欠平衡鉆井技術(shù)概況畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題 目： 欠平衡鉆井技術(shù)概況 </p><p>　　所屬系部： 石油工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 石油工程 </p>&

2、lt;p>　　年級(jí)/班級(jí)： 09 鉆井技術(shù)（二班） </p><p>　　作 者： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

3、 </p><p>　　評(píng) 閱 人： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究欠平衡鉆井技術(shù)的意義1</p><p&

4、gt;　　1.2 欠平衡鉆井技術(shù)國內(nèi)外進(jìn)展歷史及現(xiàn)狀1</p><p>　　第2章 欠平衡鉆井相關(guān)理論4</p><p>　　2.1 油氣藏篩選理論4</p><p>　　2.2 欠平衡鉆井地層穩(wěn)定性理論5</p><p>　　2.3 欠平衡鉆井兩相流理論6</p><p>　　2.4 欠平衡鉆井井

5、下爆燃基礎(chǔ)理論8</p><p>　　2.5 裂縫性儲(chǔ)層欠平衡鉆井流動(dòng)規(guī)律9</p><p>　　第3章 欠平衡鉆井關(guān)鍵技術(shù)10</p><p>　　3.1 欠平衡負(fù)壓值的確定及控制10</p><p>　　3.2 欠平衡鉆井液技術(shù)10</p><p>　　第4章 欠平衡鉆井信息采集處理系統(tǒng)以及應(yīng)用

6、14</p><p>　　4.1 研究欠平衡鉆井參數(shù)采集與分析處理系統(tǒng)的意義14</p><p>　　4.2 方案設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3 系統(tǒng)軟件的主要功能15</p><p>　　4.4 系統(tǒng)軟件的應(yīng)用15</p><p>　　4.5 欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用事例16</p>

7、<p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　欠平衡鉆井是國際上90年代初再次興起的提高勘探開發(fā)效益的鉆井新技術(shù)。近幾年我國來在油、氣田勘探開發(fā)方面已進(jìn)行了大量技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)試

8、驗(yàn)，并取得了顯著的成果。欠平衡鉆井的相關(guān)理論和技術(shù)研究已經(jīng)成為鉆井工作者的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 </p><p>　　本文介紹了欠平衡鉆井技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，實(shí)施欠平衡鉆井的優(yōu)缺點(diǎn)。分析和總結(jié)了欠平衡鉆井相關(guān)理論研究成果，為技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。關(guān)鍵技術(shù)從三個(gè)方面入手：在考慮了影響負(fù)壓值各方面的因素后，提出了合理的設(shè)計(jì)程序；通過計(jì)算出的鉆井液密度選擇適應(yīng)于實(shí)際條件的最優(yōu)鉆井液類型；分析了井底壓力波動(dòng)和氣侵后的環(huán)空壓

9、力變化，給出了一些井底壓力控制措施。最后介紹了欠平衡鉆井的信息采集處理系統(tǒng)，通過全過程的監(jiān)測(cè)和指導(dǎo)保證欠平衡鉆井的安全進(jìn)行</p><p>　　關(guān)鍵詞：欠平衡；鉆井液；信息采集</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究欠平衡鉆井技術(shù)的意義</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代

10、，由于世界范圍內(nèi)油氣勘探開發(fā)從整裝大油田、高壓和常規(guī)壓力、中高滲均質(zhì)砂巖等良好勘探開發(fā)條件轉(zhuǎn)移到了復(fù)雜中小油田、斷塊油田、薄油層、低壓低滲低產(chǎn)能、老油田改造、復(fù)雜儲(chǔ)層條件、非常規(guī)油氣等惡劣的開發(fā)勘探條件，這種形勢(shì)迫使勘探開發(fā)必須要有新的思路和方法，同時(shí)由于非封固完井的水平井?dāng)?shù)量增多，強(qiáng)化了對(duì)防止儲(chǔ)層損害的關(guān)注。另外國際油價(jià)的持續(xù)走高，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)造成了很大的影響。高油價(jià)促使世界各國進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)石油資源重要性的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)自己國內(nèi)石油資

11、源的勘探開發(fā)和利用，增加國內(nèi)石油供應(yīng)，減少對(duì)國際石油的依賴程度，其關(guān)鍵因素就是石油的勘探開發(fā)成本，因而降低石油的勘探開發(fā)成本則是目前石油工業(yè)上游領(lǐng)域的重要任務(wù)之一。欠平衡鉆井技術(shù)不但能有效地降低油氣田的勘探開發(fā)成本，最大限度得保護(hù)油氣層，而且能很好地克服鉆井作業(yè)過程中的難題和避免一些復(fù)雜情況的發(fā)生；有利于中小型油氣田、非常規(guī)油氣藏，低壓低滲油氣藏得勘探開發(fā)；有利于油田中后期改造挖潛。因此，欠平衡鉆井由于其先進(jìn)性為勘探、開發(fā)帶來了廣闊的前

12、景，在油氣田開發(fā)中發(fā)揮著越來越重的作用。欠平衡鉆井技術(shù)是21世紀(jì)油氣資源開發(fā)中必不可少的主干技術(shù)之一</p><p>　　1.2 欠平衡鉆井技術(shù)國內(nèi)外進(jìn)展歷史及現(xiàn)狀</p><p>　　欠平衡鉆井技術(shù)是20世紀(jì)90年代在國際上成熟并迅速發(fā)展的一項(xiàng)鉆井新技術(shù)(圖1)。欠平衡鉆井分為：氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井、常規(guī)鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井。在美國，欠平衡鉆井技

13、術(shù)被稱為上游石油工業(yè)新技術(shù)，已經(jīng)成為鉆井技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術(shù)相結(jié)合。國外欠平衡鉆井技術(shù)主要集中在井控、鉆井液、程序設(shè)計(jì)、特殊工具等方面。</p><p>　　現(xiàn)在已有20多個(gè)國家應(yīng)用欠平衡技術(shù)鉆井，技術(shù)先進(jìn)的國家包括美國、加拿大、英國、阿根廷、墨西哥等國。這些欠平衡技術(shù)先進(jìn)的國家，創(chuàng)造欠平衡條件采用的常用技術(shù)有：邊噴邊鉆、泥漿帽鉆井、立管氣體注入、環(huán)空氣體注人、連續(xù)油管鉆井

14、。水、地層水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡鉆井的循環(huán)工作介質(zhì)。散裝或膜濾氮?dú)?、工業(yè)廢氣、空氣、氮?dú)夂涂諝獾幕旌蠚?、天然氣和空心玻璃球都作為減輕劑或發(fā)泡劑。</p><p>　　早在20世紀(jì)50年代，國內(nèi)的四川油田就開始運(yùn)用欠平衡鉆井技術(shù)，但由于設(shè)備能力不足、地層出水等問題而放棄。進(jìn)入80年代以來，新疆石油管理局首先開展了泡沫鉆井技術(shù)的研究與應(yīng)用，于1984年在克拉瑪依油田紅一29井成功地進(jìn)行了我國第一口

15、泡沫鉆井。為了滿足不同地層對(duì)欠平衡鉆井的需要，隨后又相繼開發(fā)了空氣鉆井、霧化鉆井、充氣鉆井和低密度泥漿鉆井等欠平衡鉆井技術(shù)。目前全國各大石油院校及油田都在不同程度上開展了欠平衡鉆井技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。如大港油田于1998年采用欠平衡鉆井技術(shù)在板橋地區(qū)的勘探上取得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了億噸級(jí)整裝油氣田。四川油田從1999年～2002年間，從單一欠平衡鉆井技術(shù)初步發(fā)展形成了欠平衡鉆井、欠平衡取心、不壓井起下鉆、不壓井測(cè)

