欠平衡鉆井技術(shù)1

1、,欠平衡鉆井技術(shù),,,目 錄,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi)二、適合欠平衡鉆井的地層三、欠平衡鉆井裝備四、技術(shù)可行性五、欠平衡鉆井流體六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì)七、壓力控制八、欠平衡作業(yè),,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,1、定義欠平衡鉆井API定義：鉆井過(guò)程中允許產(chǎn)層流體流入井眼，并可將其循環(huán)到地面，地面可有效控制。這一技術(shù)稱(chēng)欠平衡鉆井。低壓鉆井（Low Head Drilling),,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,2、分類(lèi)人工誘導(dǎo)（

2、Artificially Induced)與溢流鉆井(Flowdrilling) 按鉆井流體類(lèi)型劃分：氣體鉆井流體氣液兩相鉆井流體液體鉆井流體,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,氣體鉆井流體干空氣鉆井天然氣鉆井 氮?dú)忏@井尾氣鉆井,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,氣液兩相鉆井流體霧化鉆井泡沫鉆井（穩(wěn)定泡沫、硬膠泡沫） 充氣鉆井液鉆井，有四種注氣方式（鉆桿注氣、寄生管注氣、同心管注氣和連續(xù)油管注氣） 低密度鉆井流體(ligh

3、tened drilling fluid) 可壓縮性流體（Compressible Fluids）,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,氣體,霧,泡沫,充氣流體,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,液體鉆井流體低密度液體(柴油、原油、油基泥漿、水包油）溢流鉆井（Flow Drilling ）,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,其它欠平衡鉆井：泥漿帽鉆井 不壓井起下鉆鉆井Production Drilling ：美國(guó)能源部宣稱(chēng)的未來(lái)十年的關(guān)鍵技術(shù)

4、海洋欠平衡鉆井,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,,一、欠平衡鉆井技術(shù)分類(lèi),,IADC風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)：0 地層不含碳?xì)浠衔? 井不能自動(dòng)溢流到地面，從井控上看風(fēng)險(xiǎn)是低的2 井能自動(dòng)溢流到地面，但能使用常規(guī)井控方法，萬(wàn)一災(zāi)難性的設(shè)備毀壞，后果有限3 地?zé)峄虿划a(chǎn)碳?xì)浠衔?，最高關(guān)井壓力低于欠平衡設(shè)備工作壓力等級(jí)，災(zāi)難性的設(shè)備毀壞有直接的嚴(yán)重后果4 產(chǎn)碳?xì)浠衔?，最高關(guān)井壓力低于欠平衡設(shè)備工作壓力等級(jí)，災(zāi)難性的設(shè)備毀壞有直接的嚴(yán)重后

5、果5 計(jì)劃的最高地面壓力大于欠平衡鉆井設(shè)備的壓力等級(jí)，但低于防噴器組合的壓力等級(jí)，災(zāi)難性的設(shè)備毀壞有直接的嚴(yán)重后果,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,1、欠平衡鉆井優(yōu)點(diǎn)（鉆井） 提高機(jī)械鉆速 增加鉆頭壽命 減少鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間 解決井眼問(wèn)題井漏壓差卡鉆敏感性頁(yè)巖,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,2、欠平衡鉆井優(yōu)點(diǎn)（油藏） 減少或消除表皮損害提高生產(chǎn)指數(shù) 提高產(chǎn)量 更早生產(chǎn) 提高最終采收率 連續(xù)和實(shí)時(shí)地

6、層評(píng)價(jià),,二、適合欠平衡鉆井的地層,,3、欠平衡鉆井的局限和困難 不十分了解儲(chǔ)層和地質(zhì)情況 井壁不穩(wěn)定 合理的設(shè)計(jì)和作業(yè) MWD和導(dǎo)向鉆具的限制 著火和腐蝕,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,4、適合欠平衡鉆井地層好的選擇： 壓力衰竭儲(chǔ)層 低機(jī)械鉆速的硬地層 井漏地層 老井重入和修井 敏感性損害地層 高滲高孔地層 裂縫和溶洞,,二、適合欠平衡鉆井的地層,,差的選擇： 高滲高壓 未知儲(chǔ)層

