全过程欠平衡技术在陈古1-1井的应用

杜新军

中国石油辽河油田分公司 钻采工艺研究院 (辽宁 盘锦 124010)

全过程欠平衡技术在陈古1-1井的应用

杜新军

中国石油辽河油田分公司 钻采工艺研究院 (辽宁 盘锦 124010)

陈古1-1井采用合理的工程设计参数，满足实现全过程欠平衡的条件；采用套管阀技术，解决欠平衡钻井中钻柱易被顶出井口、钻柱无法二次入井等问题；通过适时调节节流阀来调节立压，从而控制井底欠压值始终在合理的范围之内。陈古1-1井通过采用全过程欠平衡技术，有效保护油气层，提高单井产量，提高机械钻速。

全过程欠平衡钻井 欠压值 套管阀 节流阀

随着钻井技术水平提高和应用范围的拓展，欠平衡钻井技术以其优良的钻探效果被业内人士所认可，在进行欠平衡钻井过程中，为确保钻井流体不对储层产生污染，最好的办法就是做到从钻开油气层到完井过程中都要保持井底的欠平衡状态，即实现全过程欠平衡钻井[1]。该技术与一般欠平衡钻井技术的区别主要表现在整个钻、测、完井作业过程中井底压力始终小于或者等于地层孔隙压力。全过程欠平衡技术利用高压旋转防喷器、井下套管阀、节流管汇、气液分离器等一系列欠平衡地面和井下专用工具设备，通过井口压力和钻井液密度的控制，在钻、测、完井过程中保持井底处于平衡或者负压差状态，从而避免钻井液侵入油层，允许地层流体进入井筒，最终达到及时发现和保护油气层的目的[2]。陈古1-1井采用全过程欠平衡技术取得良好钻探效果，获得较高的油气产量。

1 陈古1-1井基本情况

陈古1-1井位于辽河坳陷西部凹陷兴隆台潜山带陈古潜山陈古2块，是辽河油田部署在兴隆台潜山带陈古2块一口重要的评价井。陈古1-1井钻遇地层自下而上依次为：太古界、中生界、新生界古近系沙河街组三段、一段+二段、东营组、新近系馆陶组,主要含油目的层是太古界潜山储集层，油藏类型为裂缝型块状底水油藏，地层压力系数为1.094。其钻探目的是为了进一步落实兴隆台潜山带陈古2块潜山油藏的含油气情况、产能及油水界面位置，提高该块油藏的井控程度，完善探明石油地质储量计算参数，为兴隆台潜山带整体上报探明储量提供依据。

2 工程设计参数

2.1 井身结构

陈古1-1井钻进过程中，地层复杂程度高，在欠平衡作业中，容易出现井壁失稳、井塌、井漏等问题，极可能造成严重的钻井事故。考虑以上各方面因素，在通过套管强度校核的基础上，我们提出了以下井身结构设计，见表1。

2.2 钻井液

影响钻井液密度选择的参数是欠平衡井段的最小地层压力、设计负压值、环空摩阻及井深。准确求取摩阻和地层压力以及可能进入的流体性能、能量对钻井液密度选择是很重要的。

根据地层压力系数预测结果，本井预测太古界最高压力系数为1.094，因此本井欠平衡循环介质原则上选用液基钻井液体系，钻井液密度确定为1.02g/cm3。为了确保欠平衡钻井的顺利进行，本井三开选用无固相钻井液体系，见表2。

2.3 欠平衡钻进钻具组合

钻具组合设计原则：能够在井底负压差下接单根；能够满足中途测试要求；钻具尽量光滑满足旋转防喷器密封要求；钻具结构尽可能简化；钻具抗拉强度、抗挤强度符合要求。从以上钻具组合设计原则和经济效益两方面进行考虑，钻具组合选择为：152.4mm钻头+120.7mm浮阀1个+120.7mm钻铤12根+120.7mm箭形回压凡尔1个+88.9mm （18°斜坡）加重钻杆15根+120.7mm投入式止回阀1个+88.9mm(18°斜坡)钻杆+旋塞+方钻杆。

表1 陈古1-1井井身结构表

表2 无固相钻井液性能表

3 套管阀的使用

3.1 套管阀的作用原理

套管阀是配合井口旋转防喷器实现全过程欠平衡作业的特殊工具。在需要实施全过程欠平衡作业的井中，先将套管阀预置在上层套管的某一位置，当起下钻、电测或下筛管时，可以根据需要，利用套管阀将井筒上下分隔开，由此完成其相关工具、仪器的起下作业。在欠平衡作业正常钻进过程中，套管阀处于开启状态，对钻进作业不产生任何影响；当提钻至套管阀以上某一位置时，将其关闭以达到控制井内流体和压力的目的，这样就可安全、顺利完成提钻作业；当需要下钻、下电测仪器或筛管时，在钻头、电测仪器或筛管下至套管阀以上某一位置时，将其打开即可使井眼畅通，完成后续作业，见图1。