16、井、欠平衡完井等全過程欠平衡鉆井完井配套技術(shù)，推動(dòng)了國內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了欠平衡鉆井技術(shù)的重大突破。</p><p>　　就我國來說，特殊油氣資源分布于全國各大油田，其儲(chǔ)量占總探明儲(chǔ)量的三分之一以上。同時(shí)，還有相當(dāng)一部分開發(fā)中、后期油田由于壓力遞減而進(jìn)入低壓油田范疇。欠平衡鉆井的主要技術(shù)特點(diǎn)適合開發(fā)這類油田。因此，欠平衡鉆井自身具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與世界石油工業(yè)勘探開發(fā)形式的需求決定了欠平衡鉆井技術(shù)必定具有廣

17、闊的應(yīng)用前景。 </p><p>　　1.3 欠平衡鉆井優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)</p><p>　　欠平衡鉆井技術(shù)能夠迅速發(fā)展是因?yàn)樗芎芎玫目朔@井作業(yè)過程中的難題并避免一些復(fù)雜情況的發(fā)生、能有效地降低油氣田的勘探開發(fā)成本。從目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用情況來看，其具有以下幾方面的優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：①減少對(duì)油氣層的傷害，有效保護(hù)油氣層，提高油氣井的產(chǎn)量②實(shí)時(shí)發(fā)

18、現(xiàn)地質(zhì)異常情況，及時(shí)評(píng)價(jià)低壓低滲油氣層③有效控制漏失，減少和避免壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況的發(fā)生，減少作業(yè)和相關(guān)的費(fèi)用[6]④提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，縮短鉆井周期，降低鉆井成本⑤可以在鉆井過程中生產(chǎn)油氣。</p><p>　　缺點(diǎn)：①循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（壓力波動(dòng)）②油層傷害（過平衡狀態(tài)，逆流自吸，地層液體配伍，出砂等）③井壁穩(wěn)定性（力學(xué)，物理，化學(xué)作用）④安全問題（井下爆炸或燃燒，井控問題，H2S腐蝕）⑤經(jīng)濟(jì)因

19、素（設(shè)備，材料，環(huán)境問題）。</p><p>　　1.4 本文研究思路</p><p>　　本文主要建立在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過翻閱大量的關(guān)于欠平衡鉆井技術(shù)和各油氣田開發(fā)建設(shè)方面的文獻(xiàn)資料，結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，研究以下內(nèi)容：</p><p>　　1、欠平衡鉆井技國內(nèi)外技術(shù)、設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀，實(shí)施欠平衡鉆井的優(yōu)缺點(diǎn)；</p><p>　　2、欠

20、平衡鉆井相關(guān)理論；</p><p>　　3、欠平衡鉆井過程中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，主要是欠壓值的如何確定，欠平衡鉆井液技術(shù)和井底壓力控制技術(shù)；</p><p>　　4、欠平衡鉆井信息實(shí)時(shí)采集分析處理系統(tǒng)研究與應(yīng)用。</p><p>　　第2章 欠平衡鉆井相關(guān)理論</p><p>　　2.1 油氣藏篩選理論</p><p>

21、;　　2.1.1 適合欠平衡鉆井的油氣藏</p><p>　　1、具有潛在井漏或鉆井液侵害的油氣藏</p><p>　　2、具有巖石-流體敏感性的地層</p><p>　　3、具有液-液敏感性的地層</p><p>　　4、具有潛在自吸能力的地層</p><p>　　5、油藏性質(zhì)高度易變的地層</p>

22、<p>　　6、具有活躍的地下水并且對(duì)水錐進(jìn)敏感的地層</p><p><b>　　7、低鉆速地層</b></p><p>　　2.1.2 不適合欠平衡鉆井的地層</p><p>　　1、高壓和高滲透率相結(jié)合地層；</p><p>　　2、受壓力約束的地層；</p><p><b

23、>　　3、常規(guī)地層。</b></p><p>　　2.1.3 油氣藏篩選程序</p><p>　　對(duì)于直井或水平井的欠平衡鉆井來說，篩選合理的油氣藏是非常必要的。通過研究油氣藏的構(gòu)造圖以及收集和分析相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以描述出油氣藏為均質(zhì)油氣藏還是非均質(zhì)油氣藏。需要提供和研究的油氣藏?cái)?shù)據(jù)參數(shù)包括油氣比原油的API密度、平均孔隙度、平均滲透率、地層體積指數(shù)、壓力、溫度和含水量。

24、另外，油氣藏的構(gòu)造資料、注水、注氣以及原油粘度都在“區(qū)分油氣藏特征”方面起著一定的作用。在油氣藏篩選問題上，應(yīng)該由一個(gè)有鉆井工程師、油藏工程師、地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家、巖石物理學(xué)家、采油工程師、欠平衡鉆井專家、安全專家、經(jīng)濟(jì)師等組成的多學(xué)科工作組來完成。多學(xué)科工作組在進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)，必須仔細(xì)考慮一個(gè)用于單個(gè)油氣藏篩選的詳細(xì)篩選程序。這個(gè)篩選程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　1、用簡(jiǎn)單的欠平衡鉆井技術(shù)能否完成這口井；&

25、lt;/p><p>　　2、以我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)能否證明欠平衡鉆井技術(shù)在此油氣層中優(yōu)于過平衡鉆井技術(shù)；</p><p>　　3、用欠平衡鉆井技術(shù)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和事故；</p><p>　　4、該地層能否承受住壓力降低而不坍塌；</p><p>　　5、欠平衡鉆井技術(shù)與長(zhǎng)期的油氣層優(yōu)選相比較費(fèi)用是否劃算；</p><p>　　6、多

26、學(xué)科工作組是否對(duì)油氣藏已經(jīng)做了足夠的研究工作；</p><p>　　7、初始油井設(shè)計(jì)是否能滿足油氣藏開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　8、現(xiàn)有的井控設(shè)備能否滿足預(yù)期的油氣層條件。</p><p>　　2.2 欠平衡鉆井地層穩(wěn)定性理論</p><p>　　2.2.1 井壁失穩(wěn)機(jī)理</p><p>　　采用欠平衡鉆井，首

27、先要使鉆井液液柱壓力低于儲(chǔ)層壓力，此時(shí)鉆井液密度降低后，井壁的穩(wěn)定性是否可以保證。如果試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，欠平衡鉆井的鉆井液密度不能保證井壁穩(wěn)定，通過調(diào)整鉆井液體系和性能，增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性。</p><p>　　對(duì)井壁失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行分析，井壁失穩(wěn)的本質(zhì)是：井壁上某部分的應(yīng)力狀態(tài)超過了井壁巖體的抗破壞強(qiáng)度。這其中有兩個(gè)制約因素：材料（巖體）和應(yīng)力。</p><p>　　1、巖體：破碎巖體和含弱

28、面的巖體；塑性巖體，如鹽膏層、軟泥巖等；泥頁巖（以硬脆性為主）。</p><p>　　2、應(yīng)力：深部地層的上覆巖層壓力引起的地應(yīng)力；強(qiáng)烈地質(zhì)構(gòu)造作用引起的地質(zhì)構(gòu)造力；異常熱應(yīng)力、循環(huán)溫度應(yīng)力、流固耦合應(yīng)力。</p><p>　　破碎巖體和含弱面的巖體由于本身強(qiáng)度低而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)；塑性巖體由于液柱壓力不夠時(shí)而出現(xiàn)蠕動(dòng)變形；埋藏很深的地層由于巨大的上覆巖層壓力使水平應(yīng)力增大；強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造作用

29、造成很大的殘余構(gòu)造力使井壁失穩(wěn)。</p><p>　　2.2.2 非泥頁巖地層的穩(wěn)定性</p><p>　　對(duì)于給定段地層，在給定欠平衡鉆井的條件下，井壁是否可以保持穩(wěn)定，可按圖（2-1）所示的動(dòng)作程序進(jìn)行一系列的試驗(yàn)和分析，最終得到結(jié)論。由上述綜合分析所得到的結(jié)論，如果井壁能保持穩(wěn)定，則可以采用給定參數(shù)的欠平衡鉆井；如果井壁不能保持穩(wěn)定，則應(yīng)加大鉆井液密度直至井壁穩(wěn)定，必要時(shí)放棄欠平衡

