欠平衡鉆井的應用條件與裝備技術進展

【摘 要】欠平衡鉆井（UBD）是伴隨著水平井、多底井而發展起來的先進鉆井技術。采用這項技術，可以有效地防止鉆井過程中對產層的傷害，有利于保護油氣層，提高鉆速、降低成本，減少井漏及壓差卡鉆等復雜情況。本文介紹了欠平衡鉆井技術工藝原理，闡述了實施欠平衡鉆井的條件與優點，以及國內開展欠平衡鉆井技術進展。

【關鍵詞】欠平衡鉆井;工藝原理;應用條件;技術進展

1、欠平衡鉆井技術原理

1.1欠平衡鉆井定義

鉆進過程中鉆井液液柱壓力低于產層壓力，允許產層流體流入井眼， 通過地面有效控制，將其循環到地面，進行有效分離的技術叫欠平衡鉆井。

1.2常規鉆井井控與欠平衡鉆井井控不同

（1）常規鉆井井控特點：①保持井底壓力大于地層孔隙壓力。②為避免井涌，要保持足夠的鉆井液密度，防止地層流體進入井筒。③地層流體進入井筒時，停止鉆井作業。④井筒鉆井液漏失時，停止鉆井作業。⑤將油氣保留在井底，不許帶出井口。⑥井底壓力低于地層壓力時循環鉆井液，不能保持鉆井液槽液面不變。

1.3欠平衡鉆井井控特點

①保持井底壓力低于地層孔隙壓力。②降低鉆井液密度，使地層流體溢出。③地層流體進入井筒時，繼續鉆進。④井筒鉆井液有漏失時，繼續鉆進。⑤將井內油氣帶出井口。⑥井底壓力低于地層壓力時循環鉆井液，保持鉆井液槽液面不變。

1.4欠平衡鉆井工藝流程

欠平衡鉆井就是在常規閘板、環形防噴器的上部安裝一套防噴器（ 旋轉控制頭），鉆進時采用低密度常規鉆井液或在鉆井液中充入氮氣或天然氣，或采用干氣、泡沫鉆井液等，使環空液柱壓力低于地層壓力。在無油氣顯示時，鉆井液通過旋轉防噴器旁側法蘭出口管線至振動篩正常循環; 當正常循環不能實施時，關閉旋轉防噴器旁通法蘭連接的液動閥，改由體外循環。利用旋轉防噴器和節流管匯，控制井口一定壓力和井底負壓，使井內油氣有控制地進入井眼，經體外循環系統有效分離后，保持入口鉆井液一定的密度，重新泵入井內，實現連續鉆進。

2、實施欠平衡鉆井的條件與優點

2.1應用條件

有很多不同技術能確保達到預期的欠平衡條件，目前，主要的方法是控制用于循環的鉆井液的密度，使鉆井液在井筒內形成的靜液液柱壓力低于地層孔隙壓力，而鉆井液可以是單獨的氣相或液相，也可以是氣液兩相混合。氣相和氣液兩相鉆井液可人工誘導產生欠平衡條件，而液相鉆井液可利用地層較大的壓力而自然形成欠平衡條件。鉆井，石油，裝備，機械，設備，鉆井機，海洋鉆井，鉆井液，完井，固井氣態鉆井液，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

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。

2.2欠平衡鉆井技術的優點

欠平衡鉆井技術已經歷了幾十年的發展，但人們對欠平衡鉆井的優點是逐漸認識的，早期，人們只認識到欠平衡鉆井能提高硬地層的機械鉆速，減少井漏及壓差卡鉆，而現在已進一步認識到，欠平衡鉆井還能減少地層損害，提高產量，及時發現油氣井地層等眾多優點，這些均到現場證實。

（1）欠平衡鉆井能提高鉆井的機械鉆速;（2）欠平衡鉆井能提高鉆頭使用壽命;（3）欠平衡鉆井可防止壓差卡鉆和減少井眼循環漏失（4）欠平衡鉆井能減少地層損害。

3、國內開展欠平衡鉆井裝備與技術進展

3.1國內開展欠平衡鉆井情況

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。新疆、中原、大港、勝利等油田引進了一批設備，鉆成了一批欠平衡井，具有了一定的經驗。“九五”期間大港油田針對前第三系深層勘探進行了欠平衡鉆井完井技術綜合研究，在千米橋潛山和烏馬營潛山采用低密度無固相鉆井液體系實施了欠平衡鉆井工藝技術，完井采用射孔完成，成功的發現了千米橋潛山億噸級的凝析油氣田，揭示了烏馬營潛山儲油氣藏特征。截止到2006年，大港油田已經先后引進了三套主要欠平衡裝置，成立了專業化技術服務隊伍，從設備和經驗上都具有了很好的基礎。在以液體為介質進行欠平衡鉆井施工上，從設計及施工人員的水平、欠平衡裝備、現場施工中井口回壓控制等技術上都取得了一定的成功經驗，在中國國內產生了良好的影響。

隨著中國欠平衡技術認識的不斷加深，該技術開始逐漸被應用于老油田的開發，今后欠平衡技術在中國的應用范圍將逐漸擴大，設備配套國產化的進程將逐漸加快，實現全過程欠平衡將成為今后中國各油田發展的目標。

3.2欠平衡鉆井的主要裝備

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。

（1）高壓旋轉分流器-防噴器系統（2）液流導向系統③地面分離系統（3）隔水管帽（Riser Cap）旋轉防噴器系統（4）實用隔水管（Virtual Riser）裝置（5）地面數據采集系統

欠平衡鉆井時，要測量并記錄壓力、速度、氣含量、液含量和溫度，并實時顯示這些數據，避免出現過平衡和井噴現象。該系統可在鉆井作業時，通過與現有鉆井控制與監測系統接口，提供實時信息，還可與動態多相流量模型接口，允許將實際參數與計算參數加以比較。

4、結語

欠平衡鉆井是很早就有的技術，由于人們認識能力和技術水平的限制，這項技術的使用長期以來被限制在非常狹窄的范圍甚至被束之高閣。即便使用，也僅僅是作為常規鉆井的一種補充。近年來，隨著井控等一系列支撐技術的成熟，欠平衡鉆井的能力越來越多地被發掘出來，一些以前認為不能打欠平衡井的地層也能夠打了、不適合采用的工藝也能夠采用了。在一些地方，欠平衡鉆井甚至還獲得了眾多意外發現，顯示該技術越來越多地發展成為了一種增產技術，一種提高采收率的重要手段。從發展趨勢看，隨著與之相關的認識不斷深化、技術不斷成熟，欠平衡鉆井的應用范圍將會越來越大。

欠平衡鉆井技術在國內迅速發展，并已取得顯著成效。盡管如此，與國外相比，國內欠平衡鉆井技術在規模及裝備方面尚存在較大差距。隨著國內欠平衡技術認識的不斷加深，該技術開始逐漸被應用于老油田的開發，今后欠平衡技術在國內的應用范圍將逐漸擴大，設備配套國產化的進程將逐漸加快，實現全過程欠平衡將成為今后國內各油田發展的目標。

未來欠平衡鉆井技術將進一步朝安全、簡便和適用的方向發展。這項技術對于保護油層和提高鉆井速度具有重要意義，將廣泛用于低壓低滲油田和老油田。

【參考文獻】

[1]羅平亞，孟英峰.低壓欠平衡鉆井 南充： 西南石油學院學報，19 98，2 0（2）

作者簡介：吳海強（1974—），男，助理工程師，從事油田鉆井工作。