3.2 套管阀的使用特点

在欠平衡钻井过程中，若需要起下钻换钻头或调整钻具组合，以及进行电测或筛管完井作业，往往先压井后再进行后续作业。因为：①井口负压差较大，钻柱提至井筒上部时，钻柱重量不足以克服井内钻井液对其产生的上浮力，致使钻柱被顶出井口；②井口以上钻柱重量不足将导致其无法二次入井；③电测仪器的重量比钻柱还轻，更是无法入井；④若采用筛管完井作业时，井口将会失控或无法将筛管下入井内。套管阀作用就是解决上述问题。陈古1-1井起下钻过程中，共开关套管阀2次，每次开关返出油量符合设计要求，正常开关。

4 节流阀的使用

4.1 井底欠压值的选择与控制

欠平衡钻进过程中，由于油气侵入及上升，环空压力下降，井底欠压值随之增大。过大的井底欠压值易造成井壁失稳或井口压力过大，给欠平衡钻井带来极大风险。因此，欠压值的准确选择对欠平衡钻井至关重要，欠平衡钻井井下动态液柱压力应低于孔隙压力，必须大于坍塌压力[3]。井下动态液柱压力等于环空静液压力、环空摩阻、井口套压之和。根据井底压力、液柱压力、地层的坍塌压力，考虑单位负压值下的产油气量、随钻产油气量、井口设备的除气液能力等，选择井底负压值在0.5～3.5MPa之间。

在欠平衡钻井过程中，通过适时调节节流阀调整立压，从而控制井底欠压值始终在合理的范围之内。

4.2 节流阀调节原则

受井口装置、地质条件等因素的制约，井口压力须保持在设计范围内，井底欠压值不能过大也不能过小，须通过调节节流阀控制井口压力和井底欠压值。在调节节流阀时需收集立压、套压、产油（气）量、钻井液密度等相关参数，并制定相关操作规程[4，5]。

随着油气侵入量的增大，环空液柱压减小，井底欠压值增大，同时由于大量油气的侵入，套压随之升高。为使井底欠压值稳定在设计范围内，应关小节流阀，使泵压升高。由于需要一个循环周才能将侵入的油气带出来，控制效果只有在一个循环后才能显示出来，因而在这期间，决不能因油气量的增加而继续增大回压，以免造成过平衡钻进或压死目的层。

在欠平衡钻进时，排量不变，如果泵压下降，在排除钻头水眼、钻具或泵等设备故障的前提下，可以判断为钻遇油气层，因为油气柱在环空中上升、膨胀而造成液柱压力降低。此时，应调节节流阀使泵压回升到原值，以便控制井底压力不变。

5 现场效果

陈古1-1井2010年2月某日开钻，9月某日完钻。10月某日压裂后，获得了日产液127m3，日产油91.2t，日产气9 600m3的高产。8月某日三开采用无固相钻井液体系钻进，钻进过程中，平均钻时21.16min/m，密度控制在 1.00～1.02g/cm3，黏度在 20～25mPa.s，钻井过程中工程无异常变化，较好控制钻井液密度，有效保护油气层。三开全过程欠平衡钻进井段4 410.02～4 821.91m，进尺 410.98m，纯钻进时间145.31h，平均机械钻速2.83m/h。

6 认识与结论

（1）陈古1-1井三开采用无固相钻井液体系，密度控制在1.00～1.02g/cm3，从进入油层段开始直到完井，始终保持欠平衡状态，有效的保护油气层。套管阀的使用，可以解决全过程欠平衡中遇到的一系列问题，保证全过程欠平衡钻井的顺利进行。欠压值是欠平衡技术中的一个至关重要的参数，在欠平衡钻井过程中，通过适时调节节流阀来调节立压，从而控制井底欠压值始终在合理范围内。

（2）欠平衡钻井技术与常规钻井技术相比，可以提高机械钻速（9%以上），可以提高单只钻头的钻进进尺（70%以上），降低钻头成本（55%以上），减少钻头使用数量，增加纯钻时间，节约钻井成本。陈古1-1井应用全过程欠平衡钻井技术，成功穿越太古界、中生界、新生界、新近系馆陶组等复杂地层，未发生钻井事故。说明全过程欠平衡钻井技术可以有效的解决太古界潜山井漏、井塌等钻井难题。

[1]李晓军.对全过程欠平衡钻井技术的认识及现场实践[J].新疆石油科技,2009,19(1):8-11.

[2]杨振平.欠平衡钻井技术的优势和挑战[J].内蒙古石油化工,2006（8）:74-76.

[3]周英操.欠平衡钻井技术在大庆油田卫深5井中的应用[J].石油学报，2003,24（6）：90-93，97.

[4]万帮烈.单螺杆式水力机械[M].东营:石油大学出版社,1993.

[5]陈宪侃,叶利平.地面驱动单螺杆泵杆柱的组合设计[J].石油钻采工艺,1995,17（4）:78-83.

Chengu 1-1 well has rational engineering design parameters,and it meets the needs of the conditions of whole-process under-balanced drilling.The problems that drilling string is easily ejected from wellhead and cannot enter to hole again in underbalanced drilling are solved by using casing valve technique.The downhole under-balance pressure value is controlled in a rational range by timely adjusting standpipe pressure using throttle valve.The application of whole-process under-balanced drilling technique to Chengu 1-1 Well effectively protects oil/gas reservoir,increases penetration rate and the output of single well.

whole-process under-balanced drilling;under-balance pressure value;casing valve;throttle valve

杜新军（1983-），男，工程师，主要从事钻井工程设计与完井设计工作。

左学敏

2012-09-10▌