浅论欠平衡钻井技术

杨松

摘 要 鉆井作为油气资源开采过程中的不可或缺环节，近年来随着开采实践的不断增加，钻井技术得到了快速的发展，空气钻井技术、欠平衡钻井技术和垂直钻井技术等一大批新兴钻井技术经过实践检验，为我国油气开采事业做出了巨大的贡献。本文将主要介绍欠平衡钻井技术。

关键词 欠平衡钻井实施条件 注意事项 发展趋势

中图分类号：TE249 文献标识码：A

油田开采工作是一项既繁重又复杂的大型工程项目，其包含的内容和环节较多，既包括前提的油气资源勘探工作，又包括项目立项后的钻井工作，以及后期的测井工作等。钻井工作是油田开采工程的重要组成部分，其技术应用的合理与否不仅会对整个开采生产进程产生较大的影响，同时决定着一系列不良影响能否够得到合理的控制。

1欠平衡钻井技术简介

欠平衡钻井技术是上世纪90年代在国际上迅速发展起来的一项钻井新技，自上世纪80年代以来，由于研制成旋转防喷头等设备，又研究出各种新式方法，使欠平衡钻井技术达到了工业使用的程度。

欠平衡钻井又被称为上游石油工业新技术，已经成为钻井技术发展热点，并越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。欠平衡钻井可以提高钻速和减少对储层的伤害。

优点：减少地层损害；有利于环境保护；提高钻头使用寿命；提高机械钻速。

分类：（1）气体钻井，密度适用范围0—0.02；（2）泡沫钻井液钻井，密度适用范围0.07—0.60；（3）雾化钻井，密度适用范围住0.02—0.07；（4）水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1—1.30；（5）泥浆帽钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层；（6）充气钻井液钻井，有通过立管注气和井下注气两种方式；（7）常规钻井液钻井，密度适用范围大于0.9。

实施条件：有很多不同技术能确保达到预期的欠平衡条件，目前主要的方法是控制用于循环的钻井液的密度，使钻井液在井筒内形成的静液液柱压力低于地层孔隙压力，而钻井液可以是单独的气相或液相，也可以是气液两相混合。气相和气液两相钻井液可人工诱导产生欠平衡条件，而液相钻井液可利用地层较大的压力而自然形成欠平衡条件。

（1）气态钻井液。在欠平衡钻井技术中，最简单最早的技术是采用干燥空气作为钻井液。后来选用天气然作为钻井液。另一种选择的气体是用惰性氮气代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气。

（2）两相钻井液。从单一的气相和单一的液相两相的混合就可获得任一所期望得到的钻井液。气体和液体的混合物，有时也称为轻质钻井液（低密度钻井液），按气相和液相的结构及相对体积数，轻质钻井液又分为雾、泡沫和充气钻井液，在通常的压力和温度情况下，它们的结构及性能取决了气相和液相的相对体积分数。不同的钻井液具有不同的密度。

（3）液态钻井液。当地层孔隙压力通常超过同一深度的淡水或盐水静液压力时，使用常规液钻井液形成欠平衡条件。

2欠平衡钻井应注意的问题

（1）井身结构。欠平衡钻井作为一种特殊工艺，对井身结构也有一定的要求。应重点考虑的问题是井眼尺寸、套管层次。技术套管应尽量下到油层顶部。

（2）地层情况。要求地层钻出的井眼要稳定，油气层井段比较集中，欠平衡钻井的裸眼段不易太长，地层压力层系比较单一。比较合适的地层有火成岩地层、不易破碎的灰岩地层等。另外地层压力的大小直接影响着钻井施工方案的选取。

（3）选择钻井液类型。在钻井过程中只有产生欠压值，才能实现欠平衡钻井。欠压值可自然产生，也可通过人工方式来实现。选择钻井液的性能还要满足携砂、保护井眼及有利于分离油气。一般情况下，对于地层压力系数大于1.10的地层，采用普通类型钻井液即可开展钻井；对于地层压力系数在1.00～1.10的地层，可应用充气钻井液；对于地层压力系数小于1.00的地层，可采用泡沫钻井液与充气相结合的办法。在钻井中，要综合分析合理选择钻井液类型。

（4）欠压值的确定。欠压值是保证钻井成功的重要参数，欠压值应从井口装置、套管承压能力、旋转控制头（又叫旋转防喷器）的性能、井眼的稳定性、地面对产出液量分离能力等几个方面进行综合考虑：①最大关井套压小于井口装置的额定工作压力、套管抗内压强度的80%及地层破裂压力三者最小者；②欠压值小于旋转控制头连续工况下的承压能力；③欠压值小于裸眼地层强度，防止地层剪切破坏，造成井眼复杂化；④欠压值太大，产出的油气量就大，因此欠压值不能使产出的油气量超过地面设备的分离能力。

（5）井控系统。旋转控制头是欠平衡钻井的核心设备，其结构及其性能必须满足工艺要求，除旋转控制头外，其它井控设备也必须保证对每种工况都能做到用两种以上的方法进行控制。

3欠平衡钻井技术的发展趋势

欠平衡钻井的关键技术主要包括产生和保持欠平衡条件（有自然和人工诱导两种基本方法）、井控技术、产出流体的地面处理和电磁随钻测量技术等。近年来，欠平衡钻井技术的进展主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。

欠平衡钻井技术的发展趋势是：

（1）随着工具的进一步改进，全过程欠平衡钻井技术将得到广泛应用；

（2）井底压力自动控制技术（控制压力钻井）将得到快速发展；

（3）欠平衡钻井水力分析模型会更加完善，计算结果将更切合实际；

（4）随钻井底压力、地层压力测量技术将迅速发展；

（5）与套管钻井相结合的欠平衡钻井技术将日臻完善；

（6）空气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等技术将广泛推广和应用。

参考文献

[1] 冯永兵，孙凯，唐一元等.欠平衡钻井技术的发展研究[J].内蒙古石油化工，2008，（11）：20—22.

[2] 谢晓安等.松辽盆地深层天然气勘探实践与勘探领域[J].石油与天然气地质，2008，29（1）：115—118.