論煤層氣的欠平衡鉆井技術

唐輝

陜西煤田地質油氣鉆采有限公司 陜西省西安市 710054

摘要：欠平衡鉆井是指在鉆井過程中鉆井液循環體系的井底壓力低于地層孔隙壓力，使鉆井流體循環體系井底壓力低于所鉆地層孔隙壓力，以實現產層流體有控制地進入井筒并將其循環到地面的一種鉆井工藝。本文在分析國內外欠平衡鉆井的基礎上，結合已有的研究成果，開展了欠平衡鉆井技術的探討。

關鍵詞：煤層氣；欠平衡鉆井；發展建議

前言：目前，煤層氣勘探開發的難度越來越大，開發設備的投入成本也越來越高。這種形勢就對煤層氣的勘探開發提出了兩條要求：一是要降低成本；二是要實現技術進步，以滿足越來越高的勘探難度要求。因此，提高鉆井技術，節約鉆井成本成了降低總成本的有效途徑，這促進了欠平衡鉆井技術的應用與推廣。與常規鉆井相比，欠平衡鉆井具有更為顯著的經濟效益。

一、欠平衡鉆井工藝的發展現狀

近年來，欠平衡鉆井技術在國內外都得到了迅猛的發展，這主要歸功于欠平衡鉆井井控設備和工藝技術的迅速發展。當然，欠平衡鉆井井控設備的發展，為欠平衡鉆井提供了強有力的硬件保障，通過多年的探索和研究，已經基本形成了低壓井欠平衡鉆井井控技術。

1、液體欠平衡鉆井井控技術產生于上世紀30年代，經過半個多世紀的發展，目前已經是作為常規欠平衡鉆井技術在全球大范圍的推廣應用了，其井控工藝技術也相對完善成熟。但是，液體欠平衡鉆井技術主要針對巖性致密、低孔、低滲特征的儲層，且地層壓力較低，低壓井欠平衡鉆井井控技術相對成熟。而針對川西深層高壓、裂縫發育情況不詳的儲層，采用液體欠平衡鉆井相應的井控工藝技術目前還正在探索中。

2、早在本世紀50、60年代，為防止井漏和提高機械鉆速，人們就提出并應用了該項技術，但出于安全方面的考慮，未能引起人們的重視，國外許多大公司大力研究和應用這項技術，無論在氣體鉆井工藝和技術還是裝備方面都取得了飛速的發展，美國和加拿大應用該技術比較普遍，他們常采用注氮氣、空氣、天然氣等輕質流體鉆井，成功地解決了地層比較堅硬的問題，其配套設備也日趨完善，技術趨于成熟。在國內，由于某些區塊的地質特點，造成在該地區鉆井遇到了一系列復雜情況和事故，主要表現為極易井斜、復雜的井眼不穩定、長段井漏、多壓力系統、井深、地層高研磨性以及巖石不均質特性等，加之鉆井設備老化等因素，己嚴重影響了機械鉆速。

二、欠平衡鉆井的優越性

1、防止地層傷害、提高油井產能

欠平衡鉆井可防止常規鉆井造成的地層損害，常規鉆井造成地層損害的原因主要有以下幾個方面：

（1）鉆井液濾失速度高，造成地層細顆粒和粘土顆粒的運移；

（2）鉆井液中加入的固相或鉆井中產生的固相侵入地層；

（3）存在可能發生鉆井液嚴重侵入的高滲層；

（4）地層對侵入的水相、油相敏感，導致鉆井液濾液留在地層中，影響了近井眼地區的滲透率，產生永久性產能下降；

（5）侵入液與產層或地層液發生不利反應（如粘土膨脹、化學吸附、潤濕性改變、乳化沉淀、結垢等）。

2、減輕工程復雜、提高機械鉆速

（1）提高了防噴能力，防止井噴失控；

（2）降低了液柱壓力，減輕井漏和壓差卡鉆；

（3）消除壓持效應，有利于提高機械鉆速。

三、實施欠平衡鉆井的條件

氣態鉆井液，在欠平衡鉆井技術中，最簡單最早的欠平衡鉆井技術是采用干燥空氣作為鉆井液。后來選用天氣然作為鉆井液。當在產氣區鉆井或接近天然氣管線的區域使用天然氣鉆井，成本是較低的。另一種選擇的氣體是用惰性氮氣代替空氣作為循環介質。氮氣可以是液氮，或在現場用中空纖維膜制氮裝備生產的氮氣?，F場制氮這種方法，目前國外普遍采用。

