欠平衡钻井中录井方法与资料应用

鄂金明

欠平稳钻井是在钻井过程中发生严重井漏，地层流体压力低于正常液柱压力的情况下，通过降低钻井液密度，利用旋转防喷控制头，在欠平衡地层压力一定的情况下进行边喷边钻。此项技术的实施不仅有利于油气层的发现和保护，同时可提高机械钻速，降低钻井成本。

将综合录井技术应用于欠平衡钻井，对欠平衡钻井过程进行实时监控，通过对录井资料的分析与研究，可及时发现油气显示，同时为欠平衡钻井提供合理、准确的钻井参数。

一、仪器设备的安装

欠平衡钻井过程中，钻井液是在常规循环的基础上又增加了附加循环装置，其循环路线为：钻井液泵→钻具→环空→节流管汇→油气分离器（2套）→振动筛→附加循环罐→常规循环罐→钻井液泵。

由于循环系统的改变，部分仪器设备的安装、使用及操作需做相应的变动。

1、电动脱气器的安装

电动脱气器安装在分离器的钻井液出口处。为保证液面的稳定，最好使用浮子式电动脱气器。

2、钻井液出口流量计的安装

常规的钻井液出口流量传感器无水法正常安装，可采用电磁流量计，以提高测量精度。

3、出口区传感器的安装

将原出口区的出口密度、出口温度、出口电导率传感器移至分离器后边的钻井液出口区，增设附加循环罐的体积传感器，以保证各项数据的准确性。

4、岩屑的捞取

岩屑应在与附加循环罐连通的振动筛后捞取。有时岩屑样品较少，可取振动筛后的全部样品。

5、迟到时间的计算

在欠平衡钻井施工过程中，气测迟到时间的计算与正常钻井时的计算方法基本相似，所不同的是将原钻井液排量改为单位时间钻井液喷出量。计算公式为：

T迟 = 环空体积（m3） / 单位时间喷出量（m3/min）

二、欠平衡钻井的基本过程

欠平衡钻井成功与否关键是欠平衡钻井液密度、欠压值的确定及合理的控制。

1、参数的选定

（1）地层压力的确定

在边喷边钻的过程中，井底周围的地层流体不断地进入井筒中，在刚刚关井时，检测压力并不等于地层压力，只有经过一段时间的平衡后，井底压力才等于地层压力。地层压力等于关井立压与钻具内钻井液压力之和，即

地层压力 = 0.0098 ╳ 钻具内钻井液密度 ╳ 垂深 + 关井压力

（2）设计静欠压值

一般情况下，设计静欠压值等于关井压力。但在施工中由于地层中的气体进入井筒后，在随钻井液上升的过程中体积膨胀，使井口压力增大，甚至造成欠平衡钻井无法进行，所以将欠压值设计的比关井压力小一些。

（3）欠平衡钻井液密度的确定

欠平衡钻井液密度=（地层压力–静欠压值）/（0.0098╳垂直井深）

（4）设計动欠压值（套压）

动欠压值与环空压耗的有关，还应考虑到动欠压值的使用范围，其计算公式为：

设计动欠压值（套压） = 静欠压值 - 环空压耗

2、井控过程

井控操作是根据井上套管压力的变化，由人工控制节流阀的开启与关闭，达到井控的目的。

在欠平衡钻井过程中，如果套管压力升高，此时关小节流阀，使地层憋压，这时地层套管压力升高，当达到一定压力时发生井漏，此刻套管压力下降，下降到一定程度后，再开启节流阀，井底发生溢流而使套管压力回升，这样完成了井控过程。

三、资料的应用

实施欠平衡钻井工艺，岩屑录井由于地层流体侵入钻井液中使其性能变差，致使岩屑代表性较差，若在钻井施工中采用取心钻进难度较大，而且碳酸盐岩缝洞具有明显的非均质性，对解释地层具有一定的难度。利用欠平衡钻井过程中色谱气测数据、钻时、钻具放空、立管压力、Sigma 等综合录井参数的变化，对油气显示、裂缝发育程度进行分析与判别，从而得出正确的解释结果。