30、鉆井的方法。</p><p>　　圖2-1 非泥頁巖地層穩(wěn)定性預(yù)測(cè)圖</p><p>　　可得出，泥頁巖是在原有地應(yīng)力再加水化應(yīng)力條件下，以水化后降低的泥頁巖強(qiáng)度來決定水化后是否井壁失穩(wěn)；如果井壁穩(wěn)定性不夠，則靠提高鉆井液密度予以克服。泥頁巖的水化應(yīng)力大小及水化后強(qiáng)度降低多少，是由鉆井液的體系和性質(zhì)來決定的；而井壁的最終穩(wěn)定性很大程度上還取決于鉆井液密度的提高。在常規(guī)的過平衡鉆井中，人們

31、常常是在給定鉆井液密度的前提下，調(diào)整鉆井液體系和性質(zhì)達(dá)到一個(gè)合適的狀態(tài)，使該狀態(tài)下泥頁巖水化應(yīng)力、水化下降程度在給定鉆井液密度條件下能保持井壁穩(wěn)定。顯然此時(shí)鉆井液體系和性能并沒有使泥頁巖水化影響降低到最小。因此我們完全可以通過調(diào)整鉆井液體系和性能，使泥頁巖水化影響大幅度降低（即減少水化應(yīng)力、使強(qiáng)度降低減少），到達(dá)使泥頁巖井壁穩(wěn)定強(qiáng)化的目的，在此條件下可以大幅度降低鉆井液密度，實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井。</p><p>　　

32、2.3 欠平衡鉆井兩相流理論</p><p>　　多相流動(dòng)是幾個(gè)相處于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)的體系。這幾個(gè)相可以是同一種物質(zhì)的不同相態(tài)，也可以是不同物質(zhì)的不同相態(tài)。僅有兩種相態(tài)同處于一個(gè)體系內(nèi)的流動(dòng)便稱為兩相流動(dòng)，它是多相流動(dòng)中最常見的一種流動(dòng)組合。可以是一種物質(zhì)的兩個(gè)相態(tài)，也可以是兩種物質(zhì)的兩種相態(tài)。因此，可以分為單組分兩相流動(dòng)和雙組分兩相流動(dòng)。單組分兩相流動(dòng)是由同一種化學(xué)成分但不同的相態(tài)混合在一起的流動(dòng)體系。雙組分

33、兩相流動(dòng)是指化學(xué)成分不同的兩種物質(zhì)同處于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的兩相流體流動(dòng)。但是，廣義來說，某些雙組分流動(dòng)（主要指液體、液體流動(dòng)），由彼此互不混合的一種相態(tài)構(gòu)成，也常被稱為兩相流動(dòng)，例如油、水兩相流動(dòng)。</p><p>　　雙組分兩相流動(dòng)和單組分兩相流動(dòng)定義雖有一些差異，但從流動(dòng)相態(tài)的數(shù)學(xué)抽象，亦既從基本守衡方程的數(shù)學(xué)模型來看是相同的。在不涉及相變的條件下，?？蓪⑺鼈円暈橥环N物理現(xiàn)象處理。</p><

34、p>　　2.3.1 環(huán)空兩相流流態(tài)分類及其判別方法</p><p>　　在欠平衡鉆井過程中，井筒中的多相流在流動(dòng)時(shí)其流態(tài)是變化的。通過大量實(shí)驗(yàn)觀察研究，對(duì)氣液多相流的流態(tài)，不同的人有不同的劃分方法。根據(jù)Taitel等人的研究成果，典型的直井流態(tài)通?？煞譃榕轄盍?，段塞流，過渡流和環(huán)狀流。</p><p>　　氣液兩相的相態(tài)主要受各項(xiàng)速度、密度等參數(shù)的影響外，氣液兩相的流動(dòng)的形成過程、

35、少量雜質(zhì)的存在等可能對(duì)流態(tài)有一定的影響。然而，由于不同的流態(tài)受不同的水動(dòng)力學(xué)條件的控制，所以可以利用水動(dòng)力學(xué)原理通過機(jī)理分析，得到流態(tài)的判別準(zhǔn)則。</p><p><b>　　1、泡狀流</b></p><p>　　判別準(zhǔn)則1（小氣泡）：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p&g

36、t;　　判別準(zhǔn)則2（大氣泡）：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　（2-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>

37、;　?。汗軓?，mm ：氣體界面張力，Pa</p><p>　?。?jiǎn)蝹€(gè)氣體上升的極限速度，m/s ：泰勒氣體氣泡上升速度，m/s</p><p>　?。簹庀嗾鎸?shí)密度，g/cm3 ：液相真實(shí)密度，g/cm3</p><p>　?。夯旌衔镎鎸?shí)密度，g/cm3 ：液相真實(shí)粘度，mPa /s </p&g

38、t;<p>　?。汉瑲饴?，無因次 ：氣體表觀相速度，m/s</p><p>　?。阂后w表觀相速度，m/s ：混合物速度，m/s</p><p><b>　　2、段塞流</b></p><p>　　判別準(zhǔn)則： （2-5）

39、 </p><p><b>　　如果，則：</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p><b>　　如果，則：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p>

40、<p><b>　　3、過渡流</b></p><p>　　判別準(zhǔn)則： （2-8）</p><p><b>　　如果，則：</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　如果，則：</b>

41、</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　4、環(huán)霧流</b></p><p>　　判別準(zhǔn)則： （2-11）</p><p>　　2.3.2 欠平衡鉆井氣液兩相流數(shù)學(xué)模型建立</p><p>　　在整個(gè)欠平衡鉆井

42、過程中，我們關(guān)注的井內(nèi)各是井底、井口及套管鞋處的壓力主要受氣體、液體的流量、分布狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，理論研究時(shí)排除了一些次要因素，突出主要影響因素的影響，因此先將研究對(duì)象模型化。</p><p>　　在本模型的建立中，應(yīng)用了以下假設(shè)：</p><p>　　1、在本文的研究中，假設(shè)井眼截面為圓形且與井內(nèi)鉆柱同心。</p><p>　　2、忽略氣體在泥漿中的溶解，且兩

43、相間無化學(xué)反應(yīng)。</p><p>　　3、本文只討論沿流動(dòng)方向的一維非定常流動(dòng)問題，用截面的平均特性和分布系數(shù)修正方法來表征過流斷面的流動(dòng)參數(shù)分布。</p><p>　　4、環(huán)空內(nèi)兩相段在同一位置處氣液兩相溫度相同，無熱量交換。</p><p>　　兩相流體動(dòng)力學(xué)研究提供了描述一元兩相流動(dòng)基本方程，既保證能夠計(jì)算求解，又保證了兩相流的重要特點(diǎn)。</p>

44、<p>　　2.3.3 三相攜屑研究</p><p>　　井眼凈化能力是否滿足正常鉆井需要，取決于鉆井環(huán)空流體的有效上返速度，只要有效上返速度大于巖屑的沉降速度和巖屑的最低上返速度，巖屑就可以被攜帶到地面上來。</p><p>　　2.4 欠平衡鉆井井下爆燃基礎(chǔ)理論</p><p>　　根據(jù)燃燒學(xué)理論，氣體燃燒的可以分為擴(kuò)散性燃燒預(yù)混氣體燃燒兩大類。

45、擴(kuò)散性燃燒是指燃料與空氣在著火前不互相混合，燃燒速度主要受擴(kuò)散速度控制，相對(duì)預(yù)混氣體燃燒，其燃燒速度較低。而預(yù)混氣體燃燒則是在著火前燃料與空氣已經(jīng)混合，一旦著火，其燃燒速度很快，通常表現(xiàn)為失火爆炸形式。在井下條件下，多數(shù)情況都表現(xiàn)為空氣與可燃?xì)怏w混合后失火爆炸的形式，其危害性較大，主要介紹預(yù)混氣體的失火爆炸問題。</p><p>　　任何可燃混合物（燃料與空氣或其他氧化劑的混合物）的燃燒都必須著火后才能產(chǎn)生快速的