兩相鉆井液，從單一的氣相和單一的液體的所液兩相的混合就可獲得任一所期望得到的鉆井液密度。氣體和液體的混合物，有時也稱為輕質鉆井液（低密度鉆井液），按氣相和液相的結構及相對體積數，輕質鉆井液又分為霧、泡沫和充氣鉆井液，在通常的壓力和溫度情況下，它們的結構及性能取決了氣相和液相的相對體積分數。不同的鉆井液具有不同的密度。

液態鉆井液，當地層孔隙壓力通常超過同一深度的淡水或鹽水靜液壓力時，使用常規液鉆井液，控制鉆井液的密度就可利用地層壓力自然形成欠平衡條件。欠平衡鉆井所用的地面常規裝備有：氮或壓縮氣供應裝置、容積小且壓力大的注液泵、液-氣混合管匯、節流管匯、鉆屑或鉆井液取樣器、化學劑注射泵、采油分離系統和自動燃燒氣體系統，國外目前比較先進的專用裝備系統主要有：高壓旋轉分流器-防噴器系統、液流導向系統、地面分離系統、隔水管帽（Riser Cap）旋轉防噴器系統、實用隔水管（Virtual Riser）裝置、地面數據采集系統。

四、國內欠平衡鉆井技術的發展建議

1、進一步研究欠平衡鉆井工藝技術

中國欠平衡鉆井技術自進入21世紀以來發展較快。到2006年末，已采用該項技術完成60余口井，所用設備主要以引進為主。雖然國內對欠平衡鉆井技術已進行了一些理論上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范圍較窄，過去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡條件下的邊噴邊鉆技術上，其它方式的欠平衡鉆井技術，如使用空氣、氮氣、泡沫、充氣鉆井液進行欠平衡鉆井，還很少涉及到，所以需擴大研究欠平衡鉆井技術內容，如：進一步研究欠平衡鉆井工藝技術、進行欠平衡鉆井數值模擬研究、擴大欠平衡鉆井的適用范圍、重視欠平衡鉆井技術的選擇和正確的設計、增大欠平衡鉆井井數，以提高欠平衡鉆井的規模效益等方面的研究。

2、加強國內欠平衡鉆井設備系列配套的研制

隨著欠平衡鉆井技術的發展，開發出了一些較先進的欠平衡鉆井地面設備，如旋轉防噴器（額定的動密封壓力已達17.5MPa）、閉式四相分離處理系統等，這為安全、有效地欠平衡鉆井提供了必要條件，有些設備國內有些油田已引進。而國內也早在1980年代就開始進行研制旋轉防噴器和鉆井液/氣體分離器，但這些設備在某些設計結構上及技術指標上，與國外相比，還有一些差距，因此，還需在吸收國外設備先進技術的基礎上，加強國內的研制工作，使其系列配套，滿足欠平衡鉆井的需要。

3、進行欠平衡連續油管鉆井技術的研究

欠平衡連續油管鉆井技術與常規鉆井技術相比，具有鉆井效率高，在整個作業過程中因不連接鉆桿，可始終保持負壓條件，能有效地減少地層損害，鉆井安全可靠等優點，由于這些優點，適合其它欠平衡鉆井方法不適合的高壓和含H2S地層的鉆井。國外已大力發展，而我們國內還未涉及，對此，國內應對該項技術進行一些理論上的探索和研究，大力發展利用欠平衡連續油管鉆井技術進行老井加深、老井側鉆、小井眼鉆井、淺氣層及低壓油氣藏的鉆井技術，以提高這些井的鉆井效率、降低鉆井成本、提高油氣采收率。

結語：雖然，國內外對欠平衡鉆井技術的應用已相當多，但這項技術還存在著不足，仍需改進。一套成熟的適應高壓氣井的欠平衡鉆井井控技術和設備還有待開發。希望經過不斷的探索，能夠讓欠平衡鉆井工藝技術在我國盡早成熟起來，和其他行業一樣，讓我國的鉆井行業也快速崛起。

參考文獻：

[1]林洪德.煤層氣井空氣鉆井條件下地質錄井面臨的新問題及解決方法[J].中國煤炭地質，2009，（S1）.

[2]周尚忠.煤層氣地球物理測井系列選擇[J].中國煤層氣，2009（2）：25-27.