欠平衡鉆井井控特征分析與對策

公慧

摘要：欠平衡鉆井又叫負壓鉆井，是指在鉆井時井底壓力小于地層壓力，地底的流體有控制地進入井筒并且循環到地面上的鉆井技術。本文主要是從欠平衡鉆井的概念和優缺點出發，探討相關井控特征。

關鍵詞：欠平衡鉆井施工；氣體鉆井；霧化鉆井；泡沫鉆井液鉆井；井控特征

欠平衡鉆井也稱負壓鉆井，在鉆進過程中，地層孔隙壓力超過液柱壓力，有效控制地層流體進入到井眼、井筒并循環到地面。該鉆井方式中包括井口回壓、循環壓降、鉆井液柱靜液壓力在內的井底壓力小于底層孔隙壓力。欠平衡鉆井技術在國內有著越來越多的應用，技術也不斷深化，從未來油田的開發趨勢來看，全過程欠平衡鉆井將是一個重要的發展方向。欠平衡鉆井可根據使用介質不同分為氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井液鉆井、充氣鉆井液鉆井、水或鹵水鉆井液鉆井、油包水或水包油鉆井液鉆井、常規鉆井液鉆井以及泥漿帽鉆井。

1欠平衡鉆井的優缺點

欠平衡鉆井的常規的鉆井屬于過平衡鉆井，鉆井液壓力大于地層流體壓力，小于地層破裂壓力。這樣做主要是防止井噴。欠平衡鉆井時，鉆井液壓力略小于底層流體壓力，仍小于地層破裂壓力。這樣能及早發現油氣藏。欠平衡鉆井系列分為：①氣體鉆井，包括空氣、天然氣和氮氣鉆井，密度適用范圍0～0.02克/立方厘米；②霧化鉆井，密度適用范圍0.02～0.07克/立方厘米；③泡沫鉆井液鉆井，包括穩定和不穩定泡沫鉆井，密度適用范圍0.07～0.60克/立方厘米；④充氣鉆井液鉆井，包括通過立管注氣和井下注氣兩種方式。井下注氣技術是通過寄生管、同心管、鉆柱和連續油管等在鉆進的同時往井下的鉆井液中注空氣、天然氣、氮氣。其密度適用范圍為0.7～0.9克/立方厘米，是應用廣泛的一種欠平衡鉆井方法；⑤水或鹵水鉆井液鉆井，密度適用范圍1～1.30克/立方厘米；⑥油包水或水包油鉆井液鉆井，密度適用范圍為0.8～1.02克/立方厘米；⑦常規鉆井液鉆井（采用密度減輕劑），密度適用范圍大于0.9克/立方厘米；⑧泥漿帽鉆井，國外稱之為浮動泥漿鉆井，用于鉆地層較深的高壓裂縫層或高含硫化氫的氣層。欠平衡鉆井技術按工藝分類可分為兩種：流鉆（flow drilling）是指使用普通鉆井液的欠平衡鉆井；人工誘導欠平衡鉆井是指由于地層壓力太低，必須采用特殊的鉆井液和工藝才能建立欠平衡。

1.1 欠平衡鉆井優點

欠平衡鉆井的優點主要表現在有利于油氣藏的發現、評價和識別；有利于油氣井產能提升，減少地層傷害而有效保護油氣層；有利于提升機械轉速。在過平衡鉆井施工過程中，可能會傷害到產層，可導致本應出現的預期油氣顯示不出現，對油氣勘探開發工作帶來影響。在次平衡鉆井施工中，地層空隙壓力超過了井內鉆井液柱壓力，地層流體可達到井內，這對油氣藏的準確評價和識別有良好的促進。能有效評價和發現低壓低滲油氣層，獲得準確的數據來促進勘探開發整體設計方案的優化。

欠平衡鉆井施工能有效避免油氣層受到傷害，保護油氣層，提升油氣井產量，而這一優勢在壓力衰竭或低滲透油氣藏中表現得更為明顯。常規的鉆井方法為過平衡鉆井，地層壓力低于鉆井液柱壓力，有害固體會在壓力作用下而進人到產層鉆井液濾液或產層，傷害產層。

相對于過平衡鉆井，平衡壓力鉆井能更加徹底地破碎井底巖石，更有助于其脫離井坑而進入到環空，不再受壓持效應影響，能獲得清潔的井底，以此來大幅提升機械轉速。鉆頭在鉆進過程中的磨損大大降低，以此來延長使用壽命。隨著鉆頭使用壽命和機械轉速的提升，能大幅縮減鉆井周期，降低施工作業費用。負壓鉆井改變了井底巖石三相應力狀態，緩解了壓持效應，能促進鉆頭對巖石的破碎作用，以此來提升機械轉速，降低鉆井整體施工成本。

1.2 欠平衡鉆井缺點

欠平衡鉆井的缺點主要表現在需要較大的井場面積，較多的鉆井設備，較高的占地費用和鉆井成本。在后期的完井施工中，如果采取強行起下鉆設備來進行鉆柱的起下，會極大提升鉆井成本。高額的欠平衡鉆井鉆機導致較高的日租金，控流鉆井-一般采用成本較高的含油鉆井液，欠平衡鉆井施工中通常會通過注人氮氣來實現欠平衡鉆進，在邊遠地區需要現場制，而較高的設備租金又提升了鉆井施工成本。

欠平衡鉆井施工會損害地層，在鉆進過程中，循環鉆井液井底壓力低于地層壓力，不利于巖石表面下泥餅的形成，如果在完井和鉆井施工過程中無法保證連續的欠平衡狀態，井壁無泥餅，地層就會受到固相和液相的侵人，極可能造成更嚴重的污染。此外，欠平衡鉆井過程中還存在較多的安全隱患，如可能出現的并塌和井噴，在注入氣為空氣的情況下，可能腐蝕鉆具，更嚴重的情況下甚至會發生爆炸。

2 欠平衡鉆井井控技術特點

欠平衡鉆井作業的關鍵技術包括產生和保持欠平衡條件（有自然和人工誘導兩種基本方法）、井控技術、產出流體的地面處理和電磁隨鉆測量技術等。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，以下是國外目前比較先進的專用裝備。常規鉆井保持穩定的井底壓力，且高于地層空隙壓力。通過高密度鉆井液的使用來避免井簡內流人地層液體，防止井噴事故。欠壓循環不能保持恒定的鉆井液池液面。在井眼溢流的情況下，不能將鉆具脫離井底。鉆井液漏失地層的情況下應馬上停鉆。在井控中流人地層流體的情況下應馬上停鉆。

在欠平衡鉆井施工過程中，這些規則發生了變化： 在井眼內流人地層液體的情況下需繼續鉆進，可通過相關措施來誘導流體輸出而降低鉆井液密度。在出現泄漏的情況下應維持鉆進，地層空隙壓力高于井內壓力。井眼溢流情況下，可從底部分離鉆頭，可維持恒定的鉆井液罐液面。欠平衡鉆井技術的不斷優化、完善，要對應用井眼條件、井控規則進行深人的理解和探索，尋找內在因素。

在軟平衡鉆井中，其中最重要的一個環節就是優質的鉆井液體系，通過精心的施工組織來保證鉆井效果。油氣藏的及時、準確發現能有效提升機械轉速。欠平衡鉆井的安全基礎是認真對配套井口設備和裝置進行試壓，設計合理的井身結構。合理的井口壓力控制和科學的完井方法才能保證欠平衡鉆井的順利、高效實施，也是成功的關鍵。井筒內的各種壓力決定了井控技術，完整的井筒壓力數據是良好井控的基礎。

參考文獻：

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