46、燃燒爆炸。著火前可燃?xì)馓幱诰徛难趸^程，化學(xué)反應(yīng)速度很低，而一旦著火后，初期對(duì)著火點(diǎn)的燃燒使可燃混合物的溫度升高，化學(xué)反應(yīng)加速。反應(yīng)的加速又近一步使反應(yīng)熱增大，使可燃混合物的溫度進(jìn)一步增高，如此反應(yīng)，在很短的時(shí)間內(nèi)致使反應(yīng)速度急劇升高，從而由緩慢的氧化過程轉(zhuǎn)化為燃燒過程直至爆炸。使可燃混合物著火的方法一般有兩種：自燃與點(diǎn)燃。前者是自發(fā)的，后者是人為的，可燃混合物由于化學(xué)反應(yīng)使自身溫度升高而引起反應(yīng)速度急劇升高形成的燃爆稱為熱自燃，反之

47、由外界加入能量。點(diǎn)燃時(shí)，由于點(diǎn)火物體的形狀與能量傳遞途徑的不同，也可以分為不同的種類。以下將介紹引起井下失火的可能方式，即熱自燃、平板點(diǎn)火、熱球點(diǎn)火、火花點(diǎn)火的燃燒分析。</p><p>　　2.5 裂縫性儲(chǔ)層欠平衡鉆井流動(dòng)規(guī)律</p><p>　　2.5.1 嚴(yán)重裂縫性儲(chǔ)層的最大問題是井漏</p><p>　　所有碳酸鹽巖儲(chǔ)層探區(qū)均存在不同程度的井漏問題。井漏

48、嚴(yán)重制約著勘探開發(fā)速度和鉆井成功率。對(duì)于嚴(yán)重井漏、惡性井漏和漏噴同層，不但堵漏成本與時(shí)效很高，有時(shí)無法堵漏。尤其是探井打開產(chǎn)層，產(chǎn)層同時(shí)又是漏層。產(chǎn)層漏失除了造成時(shí)效成本損失外，漏入產(chǎn)層的工作液還造成了嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害。井漏是鉆井工程中最復(fù)雜的問題之一，它不僅大大增加了鉆井液的費(fèi)用，而且還會(huì)導(dǎo)致循環(huán)喪失，施工中斷，無法進(jìn)行巖屑錄井，甚至引起井塌、井噴和卡鉆等惡性事故。</p><p>　　2.5.2 漏層漏失的原

49、因分析</p><p>　　漏失性地層中鉆井液漏失一般具備以下條件：①地層中有孔隙、裂縫或溶洞；②地層孔隙中的流體壓力(通常稱之為地層壓力)小于鉆井液的液柱壓力；③地層破裂壓力小于井底壓力（包括液柱壓力、循環(huán)回壓和激動(dòng)壓力），因地層破裂而發(fā)生鉆井液漏失。地層中的孔隙、裂縫或溶洞以及地層壓力和破裂壓力，是在地層沉積、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或地下水溶蝕過程中天然形成的，因其成因不同又分為滲透性漏失和裂縫(溶洞)性漏失。滲透性漏失多

50、發(fā)生在膠結(jié)不好的孔隙性地層，其巖性以砂、礫巖為主。在鉆進(jìn)滲透率大于14μm2或砂、礫巖的平均粒徑大于鉆井液固相顆粒直徑三倍的孔隙性地層時(shí)，若井底壓力超過地層壓力就會(huì)發(fā)生滲透性漏失。在鉆進(jìn)石灰?guī)r、白云巖的裂縫、溶洞及不整和侵蝕面、斷層、地應(yīng)力破碎帶，火成巖侵入體的裂縫和孔洞時(shí)，若井底壓力大于地層壓力就會(huì)發(fā)生裂縫(溶洞)性漏失。而且漏失量大，漏失速度快。鉆井過程中發(fā)生井漏，除了地層本身存在孔隙、裂縫或溶洞，具有鉆井液通行的條件外。井底壓力大

51、于地層壓力是導(dǎo)致鉆井液漏失的重要原因。</p><p>　　2.5.3 漏層的漏失規(guī)律與地質(zhì)特征</p><p>　　對(duì)川東地區(qū)的井漏進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：川東地區(qū)所有構(gòu)造上均發(fā)生井漏。漏失的層位則從沙溪苗到志留系，從地表到5000米以下，幾乎每個(gè)層位都發(fā)生過井漏，但不同層位其漏失的嚴(yán)重程度和普遍程度有很大差異。嘉陵江、飛仙關(guān)、茅口組三個(gè)漏層，地層裂縫非常發(fā)育，尤其是高角度大裂縫發(fā)育（常發(fā)

52、現(xiàn)裂縫寬度大于10mm、傾角大于30°、延伸很遠(yuǎn)的非填充裂縫），同時(shí)地下溶洞發(fā)育，故經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重漏失和惡性漏失。而惡性漏失有時(shí)與鉆井中的放空現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)，個(gè)別情況下的某些漏失通道甚至同地表連通。雷口坡、二疊系、石炭系三個(gè)漏層，裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，也有高角度裂縫發(fā)育，但裂縫規(guī)模比嘉陵江、飛仙關(guān)、茅口組要小，溶洞不太發(fā)育。這些層位經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重井漏，但惡性井漏較為少見。須家河、自流井、沙溪苗三個(gè)層位，屬于孔隙性氣層，孔隙壓力偏低，常發(fā)生滲透

53、性漏失。有時(shí)在強(qiáng)構(gòu)造作用下，地層破碎，產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重井漏。</p><p>　　第3章欠平衡鉆井關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　3.1 欠平衡負(fù)壓值的確定及控制</p><p>　　3.1.1 確定井底負(fù)壓值應(yīng)考慮的因素及分析</p><p>　　1、產(chǎn)油、氣量 2、負(fù)壓井段不同壓力體系的地層壓力3、水平段的長(zhǎng)度4、井口設(shè)備

54、性能5、井眼穩(wěn)定性6、地層傷害7、壓力波動(dòng)</p><p>　　3.1.2 負(fù)壓差設(shè)計(jì)流程</p><p>　　欠平衡鉆井負(fù)壓差的設(shè)計(jì)流程在設(shè)計(jì)時(shí)，油藏地質(zhì)部門必須提供該井不同負(fù)壓差下的油、氣和水的產(chǎn)量以及地層的堅(jiān)固程度判別式，并有必要對(duì)井壁穩(wěn)儲(chǔ)層傷害進(jìn)行評(píng)價(jià)。</p><p>　　3.1.3 井底負(fù)壓差的控制</p><p>　　研制出

55、欠平衡鉆井地面數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的鉆井作業(yè)參數(shù)和產(chǎn)出流體的量，以及立管壓力和套管壓力與實(shí)際井底壓力間的數(shù)學(xué)關(guān)系及軟件計(jì)算，調(diào)節(jié)鉆井液密度和井口回壓來控制井底負(fù)壓差。</p><p>　　3.2 欠平衡鉆井液技術(shù)</p><p>　　欠平衡鉆井液技術(shù)是能否實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)施欠平衡鉆井的主要內(nèi)容。采用流鉆時(shí)不需要向鉆井液中加入時(shí)密度降低的外加劑，也不需要由此而必備的的

56、輔助設(shè)備和外圍輔助設(shè)備，因而鉆井成本較低。采用人工誘導(dǎo)方式產(chǎn)生欠平衡條件，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。第一種是直接用低密度的空氣、霧化、泡沫等鉆井液；另一種是往鉆井液基液中注入一種或多種不凝氣，以降低鉆井液密度，實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的目的。采用這種方式，需要在在鉆井液中加入減輕劑和使用減輕劑制備與充入設(shè)備，以及對(duì)返出鉆井液進(jìn)行處理的外圍設(shè)備，鉆井成本較高。</p><p>　　3.2.1 選擇欠平衡鉆井液體系應(yīng)考慮的問題<

