欠平衡鉆井技術論文(2)
欠平衡鉆井技術論文
欠平衡鉆井技術論文篇二
淺析欠平衡鉆井技術
摘要：本文從欠平衡鉆井技術的定義及作用出發，重點介紹了欠平衡鉆井的設備以及欠平衡鉆井的設計，最后為國內欠平衡鉆井技術提出了建議。
關鍵詞：欠平衡鉆井;設備;壓力控制;連續油管;防噴器
一、欠平衡鉆井技術的定義及作用
目前，國內外關于欠平衡鉆井的定義有以下幾種：
API定義：鉆井過程中主體產層流體可流入井眼，并可將其循環到地面，地面可有效控制。
ERCB的定義：設計鉆井液柱壓力低于產層壓力，若液柱壓力不夠低時，在鉆井液中加入空氣或氮氣，較低液柱壓力必然引起地層流體流進井眼，并且這種地層流體必須循環出地面，并在地面進行控制。
CNPC的定義：地層流體受負壓差的作用，向井筒內連續流動的條件下，所進行的有控制的鉆井過程。
欠平衡鉆井的基本概念有多種表述，無論哪種表述都包含以下兩個主要方面，即：第一，井筒環空中循環介質的當量循環密度一定要低于所鉆地(儲)層的孔隙壓力當量密度，這個差值即為欠壓值。第二，地層流體一定要有控制地流入井筒，并把它循環到地面再分離出來。通俗稱欠平衡鉆井技術為“邊噴邊鉆”，關鍵是在鉆井過程中使地層流體連續進入井筒，因此欠平衡鉆井技術的實質就是二次井控技術。因此它是不同于常規鉆井的存在一定技術風險的新型技術。
欠平衡鉆井在勘探開發中的作用主要體現在：
(1)在油氣勘探上，欠平衡鉆井技術可以提高低壓、復雜巖性、水敏性、裂縫性等類儲層油氣的發現和保護，因此，對于油氣勘探來說它是一種油氣層識別技術;
(2)在油氣開發上，欠平衡鉆井技術可以通過有效地保護儲層，提高單井產量，降低開發綜合成本。因此，對于油氣開發來說它是一種油氣層保護技術;
(3)在工程上，欠平衡鉆井技術可以解決低壓地層漏失問題，提高機械鉆速、減少壓差卡鉆。因此，對于鉆井工程來講，它是二次井控技術、保護油氣層鉆井技術、防漏技術和提高機械鉆速的方法。
二、欠平衡鉆井裝備
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
又稱旋轉防噴器(BOP)。國外有好幾個廠家都有專利產品，其中美國Williums工具公司生產的旋轉防噴頭使用最多，壓力級別最為齊全。該公司供應的高壓系統有7000型和7100型兩種：7000型的靜試驗壓力為21MPa，工作壓力為10.5MPa;7100型包括旋轉控制頭總成、熱傳遞-潤滑裝置、遙控監控臺和遙控防爆電源設備。旋轉控制頭總成殼體試驗動壓力可達70MPa，靜壓力為35MPa，工作壓力為17.5MPa。
2、液流導向系統
國外研制了一種電磁閥導向系統，可增加鉆深。馬達被設計成一種金屬對金屬的葉片，采用非彈性體制成的正容積馬達，不會由于失速而使轉速過快。
3、地面分離系統
2006年前后，國外加強了地面分離系統研制，包括壓力額定值為35MPa的地面分離裝置、自動節流系統及各種分離器，這些設備可處理大量液體、巖屑和鉆井液。此外，有一種密封循環分離器，每天可處理566336立方米容量的液流;還有一種高效小型分離器，適用于近海地區。委內瑞拉Mamdbo湖有一口近岸井，為了降低化學劑成本，首次使用密封循環地面分離系統，還使用配有全套連續油管的駁船和2000bbl(原油標準桶)容量的泡沫裝置。泡沫循環液密度降低到179.74～359.4千克/立方米，在分離后，泡沫可再循環使用，以降低配制化學劑和水的成本。
4、隔水管帽(Riser Cap)旋轉防噴器系統
一種回流裝置，所用主要設備是旋轉控制頭，裝在水上隔水管頂部，可代替隔水管系統的滑動接頭、球形接頭和分流器。將高壓軟管接到旋轉控制頭雙流管出口端，可提高井控能力，防止鉆井液流失。高壓機械密封置裝于鉆臺下面的鉆桿與隔水管之間，鉆井液通過軟管回流井下。
5、實用隔水管(Virtual Riser)裝置
該裝置包括旋轉控制頭、封隔器―鎖定總成和環形壓力控制―排放系統三大部件，其中封隔器―鎖定總成是一個經改進的直徑508mm可膨脹套管封隔器，起到控制頭及井口下面套管間的壓力密封作用。其元件是一個3m長的密封，置于660.40～914.40mm套管里面，用遙控船可遙控該封隔器。
6、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。
三、欠平衡鉆井設計
1、欠平衡鉆井取得成功的關鍵
欠平衡鉆井要想取得成功必須做到以下幾點：完全搞清楚油藏和地質情況;選擇合適的欠平衡鉆井技術;合理的設計與多相流計算機模擬和制定應急計劃。
2、欠平衡鉆井參數設計
參數設計主要體現在以下幾點：氣體鉆井主要是設計攜帶巖屑所需要的最小氣體流量;霧化鉆井主要是設計攜帶巖屑和液體所需要的氣體流量;泡沫、充氣鉆井設計氣體流量和液體流量;溢流鉆井主要是設計鉆井液密度和氣體、霧化、泡沫和充氣要用多相流軟件設計。
多相流流動模型：常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流動模型等;氣體、霧化、泡沫鉆井采用均相流模型，即氣、液兩相的運行速度相同;而充氣、溢流鉆井采用漂移模型，漂移模型考慮了各相之間的相互作用和相對運動，即氣相滑脫速度和油相的漂移速度。
四、對國內欠平衡鉆井技術的建議
1、進一步研究欠平衡鉆井工藝技術
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，或者還沒有深入地涉及到，所以需擴大研究內容。
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。
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