7、或地層 高產(chǎn) 疏松地層 薄弱塑性地層，鹽，膨脹頁(yè)巖 有硫化氫 壓力不同的多套儲(chǔ)層,,三、欠平衡鉆井裝備,,1、井口控制設(shè)備 旋轉(zhuǎn)控制頭、旋轉(zhuǎn)防噴器,,三、欠平衡鉆井裝備,,2、地面處理設(shè)備,開(kāi)式：液氣分離器、撇油罐和自動(dòng)點(diǎn)火裝置,液氣分離器,,,三、欠平衡鉆井裝備,,閉式：四相分離器,,,三、欠平衡鉆井裝備,,自動(dòng)點(diǎn)火裝置套,,三、欠平衡鉆井裝備,,防回火裝置,,三、欠平衡鉆井裝備,,火炬 及排氣管線(xiàn),,三、欠

8、平衡鉆井裝備,,3、不壓井起下鉆裝置,,三、欠平衡鉆井裝備,,4、充氮設(shè)備,膜氮：壓縮機(jī)、膜纖維、增壓機(jī),,三、欠平衡鉆井裝備,,液氮：液氮儲(chǔ)備罐液氮泵汽化器運(yùn)輸液氮車(chē)輛,,三、欠平衡鉆井裝備,,5、其它設(shè)備、工具 常規(guī)防噴器組合六棱方鉆桿斜臺(tái)肩鉆桿內(nèi)防噴工具重泥漿儲(chǔ)備罐消防安全器材節(jié)流管匯至少要配置一個(gè)液動(dòng)節(jié)流閥鉆機(jī)底座要有足夠高度,,四、技術(shù)可行性,,地層坍塌壓力：進(jìn)行井壁穩(wěn)定性評(píng)估。地面設(shè)備分離能力：了解

9、儲(chǔ)層流體種類(lèi)、產(chǎn)量、是否有酸性氣體 。旋轉(zhuǎn)控制頭的額定動(dòng)壓：套壓的大小與地層壓力、地層流體類(lèi)型、產(chǎn)量、氣體的滑脫速度、工況及欠平衡鉆井方式有關(guān)。,,五、欠平衡鉆井流體,,氣（空氣、天然氣、氮?dú)猓╈F泡沫充氣鉆井液（水、油、泥漿）油水泥漿,,五、欠平衡鉆井流體,,對(duì)液相鉆井液要求：使用與儲(chǔ)層巖石、流體配伍的鉆井液防止各種敏感性損害以及潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、沉淀、結(jié)垢、乳化、水鎖等損害考慮鉆井液與產(chǎn)出的儲(chǔ)層流體相容性問(wèn)題，主要是防止

10、水-油、氣-油乳狀物的形成，以利于地面油氣分離,,五、欠平衡鉆井流體,,液相鉆井液類(lèi)型：水鹽水水基泥漿油油基泥漿,,五、欠平衡鉆井流體,,推薦：采用無(wú)固相清潔流體當(dāng)比重小于1.2時(shí)考慮用清水或鹽水當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)油時(shí)考慮用清水或鹽水當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)氣時(shí)，比重大于1.2時(shí)考慮泥漿,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,1、欠平衡鉆井取得成功的關(guān)鍵,完全搞清楚油藏和地質(zhì)情況選擇合適的欠平衡鉆井技術(shù)合理的設(shè)計(jì)與多相流計(jì)算機(jī)模擬制定應(yīng)急計(jì)劃,,六、欠

11、平衡鉆井設(shè)計(jì),,2、欠平衡鉆井方式選擇,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,欠平衡鉆井方式選擇所考慮因素：所解決的問(wèn)題或應(yīng)用對(duì)象設(shè)備和技術(shù)能力地層產(chǎn)出流體的處理,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,3、欠平衡壓差設(shè)計(jì),欠平衡壓差設(shè)計(jì)的主要影響因素：地層坍塌壓力地面設(shè)備分離能力旋轉(zhuǎn)控制頭的額定動(dòng)壓,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,氣體、霧化鉆井，不作特別設(shè)計(jì)溢流鉆井0.7～1.4MPa 充氣鉆井1.70～3.5MPa,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,4、井身結(jié)構(gòu)

12、,技術(shù)套管要下到油頂附近（用于提高產(chǎn)量）充氣鉆井可能要選擇井眼尺寸,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,5、欠平衡鉆井設(shè)備,注入系統(tǒng)氣體注入系統(tǒng)、液體注入泵和化學(xué)試劑注入系統(tǒng)回流系統(tǒng)主要包括分流器（旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器）、節(jié)流管匯、分離系統(tǒng)和點(diǎn)火裝置等設(shè)備。欠平衡鉆井設(shè)備的配置與欠平衡鉆井方式和地層流體類(lèi)型、產(chǎn)量有關(guān)。,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,6、鉆具結(jié)構(gòu),六方鉆桿、上下旋塞1-2止回閥或浮閥（ 23/8、 31/2″ 、5″）投入

