欠平衡钻井的应用条件与装备技术进展

【摘 要】欠平衡钻井（UBD）是伴随着水平井、多底井而发展起来的先进钻井技术。采用这项技术，可以有效地防止钻井过程中对产层的伤害，有利于保护油气层，提高钻速、降低成本，减少井漏及压差卡钻等复杂情况。本文介绍了欠平衡钻井技术工艺原理，阐述了实施欠平衡钻井的条件与优点，以及国内开展欠平衡钻井技术进展。

【关键词】欠平衡钻井;工艺原理;应用条件;技术进展

1、欠平衡钻井技术原理

1.1欠平衡钻井定义

钻进过程中钻井液液柱压力低于产层压力，允许产层流体流入井眼， 通过地面有效控制，将其循环到地面，进行有效分离的技术叫欠平衡钻井。

1.2常规钻井井控与欠平衡钻井井控不同

（1）常规钻井井控特点：①保持井底压力大于地层孔隙压力。②为避免井涌，要保持足够的钻井液密度，防止地层流体进入井筒。③地层流体进入井筒时，停止钻井作业。④井筒钻井液漏失时，停止钻井作业。⑤将油气保留在井底，不许带出井口。⑥井底压力低于地层压力时循环钻井液，不能保持钻井液槽液面不变。

1.3欠平衡钻井井控特点

①保持井底压力低于地层孔隙压力。②降低钻井液密度，使地层流体溢出。③地层流体进入井筒时，继续钻进。④井筒钻井液有漏失时，继续钻进。⑤将井内油气带出井口。⑥井底压力低于地层压力时循环钻井液，保持钻井液槽液面不变。

1.4欠平衡钻井工艺流程

欠平衡钻井就是在常规闸板、环形防喷器的上部安装一套防喷器（ 旋转控制头），钻进时采用低密度常规钻井液或在钻井液中充入氮气或天然气，或采用干气、泡沫钻井液等，使环空液柱压力低于地层压力。在无油气显示时，钻井液通过旋转防喷器旁侧法兰出口管线至振动筛正常循环; 当正常循环不能实施时，关闭旋转防喷器旁通法兰连接的液动阀，改由体外循环。利用旋转防喷器和节流管汇，控制井口一定压力和井底负压，使井内油气有控制地进入井眼，经体外循环系统有效分离后，保持入口钻井液一定的密度，重新泵入井内，实现连续钻进。

2、实施欠平衡钻井的条件与优点

2.1应用条件

有很多不同技术能确保达到预期的欠平衡条件，目前，主要的方法是控制用于循环的钻井液的密度，使钻井液在井筒内形成的静液液柱压力低于地层孔隙压力，而钻井液可以是单独的气相或液相，也可以是气液两相混合。气相和气液两相钻井液可人工诱导产生欠平衡条件，而液相钻井液可利用地层较大的压力而自然形成欠平衡条件。钻井，石油，装备，机械，设备，钻井机，海洋钻井，钻井液，完井，固井气态钻井液，在欠平衡钻井技术中，最简单最早的欠平衡钻井技术是采用干燥空气作为钻井液。后来选用天气然作为钻井液。当在产气区钻井或接近天然气管线的区域使用天然气钻井，成本是较低的。另一种选择的气体是用惰性氮气代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气

两相钻井液，从单一的气相和单一的液体的所液两相的混合就可获得任一所期望得到的钻井液密度。气体和液体的混合物，有时也称为轻质钻井液（低密度钻井液），按气相和液相的结构及相对体积数，轻质钻井液又分为雾、泡沫和充气钻井液，在通常的压力和温度情况下，它们的结构及性能取决了气相和液相的相对体积分数。不同的钻井液具有不同的密度。

液态钻井液，当地层孔隙压力通常超过同一深度的淡水或盐水静液压力时，使用常规液钻井液，控制钻井液的密度就可利用地层压力自然形成欠平衡条件。

2.2欠平衡钻井技术的优点

欠平衡钻井技术已经历了几十年的发展，但人们对欠平衡钻井的优点是逐渐认识的，早期，人们只认识到欠平衡钻井能提高硬地层的机械钻速，减少井漏及压差卡钻，而现在已进一步认识到，欠平衡钻井还能减少地层损害，提高产量，及时发现油气井地层等众多优点，这些均到现场证实。

（1）欠平衡钻井能提高钻井的机械钻速;（2）欠平衡钻井能提高钻头使用寿命;（3）欠平衡钻井可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失（4）欠平衡钻井能减少地层损害。

3、国内开展欠平衡钻井装备与技术进展

3.1国内开展欠平衡钻井情况

中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。新疆、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。“九五”期间大港油田针对前第三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液体系实施了欠平衡钻井工艺技术，完井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。截止到2006年，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有了很好的基础。在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在中国国内产生了良好的影响。

随着中国欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开發，今后欠平衡技术在中国的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后中国各油田发展的目标。

3.2欠平衡钻井的主要装备

欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。

（1）高压旋转分流器-防喷器系统（2）液流导向系统③地面分离系统（3）隔水管帽（Riser Cap）旋转防喷器系统（4）实用隔水管（Virtual Riser）装置（5）地面数据采集系统

欠平衡钻井时，要测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度，并实时显示这些数据，避免出现过平衡和井喷现象。该系统可在钻井作业时，通过与现有钻井控制与监测系统接口，提供实时信息，还可与动态多相流量模型接口，允许将实际参数与计算参数加以比较。

4、结语

欠平衡钻井是很早就有的技术，由于人们认识能力和技术水平的限制，这项技术的使用长期以来被限制在非常狭窄的范围甚至被束之高阁。即便使用，也仅仅是作为常规钻井的一种补充。近年来，随着井控等一系列支撑技术的成熟，欠平衡钻井的能力越来越多地被发掘出来，一些以前认为不能打欠平衡井的地层也能够打了、不适合采用的工艺也能够采用了。在一些地方，欠平衡钻井甚至还获得了众多意外发现，显示该技术越来越多地发展成为了一种增产技术，一种提高采收率的重要手段。从发展趋势看，随着与之相关的认识不断深化、技术不断成熟，欠平衡钻井的应用范围将会越来越大。

欠平衡钻井技术在国内迅速发展，并已取得显著成效。尽管如此，与国外相比，国内欠平衡钻井技术在规模及装备方面尚存在较大差距。随着国内欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在国内的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后国内各油田发展的目标。

未来欠平衡钻井技术将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于保护油层和提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。

【参考文献】

[1]罗平亚，孟英峰.低压欠平衡钻井 南充： 西南石油学院学报，19 98，2 0（2）

作者简介：吴海强（1974—），男，助理工程师，从事油田钻井工作。