57、/p><p>　　選擇欠平衡鉆井液十分重要，選擇鉆井液時(shí)要根據(jù)所鉆欠平衡井的類型、井身結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層物性、孔隙壓力等來綜合考慮選擇合適的欠平衡鉆井液。還要考慮鉆井液基液本身的物理性質(zhì)，比如粘度效應(yīng)低、無腐蝕性、毒性低等。</p><p>　　1、鉆井液可實(shí)現(xiàn)的最低密度</p><p>　　2、鉆井液穩(wěn)定井壁的能力</p><p>　　3、欠平衡鉆井液

58、的攜屑能力</p><p>　　4、欠平衡液與地層產(chǎn)出物的相容性</p><p><b>　　5、防腐問題</b></p><p><b>　　6、對(duì)流自吸作用</b></p><p>　　7、對(duì)測(cè)井和錄井的影響</p><p>　　8、鉆井液的經(jīng)濟(jì)性和安全性</p&g

59、t;<p>　　3.2.2 欠平衡鉆井液密度的確定</p><p>　　鉆井液密度的計(jì)算過程是：先確定地層孔隙壓力、環(huán)空壓耗，然后求出鉆井液密度。</p><p><b>　　1、地層孔隙壓力</b></p><p>　　油藏地質(zhì)工程提供的地層孔隙壓力主要是試油靜壓、鉆桿測(cè)試壓力及RFT（MFT）測(cè)試壓力，所鉆井的壓力可根據(jù)油層

60、深度校正。另外，經(jīng)研究，作者建議在探井中可以根據(jù)隨鉆過程中試井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析,得出地層孔隙壓力。關(guān)于各種地層壓力的監(jiān)測(cè)方法（dc指數(shù)法、聲波時(shí)差法、C指數(shù)法等）的計(jì)算結(jié)果誤差很大,深井中誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了負(fù)壓差值。因此,這些監(jiān)測(cè)方法對(duì)于鉆井液密度確定意義不大。</p><p><b>　　2、環(huán)空壓耗</b></p><p>　　環(huán)空壓耗與鉆井液密度的設(shè)計(jì)有直接關(guān)系，常

61、規(guī)過平衡及近平衡鉆井現(xiàn)場(chǎng)泵排量是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，鉆井液循環(huán)足以達(dá)到紊流狀態(tài)。但是，對(duì)于欠平衡鉆井而言，為了降低泵、井口旋轉(zhuǎn)防噴器及節(jié)流管匯等設(shè)備的負(fù)荷，增加井控的可靠性,并且避免紊流對(duì)裸眼油氣層的沖刷作用，我們一般以滿足鉆井液攜巖要求為原則，認(rèn)為欠平衡鉆井鉆井液排量不宜太大，流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)以層流為主。因此按式可以計(jì)算層流時(shí)鉆井液的環(huán)空壓耗。</p><p><b>　　（3-1

62、2）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　?。涵h(huán)空壓耗 kPa ：鉆井液塑性黏度 mPa·s</p><p>　?。恒@井液排量 L/s ：鉆柱直徑mm</p><p>　?。壕壑睆交蛱坠苤睆絤m

63、 ：鉆桿長(zhǎng)度m</p><p><b>　?。呵礟a</b></p><p>　　3、鉆井液密度的確定</p><p>　　鉆井液密度的計(jì)算應(yīng)在井口回壓為零、正常鉆進(jìn)中負(fù)壓差達(dá)到設(shè)計(jì)值的情況下進(jìn)行。鉆井液密度的計(jì)算式為</p><p><b>　?。?-13）</b></p>&

64、lt;p><b>　　式中</b></p><p>　?。侯A(yù)測(cè)地層孔隙壓力KPa ：井底負(fù)壓設(shè)計(jì)值KPa</p><p>　　：井深m ：鉆井液密度g/cm3</p><p>　　欠平衡鉆井中鉆井液密度的設(shè)計(jì)以地層孔隙壓力的預(yù)測(cè)技術(shù)為前提，預(yù)測(cè)的精確程度直接關(guān)系到鉆井液密度設(shè)計(jì)及鉆井作業(yè)

65、的成敗。因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)詳細(xì)研究、評(píng)估所測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，以確保安全鉆進(jìn)。對(duì)于一口欠平衡井來說，井底負(fù)壓差確定之后，如何確定鉆井液密度是實(shí)現(xiàn)井底的負(fù)壓差范圍重要手段。經(jīng)過研究實(shí)踐，得出一套完整的欠平衡鉆井液密度的確定方法如圖（3-2）所示。</p><p>　　圖3-2 鉆井液密度設(shè)計(jì)圖 </p><p>　　3.2.3 目前應(yīng)用的欠平衡鉆井液體系</p><p&

66、gt;<b>　　1、常規(guī)鉆井液</b></p><p>　　當(dāng)鉆遇某些高壓地層時(shí)，由于常規(guī)鉆井液的循環(huán)液柱壓力低于地層孔隙壓力，使井底壓力自然處于欠平衡狀態(tài)，因此可以應(yīng)用常規(guī)鉆井液進(jìn)行邊噴邊鉆。常規(guī)鉆井液體系具有獨(dú)特的流變性能，可以抑制其侵入地層,還有利于井眼清潔和攜巖。</p><p><b>　　2、氣流體</b></p>&

67、lt;p>　　氣流體是指空氣或天然氣,氮?dú)?、二氧化碳、防腐劑及干燥劑等組成的循環(huán)流體。由于氣體密度低，常用于鉆漏失層、敏感性強(qiáng)的低壓油氣層、溶洞性低壓層和低壓生產(chǎn)層等。使用氣流體鉆井時(shí),需要在井場(chǎng)配備專用鉆井設(shè)備,還需有井口防噴器、旋轉(zhuǎn)頭、密封鉆桿、巖屑排除管匯及測(cè)量?jī)x表等。氣流體鉆井的優(yōu)點(diǎn)是：可大幅度降低壓差，大大提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命；減少對(duì)敏感地層的損害，保護(hù)低壓油氣層；可安全鉆穿易漏層。其缺點(diǎn)是易引起井下著火與爆炸

68、，造成井下鉆具破壞，所以氣流體鉆井選擇氣體類型很重要。</p><p><b>　　3、霧流體</b></p><p>　　霧流體是空氣、發(fā)泡劑、防腐劑和少量水混合組成的循環(huán)流體，其中空氣是連續(xù)相，液體是非連續(xù)相，適于鉆開出液量低于24m3/h低壓油氣層，如果地層出液量大于24m3/h，則采用泡沫鉆井液鉆進(jìn)。其優(yōu)點(diǎn)類同于空氣鉆井，缺點(diǎn)是需要的空氣量比空氣鉆井多20%~

69、40%，實(shí)際需要量還要高些，否則井下不安全，且在超深井中,易腐蝕鉆具。</p><p>　　4、充氣水基或油基鉆井液體系</p><p>　　充氣鉆井液是將空氣注入鉆井液內(nèi)來降低流體液柱壓力，其密度最低可達(dá)到0.59kg/L,鉆井液和空氣的混配比一般為10:1。用充氣鉆井液鉆井時(shí)。環(huán)空速度要達(dá)到0.8~8.0m/s，地面正常工作壓力為3.5~8.0MPa。在鉆進(jìn)過程要注意空氣的分離和防腐，

70、防沖蝕等問題，要求有配套工藝和地面充氣設(shè)備。</p><p><b>　　5、泡沫鉆井液</b></p><p>　　泡沫鉆井液是氣體介質(zhì)分散在液體中，并配以發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑或粘土形成的分散體系，常用于低壓產(chǎn)層鉆井。油田用泡沫鉆井液一般為硬膠泡沫和穩(wěn)定泡沫。硬膠泡沫是氣體、粘土、穩(wěn)定劑和發(fā)泡劑配成的穩(wěn)定性比較強(qiáng)的分散體系，用于需要泡沫壽命長(zhǎng)、攜帶能力強(qiáng)的情況，如解決大直

