SDM仪器在欠平衡井中的应用

李明

摘要：欠平衡压力钻井作为能提高油气产量的一项重要技术，已在世界20多个国家和地区4500多口井上应用。国内从九十年代中后期，开始引进国外先进的井口控制设备进行探索性试验，主要是胜利、中原、新疆、塔里木等油田，通过试验，取得了一些认识和经验。柳平1井是玉门油田地区首次采用欠平衡充氮气定向钻进的井。由于MWD仪器信号传输会受欠平衡充氮气影响，所以定向钻进和测斜时，停止充氮气；复合钻进时，充氮气。

关键字：欠平衡、定向井、MWD、充氮气

国外从30年代开始发展欠平衡压力钻井技术，当时用空气作为钻井液，钻速提高了2-3倍，同时还避免了许多井漏和卡钻事故。70-80年代发展了泡沫技术，有效地解决了携岩问题，进一步推进了欠平衡压力钻井技术的发展，但由于成本和安全原因，这项技术在80年代停滞。80年代末以来，由于专用设备和工具的配套，以及相应技术的发展，欠平衡压力钻井技术才又迅速发展起来。

国内从九十年代中后期，开始引进国外先进的井口控制设备进行探索性试验，主要是胜利、中原、新疆、塔里木等油田，通过试验，取得了一些认识和经验。

一、欠平衡压力钻井的关键技术

1.压差的合理确定（地层条件）

2.井筒内压力分布特征及计算

3.欠平衡条件的产生

4.欠平衡鉆井的井控技术

5.产出流体的地面处理技术

人工方式产生欠平衡条件有两种方法：

（1）直接采用低密度钻井液，如气化的水基或油基钻井液，气雾或泡沫钻井液等。

（2）向钻井液基液中注入一种或多种非凝气，以降低钻井液基液密度。非凝气的选择应以安全和经济为原则。

二、柳平1井欠平衡仪器使用情况

柳平1井位于甘肃省玉门市玉门油田，海拔2300m左右，坐落于崇山峻岭之中。该井属于三段制水平井，三开采用欠平衡充氮气钻进，设计井段4200m-4775m，设计井斜63°、方位318°。使用SDM-350仪器。柳平1井是玉门油田地区首次采用欠平衡充氮气定向钻进的井。由于MWD仪器信号传输会受欠平衡充氮气影响，所以定向钻进和测斜时，停止充氮气；复合钻进时，充氮气。

柳平1井三开欠平衡充氮气一共打了四趟钻，没有因为仪器信号原因耽误正常钻进。但是每趟钻都同样出现两种情况：（1）、欠平衡充氮气时仪器无法正常解码；（2）、脉冲靴子鼓起。每趟钻一根脉冲，对仪器损耗太大。

1、欠平衡充氮气时仪器无法正常解码

在MWD无线随钻测量仪的现场应用中，除了仪器本身的故障，外部环境对仪器能否正常工作往往起着非常重要的作用，因此在MWD无线随钻测量仪的现场应用中，必须保证仪器出于正常的工作条件，特别是满足泥浆脉冲信号的传输条件，这样才能保证仪器测量的准确性。而在柳平1井欠平衡充氮气钻进过程中，泥浆里充满了以氮气为主体的空气包。众所周知，压力波在传输的过程中是有能量损失的，这种能量损失体现在压力脉冲幅度的衰减上，随着深度的增加，能量损失增多，泥浆压力脉冲信号幅度就会降低。空气包能非常有效的将泥浆泵引起的尖峰压力平滑掉，同样MWD泥浆压力脉冲也将减少，立管压力传感器就检测不到信号或者信号很弱，所以仪器就无法正常解码。只有停止充氮气处理泥浆循环一周以上，将泥浆中空气包排除，仪器才能正常解码工作。

2、脉冲靴子鼓起

脉冲靴子的材料是合成橡胶，而橡胶鼓起说明橡胶老化。橡胶及其制品在加工，贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用而引起橡胶物理化学性质和机械性能的逐步变坏，最后丧失使用价值，这种变化叫做橡胶老化。

正常情况下脉冲靴子鼓起至少使用五、六百小时以上。而在柳平1井欠平衡充氮气四趟钻施工中，最短工作49h靴子就鼓起。这样的情况是不正常的，说明存在某种因素促使脉冲靴子迅速老化。结合上述橡胶老化因素，井底温度90℃，正常的机械应力作用下，泥浆性能也正常，所以唯一能使脉冲靴子在这么短时间内鼓起的因素就是第一个因素：氧。

柳平1井欠平衡充氮气钻进中，氮气是通过制氮车生产出来，其纯度并不是百分百，而是以含量90%氮气为主体的气体。剩下10%的气体，以氧气为主体。根据橡胶试样在不同的温度的空气中和不同的氧气压力下的老化试验，其结果表明，试样的拉伸强度随氧气压力增大而减少，引发阶段的反应机理相同。在相同温度条件下，试样在2.1MPa氧气压力下的临界寿命接近热空气中的2.5倍。

装配仪器时，在满足仪器信号正常的前提下，尽量选择转子转速低的定转子组合，以使仪器本身的工作发热降到最小。定子度数：30°+转子35°+孔板尺寸：1.650"

三、结论和建议

1、欠平衡钻井对无线随钻测量仪器性能要求高，需解决施工井信号干扰问题，同时也要考虑高温环境对仪器造成的影响。

2、优选配件组合（特别是定子和孔板的选择），保持钻井液和钻井泵的性能稳定，制定合理的抗高温措施等是解决SDM仪器在川东北深井施工难点的关键。

3、SDM无线随钻测量仪器在柳平1井施工应用说明其性能稳定，信号较强，测量精度高，具有良好的抗高温能力，在欠平衡井施工中具有广阔的应用前景。

参考文献：

1、《欠平衡压力钻井 》石油大学石油工程学院-周广陈

2、四川欠平衡钻井技术发展与应用

3、欠平衡服务操作规程修改版