13、式防通閥斜臺(tái)肩鉆桿,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,根據(jù)最高地層孔隙壓力、地層流體類(lèi)型和產(chǎn)量選擇井控裝置的壓力等級(jí)和組合形式井口裝置應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6426—1999（鉆井井控技術(shù)規(guī)程）設(shè)計(jì) 典型的井口裝置組合,7、井口,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,轉(zhuǎn)控制頭環(huán)形防噴器雙閘板四通單閘板套管四通套管頭,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,8、循環(huán)流程及地面布置,循環(huán)流程與欠平衡鉆井方式有關(guān),溢流鉆井地面布置圖,充氣鉆井地面布置圖,,六、欠平衡

14、鉆井設(shè)計(jì),,9、欠平衡鉆井參數(shù)設(shè)計(jì),氣體鉆井主要是設(shè)計(jì)攜帶巖屑所需要的最小氣體流量 霧化鉆井主要是設(shè)計(jì)攜帶巖屑和液體所需要的氣體流量 泡沫、充氣鉆井設(shè)計(jì)氣體流量和液體流量溢流鉆井主要是設(shè)計(jì)鉆井液密度 氣體、霧化、泡沫和充氣要用多相流軟件設(shè)計(jì),,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,多相流流動(dòng)模型,常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流動(dòng)模型等 氣體、霧化、泡沫鉆井采用均相流模型，即氣、液兩相的運(yùn)行速度相同而充氣、溢流鉆井采用漂移模型，漂

15、移模型考慮了各相之間的相互作用和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即氣相滑脫速度和油相的漂移速度。,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,多相流 流型,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,美國(guó)莫爾工程公司Mudlite軟件設(shè)計(jì),,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,10、完井設(shè)計(jì),原則：欠平衡鉆井的目的為了解決鉆井問(wèn)題（提高機(jī)械鉆速、減少井漏和壓差卡鉆）或地質(zhì)評(píng)價(jià)采用常規(guī)完井降低儲(chǔ)層損害，欠平衡完井,,六、欠平衡鉆井設(shè)計(jì),,完井方式：裸眼、篩管、尾管完井管柱低密度固井：泡沫、空心玻璃微珠

16、管外分隔器,,七、壓力控制,,1、鉆桿法低節(jié)流壓力法恒液面法適用于溢流鉆井,,七、壓力控制,,2、環(huán)空法隨鉆壓力監(jiān)測(cè)多相流動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬適用于氣液兩相欠平衡鉆井,,八、欠平衡作業(yè),,1、欠平衡作業(yè)前要考慮的問(wèn)題：每一層的地層壓力地層產(chǎn)出的流體類(lèi)型、產(chǎn)量以及是否有酸性氣體防噴器是否進(jìn)行了試壓旋轉(zhuǎn)控制頭能處理多大壓力地面處理系統(tǒng)的能力井隊(duì)人員是否進(jìn)行了培訓(xùn),,八、欠平衡作業(yè),,2、接單根是否關(guān)閉環(huán)空卸扣前釋放鉆桿內(nèi)

17、圈閉壓力,,八、欠平衡作業(yè),,3、起下鉆,一般原則：井眼不能對(duì)鉆臺(tái)敞開(kāi)需要精確的井口裝置圖計(jì)算上頂力，確定是否要用不壓井起下鉆裝置不規(guī)則的底部鉆具組合必須分步起出起出鉆具浮閥時(shí)，必須檢查圈閉壓力,,八、欠平衡作業(yè),,起下鉆方法壓井打重塞子在井底平衡地層壓力在環(huán)空用泥漿帽將地 層流體擠回地層用井下壓力閥將地層壓力隔離不壓井起下鉆起鉆時(shí)允許井溢流,,八、欠平衡作業(yè),,井下安全閥Downhole Deployment V

18、alve,,八、欠平衡作業(yè),,,八、欠平衡作業(yè),,推薦使用部分壓井（浮動(dòng)泥漿柱）方法洗井將清潔或與地層配伍的保護(hù)液注入到油層部位用旋轉(zhuǎn)控制頭將鉆具起至技套用重泥漿平衡地層壓力正常起下鉆,,八、欠平衡作業(yè),,起下鉆時(shí)遇到的問(wèn)題旋轉(zhuǎn)控制頭壓力太高起出鉆頭時(shí)伴隨氣體涌出溢流量高套壓隨時(shí)間增加井眼卸載井眼穩(wěn)定,,八、欠平衡作業(yè),,4、完井作業(yè)平衡塞和泥漿帽井下壓力閥井下防噴管不壓井起下部分壓井,,八、欠平衡作業(yè),