1、录井资料的显示特征

（1）色谱气测资料

色谱气测检测全部是经油气分离器分离后的钻井液样品，其气测曲线具有如下特点：

1）一般情况下，低钻时，全烃、烃组分含量增加，但也存在低钻时，全烃、烃组分含量低，而高钻时，全烃、烃组分含量反而较高的情况。

2）全烃曲线有时忽高忽低，呈锯齿状或小波浪型。

（2）钻时与立压曲线关系

在录井过程中，一般情况下钻时快的井段，立管压力明显降低。

（3）Sigma曲线显示特征

钻时、立压小，Sigma值也小，反之变大。

2、资料应用

从分析现场录井资料出发，建立相应的解释方法，对资料进行综合解释，以达到资料应用的目的。

（1）建立钻时与立管压力的关系曲线，对地层进行解释

钻时小的井段，立管压力下降，井漏严重。

（2）Sigma值判断地层

Sigma值是表征岩层骨架强度的参数，Sigma值越小，骨架强度越大，反映出地层压力和地层孔隙越大。运用Sigma值的变化，结合钻时、立管压力等参数，则可进一步判断地层。

（3）油气层的发现与判别

欠平衡钻井过程中的气测录井，采集记录的是油气分离器之后的钻井液样品，其中钻井液所携带的大部分气体被油气分离器分离出去，使得所记录样品严重失真，对油气层的发现与解释带来了相当大的困难。

在欠平衡钻井中气测录井常常出现高钻时井段，全烃、烃组分含量较高；低钻时井段，全烃、烃组分含量较低的情况。分析气测录井资料，观察钻井施工情况，发现在低钻时井段，由于地层缝、洞发育，常发生井漏异常，钻井中破碎的岩屑不易及时返至地面，返出的钻井液中携带地层真实含气量较少，经油气分离器后测量到的气体含量呈一低值，此时检测到的全烃、烃组分含量较低，但重组分较高。在高钻时井段，由于地层缝、洞不发育，钻井中破碎地层的速度较慢，使上部地层中的油气侵入钻井液中的含量增加，此时检测到的全烃、烃组分含量较高。

一般情况下，进入目的层段后，钻时低的井段，常常是油气显示异常井段。当钻井液携带地层中的油气返至地面后，大部分的气体被油气分离器分离，残留在钻井液中的油气含量较少，一般以重烃为主，所以气测录井检测到的含量较少。这是低钻时井段呈现全烃、烃组分含量较低的主要原因。

根据以上实际情况，对油气层进行解释，要综合其它录井资料，抓隹其显示特征，制定出本井段的解释依据。

（4）钻时异常的原因分析

在欠平衡钻进过程中，地层中的油、气始终源源不断地侵入钻井液中，使钻进液密度一直低于设计值，这样节流控制具有一定难度，套管压力剧增，甚至无法控制，造成一种恶性循环，密度低使井底的岩屑无法正常返出，扭矩增大，导致钻进速度明显降低。这是在欠平衡钻井中钻时较大的主要原因。

四、问题讨论

由于各个探区的实际情况有所不同，井与井之间存在着差异，施工中规律性较差，难度较大，给综合录井资料解释带来了很大的误差。

1、色谱气测取样误差

欠平衡钻井中色谱气测的样品全部是经油气分离器分离后的钻井液样品。钻井液中所含地层中的油气大部分被分离出去，所以气测录井数据是一相对含量，影响因素较多，气测解释误差较大。

2、测量数据误差

由于附加循环管线均为高压密封的，使常规的钻井液出口流量传感器无法正常安装，钻井液喷出量数据误差较大，迟到时间不准，常常需要人工进行计算、校准。

3、岩屑录井的误差

由于钻井液密度较低，返出的岩屑代表性较差，有时岩屑样品数量较少，岩屑录井存在差误差。