SDM儀器在欠平衡井中的應用

李明

摘要：欠平衡壓力鉆井作為能提高油氣產量的一項重要技術，已在世界20多個國家和地區4500多口井上應用。國內從九十年代中后期，開始引進國外先進的井口控制設備進行探索性試驗，主要是勝利、中原、新疆、塔里木等油田，通過試驗，取得了一些認識和經驗。柳平1井是玉門油田地區首次采用欠平衡充氮氣定向鉆進的井。由于MWD儀器信號傳輸會受欠平衡充氮氣影響，所以定向鉆進和測斜時，停止充氮氣；復合鉆進時，充氮氣。

關鍵字：欠平衡、定向井、MWD、充氮氣

國外從30年代開始發展欠平衡壓力鉆井技術，當時用空氣作為鉆井液，鉆速提高了2-3倍，同時還避免了許多井漏和卡鉆事故。70-80年代發展了泡沫技術，有效地解決了攜巖問題，進一步推進了欠平衡壓力鉆井技術的發展，但由于成本和安全原因，這項技術在80年代停滯。80年代末以來，由于專用設備和工具的配套，以及相應技術的發展，欠平衡壓力鉆井技術才又迅速發展起來。

國內從九十年代中后期，開始引進國外先進的井口控制設備進行探索性試驗，主要是勝利、中原、新疆、塔里木等油田，通過試驗，取得了一些認識和經驗。

一、欠平衡壓力鉆井的關鍵技術

1.壓差的合理確定（地層條件）

2.井筒內壓力分布特征及計算

3.欠平衡條件的產生

4.欠平衡鉆井的井控技術

5.產出流體的地面處理技術

人工方式產生欠平衡條件有兩種方法：

（1）直接采用低密度鉆井液，如氣化的水基或油基鉆井液，氣霧或泡沫鉆井液等。

（2）向鉆井液基液中注入一種或多種非凝氣，以降低鉆井液基液密度。非凝氣的選擇應以安全和經濟為原則。

二、柳平1井欠平衡儀器使用情況

柳平1井位于甘肅省玉門市玉門油田，海拔2300m左右，坐落于崇山峻嶺之中。該井屬于三段制水平井，三開采用欠平衡充氮氣鉆進，設計井段4200m-4775m，設計井斜63°、方位318°。使用SDM-350儀器。柳平1井是玉門油田地區首次采用欠平衡充氮氣定向鉆進的井。由于MWD儀器信號傳輸會受欠平衡充氮氣影響，所以定向鉆進和測斜時，停止充氮氣；復合鉆進時，充氮氣。

柳平1井三開欠平衡充氮氣一共打了四趟鉆，沒有因為儀器信號原因耽誤正常鉆進。但是每趟鉆都同樣出現兩種情況：（1）、欠平衡充氮氣時儀器無法正常解碼；（2）、脈沖靴子鼓起。每趟鉆一根脈沖，對儀器損耗太大。

1、欠平衡充氮氣時儀器無法正常解碼

在MWD無線隨鉆測量儀的現場應用中，除了儀器本身的故障，外部環境對儀器能否正常工作往往起著非常重要的作用，因此在MWD無線隨鉆測量儀的現場應用中，必須保證儀器出于正常的工作條件，特別是滿足泥漿脈沖信號的傳輸條件，這樣才能保證儀器測量的準確性。而在柳平1井欠平衡充氮氣鉆進過程中，泥漿里充滿了以氮氣為主體的空氣包。眾所周知，壓力波在傳輸的過程中是有能量損失的，這種能量損失體現在壓力脈沖幅度的衰減上，隨著深度的增加，能量損失增多，泥漿壓力脈沖信號幅度就會降低。空氣包能非常有效的將泥漿泵引起的尖峰壓力平滑掉，同樣MWD泥漿壓力脈沖也將減少，立管壓力傳感器就檢測不到信號或者信號很弱，所以儀器就無法正常解碼。只有停止充氮氣處理泥漿循環一周以上，將泥漿中空氣包排除，儀器才能正常解碼工作。

2、脈沖靴子鼓起

脈沖靴子的材料是合成橡膠，而橡膠鼓起說明橡膠老化。橡膠及其制品在加工，貯存和使用過程中，由于受內外因素的綜合作用而引起橡膠物理化學性質和機械性能的逐步變壞，最后喪失使用價值，這種變化叫做橡膠老化。

正常情況下脈沖靴子鼓起至少使用五、六百小時以上。而在柳平1井欠平衡充氮氣四趟鉆施工中，最短工作49h靴子就鼓起。這樣的情況是不正常的，說明存在某種因素促使脈沖靴子迅速老化。結合上述橡膠老化因素，井底溫度90℃，正常的機械應力作用下，泥漿性能也正常，所以唯一能使脈沖靴子在這么短時間內鼓起的因素就是第一個因素：氧。

柳平1井欠平衡充氮氣鉆進中，氮氣是通過制氮車生產出來，其純度并不是百分百，而是以含量90%氮氣為主體的氣體。剩下10%的氣體，以氧氣為主體。根據橡膠試樣在不同的溫度的空氣中和不同的氧氣壓力下的老化試驗，其結果表明，試樣的拉伸強度隨氧氣壓力增大而減少，引發階段的反應機理相同。在相同溫度條件下，試樣在2.1MPa氧氣壓力下的臨界壽命接近熱空氣中的2.5倍。

裝配儀器時，在滿足儀器信號正常的前提下，盡量選擇轉子轉速低的定轉子組合，以使儀器本身的工作發熱降到最小。定子度數：30°+轉子35°+孔板尺寸：1.650"

三、結論和建議

1、欠平衡鉆井對無線隨鉆測量儀器性能要求高，需解決施工井信號干擾問題，同時也要考慮高溫環境對儀器造成的影響。

2、優選配件組合（特別是定子和孔板的選擇），保持鉆井液和鉆井泵的性能穩定，制定合理的抗高溫措施等是解決SDM儀器在川東北深井施工難點的關鍵。

3、SDM無線隨鉆測量儀器在柳平1井施工應用說明其性能穩定，信號較強，測量精度高，具有良好的抗高溫能力，在欠平衡井施工中具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

1、《欠平衡壓力鉆井 》石油大學石油工程學院-周廣陳

2、四川欠平衡鉆井技術發展與應用

3、欠平衡服務操作規程修改版