71、徑鉆井巖屑攜帶和清洗井底或防漏、堵漏、堵水等問題，其成本低，但它對(duì)電解質(zhì)及油品的污染較敏感，一般不宜在油氣井中應(yīng)用。穩(wěn)定泡沫是指空氣（氣體）、液體發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑配成的分散體系，穩(wěn)定泡沫能與各類電解質(zhì)、原油及鉆井作業(yè)過程的污染物配伍，且能處理水，主要用于保護(hù)油氣層損害，低壓油氣層及枯竭層、永凍地區(qū)（-20~-80℃）及地?zé)峋@井。它具有密度低、攜巖能力強(qiáng)、對(duì)油層傷害小的特點(diǎn)。泡沫鉆井液現(xiàn)已在我國新疆、長(zhǎng)慶、華北、二連、遼河等油田的低壓油層

72、使用，取得較好效果。</p><p>　　6、加有新型降密度劑的鉆井液體系</p><p>　　美國開發(fā)了一種不含氣相的低密度鉆井液（將不可壓縮空心玻璃珠作為低密度固相添加劑），其塑性粘度、屈服值以及濾失量均能滿足鉆井要求[23]。當(dāng)空心玻璃球的密度為0.7g/cm3,而微型空心玻璃球的密度為0.38g/cm3，抗破壞壓力為20.7~27.6MPa。根據(jù)資料介紹，在密度為1.054g/cm

73、3的鉆井液中加入50%的空心玻璃球，可以使其密度降低到0.7188g/cm3；當(dāng)空心玻璃球的加量控制在35%~40%時(shí)，鉆井液的密度控制在0.78~0.82g/cm3?？招牟Ａ蜚@井液的成本要比普通鉆井液的高。</p><p>　　表3-2 根據(jù)地層壓力優(yōu)選鉆井液類型對(duì)比表</p><p>　　第4章 欠平衡鉆井信息采集處理系統(tǒng)以及應(yīng)用</p><p>　　4.

74、1 研究欠平衡鉆井參數(shù)采集與分析處理系統(tǒng)的意義</p><p>　　鉆井過程中的事實(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)是科學(xué)打井的前提性工作，對(duì)于欠平衡鉆井尤其重要。在欠平衡鉆井期間，地層流體不斷地侵入環(huán)空，侵入量的大小與地層產(chǎn)能狀況、井底欠壓值等因素密切相關(guān)。而侵入量的大小又決定地面設(shè)備的承受能力。要求研發(fā)的采集與分析處理系統(tǒng)既能夠?qū)崟r(shí)分析掌握井下欠平衡狀況，提前預(yù)防井下發(fā)生的異常情況，又能夠?yàn)槭潞蠓治鎏峁┗A(chǔ)資料。</p>

75、;<p>　　若想實(shí)時(shí)了解井下動(dòng)態(tài)，就要求有一套鉆井參數(shù)與分析處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析井底欠平衡鉆井狀態(tài)，如井底欠壓值的大小、地層流體侵入量、地層壓力的變化情況等，根據(jù)采集分析處理數(shù)據(jù)，對(duì)影響欠平衡鉆井的諸要素實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全快速鉆井的目的。</p><p>　　欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容是：實(shí)時(shí)采集鉆井過程的相關(guān)鉆井機(jī)械參數(shù)、水力參數(shù)、鉆井液性能參數(shù)以及其它與鉆井相關(guān)的參數(shù)，并結(jié)合實(shí)

76、時(shí)的井眼參數(shù)，實(shí)時(shí)分析、預(yù)測(cè)井下的欠壓值等。</p><p>　　現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出欠平衡鉆井采集和分析處理系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)η菲胶忏@井相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理并指導(dǎo)欠平衡鉆井的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，軟件功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)符合率高效果明顯。</p><p><b>　　4.2 方案設(shè)計(jì)</b></p><p>

77、;　　欠平衡鉆井的采集有兩種方式，第一種是按常規(guī)的方法獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，即配套地面?zhèn)鞲衅鳌?shù)據(jù)采集板卡的方式采集欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)。第二種方式是采用偵聽方式直接從錄井終端截取。配備先進(jìn)的綜合錄井儀，該錄井儀器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)中，包括欠平衡鉆井實(shí)時(shí)分析所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。</p><p>　　第一步是針對(duì)配備的綜合錄井儀器的欠平衡鉆井，主攻方向是錄井儀數(shù)據(jù)的截取和分析。</p><p>　　第二步是針對(duì)將

78、來配備的其它系列鉆井設(shè)備的欠平衡鉆井，同樣要開發(fā)數(shù)據(jù)獲取接口。</p><p>　　第三步對(duì)于將來不配備的欠平衡鉆井仍然采用常規(guī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)方法、配備傳感器。系統(tǒng)工作流程圖（4-1）所示。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)工作流程</p><p>　　4.3 系統(tǒng)軟件的主要功能</p><p>　　系統(tǒng)軟件能夠?qū)η菲胶忏@井中的參數(shù)

79、進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)、分析和處理；同時(shí)，該系統(tǒng)軟件能過對(duì)欠平衡鉆井進(jìn)行事前預(yù)測(cè)，鉆井過程中進(jìn)行處理并指導(dǎo)決策，事后對(duì)一口前平衡鉆井過程進(jìn)行分析總結(jié)。</p><p>　　系統(tǒng)軟件是有十幾個(gè)功能模塊組成。其數(shù)據(jù)的采集、分析及處理是以圖形、曲線和數(shù)據(jù)表的形式實(shí)現(xiàn)的?？梢岳么鎯?chǔ)模塊、數(shù)據(jù)隨機(jī)查詢等模塊對(duì)其欠平衡鉆井期間采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)或隨機(jī)查詢?nèi)我鈺r(shí)間的或井深時(shí)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.4

80、 系統(tǒng)軟件的應(yīng)用</p><p><b>　　1、采集數(shù)據(jù)</b></p><p>　　鉆井參數(shù)儀和綜合錄井儀實(shí)時(shí)采集了豐富的地層信息和鉆井工程信息，其中包括地層巖性特征、油氣顯示、井下復(fù)雜情況及鉆井工程參數(shù)及鉆井工況。</p><p>　　鉆進(jìn)作業(yè)過程中數(shù)據(jù)顯示與監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：底部鉆具狀態(tài)、鉆井液池體積、鉆井泵狀態(tài)（包括開啟狀態(tài)、沖數(shù)、

81、計(jì)算流量、上水效率等）、鉆井液性能（包括實(shí)時(shí)密度、密度超限報(bào)警、計(jì)算流變參數(shù)等） 、水力參數(shù)、鉆頭磨損（包括牙齒磨損與軸承磨損）、每米成本（包括常規(guī)成本與風(fēng)險(xiǎn)成本）、立管壓力變化、總池體積凈增量（判斷井涌、井漏）、流量差值監(jiān)測(cè)（判斷井涌、井漏）、卡鉆系數(shù)、扭矩變化（判斷鉆頭失效、斷鉆具等主要依據(jù)）、鉆壓變化（監(jiān)測(cè)鉆壓超限界、判斷溜鉆）、鉆具疲勞、大鉤載荷增減量（判斷超拉與遇阻）等顯示與監(jiān)測(cè)以及 dc 指數(shù)監(jiān)測(cè)地層壓力等[29]。<

82、/p><p>　　起下鉆作業(yè)過程中監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：底部鉆具與井眼幾何狀態(tài)顯示、壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè)、裸眼靜止時(shí)間監(jiān)測(cè)、鉤載增減量監(jiān)測(cè)（判斷超拉與遇阻）總池體積凈增量監(jiān)測(cè)（判斷井涌、井漏）。</p><p>　　實(shí)時(shí)采集的總烴值和氣體地面流量可以為預(yù)測(cè)地層流體侵入井筒，判斷井底實(shí)現(xiàn)欠壓值提供理論依據(jù)。實(shí)時(shí)采集的套壓值和立壓值為現(xiàn)場(chǎng)控制井底欠壓值提供參考數(shù)據(jù)。自動(dòng)采集其他相關(guān)數(shù)據(jù)或者參與計(jì)算，或者可以直

