探讨注气欠平衡钻水平井的新技术

【摘要】注气欠平衡钻水平井技术结合了水平井技术的特殊轨迹增产功能和欠平衡技术对储集层伤害的消除功能，是一项综合性和优越性很强的技术，因此得到了非常广泛的应用与发展。我国在这方面的新技术已经较为成熟，通过成套技术，注气欠平衡钻水平井中的相关技术难题基本都可以得到有效解决。本文将主要介绍新技术的关键之处与配套工艺，以期能有效促进该技术的推广应用。

【关键词】欠平衡钻井；临时套管注气；水平井钻井

欠平衡钻水平井技术的关键在于对压力的运用，借助自然方法或者人工方法使因钻井液当量而产生的循环压力降至地层压力以下，同时对地层流体流向地面这一过程加以控制，在这种情况下钻出的水平井就是欠平衡钻水平井。该种技术从90年代开始兴起，由于其在产量、钻速、安全等方面都具有很大的优势，发展非常迅速。但该技术的局限与问题依然存在，因此需要有解决这些问题的新技术与新工艺。

一、注气欠平衡钻水平井的技术问题

注气欠平衡钻水平井最主要的技术难题有井下动力钻具与常规随钻测量两方面问题，而新技术能够同时解决这两项问题，其具体原理在于对临时套管的应用。临时套管被悬挂在钻杆和技术套管之间，悬挂时间必须先于水平井延伸段的钻井作业，悬挂后的钻杆内部需要进行纯液体的注入，而两种套管间的环空处需要进行气体的注入。液体从钻头处返回后会和注入的气体混合在一起，从临时套管和钻杆间的环空部位回到井口，由于这一过程会把岩屑带出并对井底造成液柱压力，所以能同时解决上述两种技术难题。注气液会使环空液柱的压力大大降低，钻井液脉冲、井下动力钻井的工作介质中也不会含有气体[1]。

二、解决注气欠平衡钻水平井技术问题的关键技术

（一）注气套管头技术的更新

注气欠平衡钻水平井所使用的套管头较为特殊，该种套管头具有多种功能性要求，包括悬挂并固定临时套管、回收临时套管、与注气通道的联通。另一方面，钻机底座部位的高度很有限，所以套管头的高度无法增加，新型的套管头也要想办法解决这个问题。为了使以上的技术需求得到满足，相关人员设计出了新型的注气套管头，这种套管头具有双层构造。新型套管头具有一些新型的技术特征，比如在悬挂临时套管方面，新技术对内台阶的加工可以在技术套管的悬挂器内壁进行，只要配合临时套管的悬挂器，相关工作就会变得轻松便捷；防喷器的转换四通上额外开了螺纹孔，借助这个螺纹孔就能以顶丝对临时套管加以固定；技术套管的悬挂器与套管头的外壳体都要有贯通孔，这样一来向井内注气时就可以利用两种套管间呈环形的空间进行[2]。

（二）井身结构的优化

临时套管注气技术的关键就在于临时套管的增加，增加位置为垂直井段，增加时机为水平井段的钻井阶段，因此，对井身结构进行优化是必要的。通过分析国外一些成功的钻井经验并与我国相关的钻头、套管等钻井设备的参数相结合，就可以得出相关方案。

三、解决注气欠平衡钻水平井技术问题的配套工艺

（一）水平段钻进的配套工艺

以临时套管注氣技术对水平井段进行钻进包括以下七个步骤：

1.对钻井设备进行安装。首先完成造斜段的工作，然后充分循环并将钻柱起出。水平井段需要在钻井时进行注气，因此欠平衡钻井设备是安全保障所必须的，相关的配套设备都要在这时进行安装，包括分离器、排气管线、注气设备、旋转控制头等。

2.对临时套管进行送入。送入临时套管时最初送入的应该是针对套管下部的固定装置，之后是临时套管。该工作对临时套管的位置要求比较严格，技术套管内的临时套管位置必须居中才行，因此，还需要事先准备一定数目的扶正器。当送入的套管还剩最后一根时，需要将悬挂器安装在其顶部并连接上钻杆，然后才能送入。

3.对临时套管进行锁紧。送入井底的临时导管，其耐磨短节部分会接触井底，之后还要将套管柱进行适当的下放，直到重力对锁紧装置上的卡瓦滑块产生压迫至其伸出为止。这时才可以对临时套管的下部与技术套管进行连接固定。

4.对临时套管进行悬挂。锁紧工艺完成后，套管的悬挂器应该已经和套管头上为临时套管准备的悬挂斜坡相当接近了，此时只要把套管柱继续放到悬挂器能够完全座封的状态就可以把钻杆卸掉了。

5.进行注气与钻进。临时套管的悬挂完成后，直到井底为止的下钻工作都可以正常进行。首先通过充分的循环保证井下情况，其次在临时套管的环空处将数量合理的气体注入其中，缓慢顶出钻井液，确保注气压力可以维持稳定，然后才能使注气和钻进两种作业同时进行。

6.对单根进行接续。首先停止泵的运作，之后再停止气体的注入，只要按这个顺序进行，钻井液就不会因为逆流进入临时套管的环空，注气压力就能维持在相对稳定的状态，然后才能进行接单根的工作。接单根的工作完成之后，开放顺序正好相反，要先进行开气，然后再打开泵。

7.对钻头进行更换。在起钻之前，同样要先停泵，然后才能停气。将注气装置上的卸压阀打开，使技术套管、临时套管之间环空处的气体能够及时排出，这样一来钻井液的液面就会下降，所以需要灌浆来抑制液柱压力的下降过程。常规起钻需要等完全排除井内气体后进行。

（二）完钻的配套工艺

完钻工艺在水平钻进完成之后开始进行，主要包括如下三个步骤[3-5]。

1.起钻阶段。该阶段的主要目的是更换钻头，需要注意的是，其步骤与上文钻头更换工艺相同。

2.放松阶段。该阶段的目的是放松套管下部全部的锁紧装置。实行时间在起出钻柱之后，首先连接钻杆和悬挂器，接着只需将套管柱上提就能将其重力作用释放出来，用于锁紧的卡瓦滑块就会自动收回，技术套管与临时套管的下部也会脱离。接下来继续向上提起，等悬挂器从井口露出之后将其和钻杆一起卸掉即可。

3.回收阶段。对临时套管本身的回收遵循常规方法即可，需要注意的是，卸扣期间要适当灌浆并对丝扣加以保护。

结语

综上可知，我国在注气欠平衡钻水平井方面的新技术能够有效解决其中的技术难题。首先是针对环空液柱的压力，注气液对其的降低作用能够得到确保；其次是针对工作介质，能够确保其完全不含气。新技术的发展与应用使注气欠平衡钻水平井得到了更好的优化与推广，大大提升了我国的钻井开采水平，为油气产业的发展提供了坚实的技术基础。

参考文献

[1]程常修等.天然气钻井应重点考虑的几个技术问题[J].天然气工业，2002（2）.

[2]周英超，翟洪军.欠平衡钻井技术与应用[M].北京：石油工业出版社，2003.

[3]赵大鹏等.天然气欠平衡钻井技术在浅2井的应用[J].天然气工业，2005（2）.

[4]平立秋，汪志明，王玺，邹科.欠平衡钻水平井全井段气液两相流模型研究[J].石油钻采工艺，2008（03）.

[5]刘伟，李丽，胥宏图.氮气欠平衡钻井技术在定向深探井中的应用[J].石油钻采工艺，2007（02）.

作者简介

古飞（1982-），男，汉族，湖北钟祥人，毕业于长江大学石油工程专业，工程师，现主要从事勘探钻井管理工作。