ρmu-负压钻井液密度，g/cm3；H---垂直井深，m
（2）对于探井，当发生溢流时应关井确定地层压力，适时调整钻井液密度。
3）欠压值的控制
（1）通过控制井口回压控制欠压值
地层流体未进入环空，不控制回压，此时立管压力Psp：
Psp=Pdp+Par+Pbj
Pdp―钻柱内压耗；Par--环空流动阻力；Pbj--钻头喷嘴压降；
此时井底压力为：Par+Pm
地层流体进入环空后：Pud=Pp-（Pm+Par）；Pud=Pp-（Pmp+Pam+Pbp）
（2）调整钻井液密度控制欠压值
方法：调整井口回压控制立管压力值立压与泥浆密度的关系：
Psp1/Psp2=ρm1 / ρm2
1―初始值；2---调整后的值
（3）调整注气量和注液量控制欠压值。使用专门的软件模拟计算
三、欠平衡压力钻井技术的设计
1.地质设计要求
（1）提供欠平衡钻井井段的分层地层孔隙压力、坍塌压力和破裂压力预测系数。
（2）提供储层流体类型和邻井最高产量，气井提供邻井无阻流量。
2.钻井方式的选择
（1）选择欠平衡钻井方式前，应对欠平衡钻井井段进行井壁稳定性分析，必须考虑是否会导致地层坍塌。
（2）根据地层孔隙压力系数，基本可以确定使用的钻井流体类型和欠平衡钻井方式。
（3）较高的地层孔隙压力系数，根据需要也可以选择密度较低的欠平衡钻井流体。
（4）常压地层也经常选择充气钻井实现欠平衡钻井方式，不一定用低密度的液体实现欠平衡钻井。
（5）欠平衡钻井方式的选择与所解决的问题或应用对象有关。见表4-2：
（6）欠平衡钻井方式的选择应考虑设备和技术能力。
（7）欠平衡钻井方式的选择应考虑地层产出的流体能否在地面进行安全、经济的处理。
3.井身结构设计
（1）为了减少油气层损害，从稳定井壁和井控要求出发，宜采用先期完井方式，也就是说技术套管应尽量下到油层顶部，油层根据不同情况可采用裸眼或使用不封固割缝管、筛管完井、固井完井。
（2）用于提高机械钻速等钻井用途时，井身结构设计与常规钻井不同。
（3）选择充气钻井时，如果钻井液当量循环密度达不到要求，应缩小井眼尺寸。
（4）泥浆帽钻井，应选择小井眼。
（5）井身结构要考虑非产层流体的流入（如水）。
（6）目前国内欠平衡钻井常用的有Φ215.9mm和Φ152.4mm两种井眼尺寸，相应的技术套管是Φ244.5mm和Φ177.8mm两种。
参考文献
[1]周英操，瞿洪军.欠平衡钻井技术与应用[M].北京：石油工业出版社.2003.
[2]罗世应，孟英峰，李允.欠平衡钻井的应用前景[J].天然气工业.1999.