83、接分析處理現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)的情況。</p><p>　　根據(jù)地層壓力合理設(shè)計(jì)鉆井液的密度，能夠保證井壁穩(wěn)定、保障鉆井安全和提高鉆速。地層壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不僅有助于發(fā)現(xiàn)油氣層、保護(hù)油氣層，而且可以預(yù)防井漏、井噴等不安全事故的發(fā)生。</p><p><b>　　2、分析數(shù)據(jù) </b></p><p>　　通過數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析結(jié)果數(shù)據(jù)

84、包括井底壓力，井底欠壓值，環(huán)空鉆井液密度分布規(guī)律，環(huán)空壓力變化規(guī)律等，這些分析結(jié)果數(shù)據(jù)可以直接用于分析判斷井下欠平衡動(dòng)態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整欠平衡鉆井方案提供理論依據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)顯示模塊以表格和曲線的形式實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。</p><p>　　3、欠平衡鉆井過程中的監(jiān)測(cè)</p><p>　　可以運(yùn)用直接采集和分析處理后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)欠平衡鉆井中的工序進(jìn)行調(diào)整和控制。如通過壓

85、力、液位、泵沖、氣體流量等傳感器和錄井儀實(shí)時(shí)采集的各種信號(hào)經(jīng)放大器放大、處理、變換后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)內(nèi)置的計(jì)算軟件計(jì)算出井底壓力，可作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的依據(jù)。在此如果嵌入自動(dòng)控制程序模塊，系統(tǒng)處理器一方面將采集到的數(shù)據(jù)及計(jì)算出的數(shù)據(jù)顯示輸出并儲(chǔ)存，另一方面將計(jì)算出的井底壓力與設(shè)計(jì)的井底壓力比較，當(dāng)計(jì)算的井底實(shí)際壓力<設(shè)定值-設(shè)定誤差時(shí)，通過嵌入的自動(dòng)控制程序產(chǎn)生節(jié)流閥開度關(guān)小的控制信號(hào)，增加井口壓力值；在等待一個(gè)壓力傳播

86、延遲后根據(jù)變化了的泵壓和其它數(shù)據(jù)重新計(jì)算井底壓力，再把計(jì)算的井底實(shí)際壓力與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，直到井底壓力在設(shè)定值±設(shè)定誤差范圍之內(nèi)。反之，當(dāng)計(jì)算的井底實(shí)際壓力>設(shè)定值+設(shè)定誤差時(shí)，發(fā)出開大節(jié)流閥開度指令，減少套壓值；在等待一個(gè)壓力傳播延遲后根據(jù)變化了的泵壓和其它數(shù)據(jù)重新計(jì)算井底壓力，再把計(jì)算的井底實(shí)際壓力與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比到井底壓力在設(shè)定值±設(shè)定誤差范圍之內(nèi)。這樣，可使實(shí)際井底壓力保持在欠平衡鉆井的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)?；蚴?/p>

87、是人工設(shè)定一個(gè)井口壓力值，通過系統(tǒng)控制節(jié)流閥使井口壓力穩(wěn)定在給定的</p><p>　　4.5 欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用事例 </p><p>　　針對(duì)大慶長(zhǎng)桓東部?jī)?chǔ)層的特點(diǎn)，用常規(guī)鉆井方法無法打

88、開儲(chǔ)層，不但鉆速低，經(jīng)常發(fā)生漏失、卡鉆等事故，而且還容易造成嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害，勘探成功率低。衛(wèi)減少損害，增大產(chǎn)能，提高鉆井效率，開發(fā)欠平衡鉆井是一種理想方案。衛(wèi)深5井是大慶油田在黑龍江安達(dá)市升平鎮(zhèn)實(shí)施的一口欠平衡井。設(shè)計(jì)欠平衡井段是3087~3670米，預(yù)測(cè)目的層地層壓力系數(shù)1.03。欠平衡鉆井液體系為水包油鉆井液體系，鉆探的目的是采用欠平衡鉆井技術(shù)解放儲(chǔ)層，從而達(dá)到準(zhǔn)確評(píng)價(jià)該區(qū)含氣情況，突破產(chǎn)能關(guān)，提高該區(qū)勘探成功率和勘探精度。<

89、/p><p>　　4.5.1 工程設(shè)計(jì)</p><p>　　1、井身結(jié)構(gòu): 444.5mm×301m（339.7mm×300m）+311.2mm×3087m（244.5mm×3085mm）+215.9mm×3670m（139.7×29503667m）。</p><p>　　2、三開欠平衡鉆井井口裝置：套管頭+

90、FZ28-70單閘板防噴器+四通+2FZ28-70雙閘板防噴器+FH28-35萬能防噴器+PCWD旋轉(zhuǎn)防噴器。</p><p>　　3、實(shí)現(xiàn)欠平衡方式：流鉆法（邊噴邊鉆）。</p><p>　　4、鉆井液密度窗口的設(shè)計(jì)：經(jīng)對(duì)大慶長(zhǎng)桓以東營(yíng)城組孔隙壓力和坍塌壓力研究，可確定其欠平衡鉆井液的密度窗口在0.901.0 g/cm3之間。其計(jì)算公式為：</p><p><

91、;b>　?。?-1）</b></p><p>　?。?-2） </p><p><b>　　式中</b></p><p>　?。旱貙訅毫?，MPa ：井口壓力，MPa ：負(fù)壓值，MPa ：鉆井液塑性粘度，mPas ：套管直徑，mm ：排量，

92、L/s ：井深，m</p><p>　　根據(jù)井下壓力關(guān)系，代入井下實(shí)際邊界條件針對(duì)不同性能時(shí)的水包油鉆井液體系應(yīng)用軟件計(jì)算的欠壓值結(jié)果如表，計(jì)算中參照地質(zhì)設(shè)計(jì)地層壓力系數(shù)取1.03，取井口回壓為零。</p><p>　　從表（4-1）中可以看出，為確保真正實(shí)現(xiàn)欠平衡目的，動(dòng)壓差取值應(yīng)在-0.74-2.32MPa之間，設(shè)計(jì)鉆井液密度0.940.98 g/cm3，盡量以配漿密度低限作為第一循環(huán)

93、周。</p><p>　　4.5.2 現(xiàn)場(chǎng)施工</p><p>　　1、氣體上竄速度預(yù)測(cè)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)鉆實(shí)鉆中的應(yīng)用</p><p>　　（1）氣體上竄速度預(yù)測(cè)</p><p>　　設(shè)鉆井液以速度穩(wěn)定流動(dòng)，侵入井內(nèi)的氣泡主要受浮力，黏滯</p><p>　　表4-1 不同鉆井液密度下的井底壓力計(jì)算表</p>

94、<p>　　阻力和重力作用。其中 為氣泡半徑，為黏滯系數(shù)，為氣體上升速度，為鉆井液密度，為氣體上升距離，因此，氣泡運(yùn)動(dòng)方程如</p><p>　?。?-21）所示為：</p><p>　　變換得式（3-22）：</p><p>　　通過一系列數(shù)學(xué)求解得出圖（4-4）所示小球半徑與上升時(shí)間關(guān)系。</p><p>　　圖4-4 小

95、球半徑與上升時(shí)間關(guān)系</p><p>　　從圖可以看出，氣體小球半徑越大，上升速度越快，而氣體在井內(nèi)上升過程中，體積逐漸膨脹，井底壓力愈來愈高，潛在危險(xiǎn)增大，需及時(shí)節(jié)流排氣。</p><p>　　（2）氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律研究</p><p>　　用侵入井眼內(nèi)的氣體流量來計(jì)算氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律，如公式（3-23）、（3-24）、（3-2

96、5）、（3-26）所示，計(jì)算出的氣侵后環(huán)空鉆井液密度及壓力分布規(guī)律見圖（4-5）（4-6）：</p><p>　　圖4-5 井深與環(huán)空壓力關(guān)系</p><p>　　圖4-6 井深與密度關(guān)系曲線</p><p>　　由圖可以看出，環(huán)空壓力與環(huán)空鉆井液密度從井底至井口逐漸降低。根據(jù)氣體動(dòng)態(tài)方程研究出欠平衡狀態(tài)下氣侵后井底壓力計(jì)算模型，代入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)作為邊界條件，應(yīng)

97、用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算氣體上竄速度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算，井底至井口下200m段為氣泡流型為泡沫流，井口200m段轉(zhuǎn)為段塞流，井深3500m時(shí)氣泡上返時(shí)間為38min，這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值相符。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，實(shí)時(shí)控制節(jié)流閥的開啟度，控制套壓在300psi以下，從而控制溢流，做到“邊噴邊鉆”，理論計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值符合率85％以上。</p><p>　　2、實(shí)鉆井底壓力參數(shù)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用</p>&

98、lt;p>　　井底壓力參數(shù)包括井底循環(huán)壓力，地層壓力，井底欠壓值（靜壓差、動(dòng)壓差）。該井目的層預(yù)測(cè)壓力系數(shù)1.03，初始設(shè)計(jì)鉆井液密度窗口0.940.98 g/cm3，而在實(shí)施過程中，鉆井液密度超過0.95 g/cm3則欠不起來，因此對(duì)所的鉆井液密度窗口進(jìn)行修正，把密度控制在0.910.94 g/cm3之間，收到了較好的效果。運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)際地層壓力進(jìn)行計(jì)算，在次基礎(chǔ)上進(jìn)行了井底循環(huán)壓力，井底靜壓差和動(dòng)壓差的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見下

99、表（4-2）：</p><p>　　表4-2 實(shí)鉆井底壓力計(jì)算</p><p>　　由表可以看出，三開欠平衡段計(jì)算壓力系數(shù)1.017，中途測(cè)試實(shí)測(cè)1.02，誤差為0.3％。實(shí)鉆過程中，保持欠平衡井段井底靜壓差值為-1.20MPa（-1.32-1.08MPa）；動(dòng)壓差-0.620.38MPa，平均值-0.5MPa。這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄資料非常吻合。壓力與井深變換曲線見圖（4-6）。</p&g

100、t;<p>　　3、井底欠壓值控制技術(shù)應(yīng)用</p><p>　　欠平衡鉆井過程中，由于油氣的侵入及上升，環(huán)空壓力下降，井底負(fù)壓差隨之增大，過大的井底負(fù)壓差容易造成井壁失穩(wěn)或井口壓力過大等，給欠平衡鉆井帶來了極大的風(fēng)險(xiǎn)，因次在欠平衡鉆井過程中適時(shí)通過節(jié)流閥控制負(fù)壓差。在正常鉆進(jìn) </p><p>　　圖4-6 壓力與井深關(guān)系曲線</p><p>　　過

101、程中，保持井底動(dòng)壓差值在-1.5-0.5MPa之間?，F(xiàn)場(chǎng)主要應(yīng)用了兩種控制原則收到了良好的效果。氣侵量增大時(shí)調(diào)節(jié)原則：隨著油氣侵入量的增大，環(huán)空液柱壓力減小井底負(fù)壓值增大的同時(shí)套壓隨之升高，應(yīng)關(guān)小節(jié)流閥，使泵壓升高（泵壓升高值就是減少的井底負(fù)壓值）。由于需要1個(gè)循環(huán)周期才能將侵入的油氣帶出來，控制效果只有在1個(gè)循環(huán)后才能顯示出來。因此，在此期間決不能因油氣量的增加而繼續(xù)增大回壓，以免造成過平衡鉆進(jìn)或壓滿、壓死目的層。排量不變，泵壓下降時(shí)

102、調(diào)節(jié)原則：在欠平衡鉆進(jìn)時(shí)，排量不變，如果泵壓下降,在排除鉆頭水眼、鉆具或泵等故障的前提下，可以判斷為鉆遇油氣層。因?yàn)?，油氣柱在環(huán)空中上升、膨脹而造成液柱壓力降低。此時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升到原值。在此期間應(yīng)隨時(shí)注意泵壓的變化，當(dāng)泵壓繼續(xù)減少時(shí)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升，避免欠平衡鉆進(jìn)過程中油氣侵入量急劇增加而導(dǎo)致壓力失控。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><

103、;p>　　本文在查閱資料的基礎(chǔ)之上，對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)有了初步的了解，通過對(duì)鉆井理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究分析后得到了以下認(rèn)識(shí)和結(jié)論：</p><p>　　(1)欠平衡鉆井技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，以多方面的優(yōu)勢(shì)得到了人們的關(guān)注，近幾年無論從理論、技術(shù)、裝備都有了很大的進(jìn)步。</p><p>　　(2)在進(jìn)行欠平衡鉆井前，必須對(duì)油氣藏進(jìn)行嚴(yán)格篩選，選擇適應(yīng)于欠平衡鉆井技術(shù)充分發(fā)揮的油氣藏。</

104、p><p>　　(3)井壁失穩(wěn)是一個(gè)很復(fù)雜的問題，尤其是泥頁巖地層，是物理，化學(xué)和力學(xué)相耦合的結(jié)果。</p><p>　　(4)欠平衡鉆井過程中井筒流動(dòng)是一個(gè)氣、液、固三相流動(dòng)，文中用兩相流動(dòng)模型研究了直井筒的流態(tài)和攜巖問題，建立了兩相流數(shù)學(xué)模型。得出了最低攜巖速度。 </p><p>　　(5)欠平衡鉆井選擇的循環(huán)介質(zhì)隨著所設(shè)計(jì)的密度不同而不同,在鉆井中存在著井下不安

105、全隱患，主要指各種氣體鉆井，在對(duì)各種爆燃方式分析之上，認(rèn)識(shí)到井下可燃濃度上、下限隨著壓力，溫度的變化而變化。井下最容易發(fā)生爆炸的點(diǎn)是壓力、溫度最大點(diǎn)。</p><p>　　(6)一般的井漏主要是由于井底壓力高于地層壓力所引起，大的惡性井漏往往是裂縫網(wǎng)絡(luò)較好，縫、洞發(fā)育相連的地層。漏失程度與壓差，裂縫的各種情況有關(guān)。欠平衡鉆井技術(shù)可以防漏治漏。裂縫性漏失與氣侵同時(shí)存在于發(fā)生井漏的欠平衡鉆井中。</p>

106、<p>　　(7)欠平衡鉆井中井底負(fù)壓值的設(shè)計(jì)涉及到油藏、地質(zhì)以及地面設(shè)備的工作能力等因素設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)每項(xiàng)因素精確分析，以完成井底負(fù)壓值的合理設(shè)計(jì)，一般經(jīng)驗(yàn)是欠平衡鉆井井底負(fù)壓值應(yīng)維持在 1-3MPa。</p><p>　　(8)鉆井液技術(shù)是實(shí)施欠平衡鉆井的關(guān)鍵技術(shù)，先計(jì)算環(huán)空壓耗，再根據(jù)合適的欠壓值和準(zhǔn)確的地層孔隙壓力依據(jù)給出的經(jīng)驗(yàn)方案求解鉆井液密度。然后在充分了解地質(zhì)的情況下可以選擇出合適的鉆井

107、液類型。</p><p>　　(9)分析得出了井底壓力與井口回壓、負(fù)壓值、泵壓、排量間的關(guān)系，通過控制回壓可以達(dá)到對(duì)井底氣體的侵入情況和井底壓差的控制。</p><p>　　(10)欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)對(duì)鉆井全過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和分析，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)整個(gè)工藝過程進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)，確保欠平衡鉆井安全順利的完成。</p><p><b>　　致 謝&l

108、t;/b></p><p>　　感謝我的論文指導(dǎo)**老師，這篇論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫€(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入論文的寫作當(dāng)中。     在論文即將完成之際，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

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