复杂油气藏欠平衡钻井理论与实践(孟英峰等)思维导图
《欠平衡钻井技术》课件
旋转头
01
旋转头是欠平衡钻井技术的核 心设备之一，其主要作用是提 供旋转动力，使钻头能够顺利 地钻进地层。
02
旋转头的旋转速度和旋转方向 可以通过控制系统进行调节， 以满足不同地层和钻井工艺的 需求。
03
旋转头的材质和加工精度对其 使用寿命和钻井效率有很大影 响，因此需要选择优质的材料 和先进的加工工艺。
非常规能源开发
在页岩气、煤层气等非常规能源开发中，欠平衡钻井 技术将有助于提高单井产量和降低开发成本。
地热能开发
在地热能开发中，欠平衡钻井技术将有助于提高地热 资源的利用率和减少环境污染。
对行业的影响与变革
推动行业技术创新
欠平衡钻井技术的发展将推动油气勘探和开发技术的进步 ，促进相关行业的技术创新。
分离器
分离器的主要作用是分离钻 井液中的气体和液体，保证 钻井液的密度和粘度符合钻
井要求。
分离器的分离效果直接影响 钻井液的性能和循环系统的 效率，因此需要选择高效的 分离器并定期进行维护和清
洗。
分离器的结构、材料和加工 工艺也会影响其分离效果和 使用寿命，因此需要综合考 虑各种因素进行设计和选型 。
欠平衡钻井技术通过控制井筒压力，减少了对钻井液的需求，从而降低了钻井 时间和成本。
提高钻速和进尺
由于减小了钻头与岩石之间的摩擦力，欠平衡钻井技术能够提高钻速和进尺， 缩短了钻井周期。
保护油气层
减少对地层的损害
欠平衡钻井技术通过维持较低的井筒压力，减小了对地层的压力，从而减少了地 层损害和油气层污染的可能性。
安全性和效率。
高压油气藏勘探
高压油气藏勘探是欠平衡钻井技术的又一应用场景。
高压油气藏具有高地层压力、高温度、高盐度等特点，传统钻井方法难以 适应。
《欠平衡钻井》课件
欠平衡钻井能够减少钻屑和地层伤害 ，提高钻速和钻井效率，同时能够实 时监测地层流体，为油气田开发提供 更多信息。
欠平衡钻井的原理
• 原理：在欠平衡钻井中，通过控制钻井液的密度、粘度、压力 等参数，使钻井液压力低于地层孔隙压力，形成负压差。负压 差能够促使地层流体流入井内，同时通过旋转控制头等设备控 制流体的流入量和压力，确保钻井安全。
02
03
钻井液类型
根据不同的地质条件和钻 井需求，选择合适的钻井 液类型，如水基钻井液、 油基钻井液等。
钻井液性能
确保钻井液具有适当的密 度、粘度、切力等性能， 以满足钻井过程中的各种 需求。
钻井液处理
在钻井过程中，对钻井液 进行适当的处理，以保持 其性能稳定，并防止对环 境和设备的损害。
井控技术
随钻测量数据处理
对随钻测量数据进行处理 和分析，及时发现和解决 潜在的钻井问题，并为后 续的钻井决策提供依据。
2023
PART 03
欠平衡钻井的优势与挑战
REPORTING
优势分析
01
提高钻井效率
欠平衡钻井技术可以减少钻井过 程中的钻屑堆积，降低重复钻井 的次数，从而提高钻井效率。
保护油气层
02
03
介绍
欧洲北海地区采用欠平衡钻井技术，克服了复杂地质条件下的钻井难题
。
国际典型案例
细节
注重技术创新和环境保护，实现了钻井作业的可持续发展。
结果
提高了油气勘探开发的效益，为当地社会经济发展提供了支持。
案例总结与启示
01
欠平衡钻井技术在国内外油气 勘探开发中得到了广泛应用， 取得了显著的经济效益和社会 效益。
环境影响
在欠平衡钻井过程中，需要特别注意对环境的影响，如减少气体排 放和防止环境污染。
欠平衡钻井(08)
三、欠平衡压力钻井发展历史 欠平衡压力钻井实际上是一种古老的钻井方式，直到1895年旋转 钻井产生之前，绳索式顿钻钻井都是用欠平衡方式进行的，在当时技 术条件下，利用欠平衡方式诱发井喷是发现油气藏的手段。 欠平衡 井喷 油气藏 Blowout meant discovery No blowout , no gas or oil discovery 从1895至1920这段时间里，旋转钻井是用清水作为循环流体的， 为保证钻井安全和井眼清洁，1920年开始使用加有粘土和处理剂的混 配钻井液体系，自此，超平衡压力钻井成为常规的钻井方式。
下面分析一下式中每项压力的制约因素： Ph 是气液体系平均密度的函数，其中气体的密度又是 压力和温度的函数； Pa 与环空流体的密度、粘度、上返速度和井壁摩擦系 数等有关； Pacc 是由流体突然加速引起的； P as 决定于地面回压阀的控制、气体和液体的速度及 地面管汇情况。 在分析井底压力动态特性的基础上，要建立合理的动态 压力的计算模型，如果对井底的动态压力描述不准确，控制 不合理，将得不到预期的效果。 动态模拟的计算也类似于稳态模拟，用单元分割法。
压差越大机械钻速越低，故减小压差是提高 机械钻速的一种途径。
5、超平衡、近平衡、平衡压力钻井
（1）超平衡压力钻井（Over Balance Drilling） 钻进时井底压力高于地层孔隙压力。 Pb> Pp △P（1） （2）近平衡压力钻井（Near Balance Drilling） 钻进时井底压力略高于地层孔隙压力。 Pb> Pp △P （2） △P（1）> △P (2) （3）平衡压力钻井（Balance Drilling ） 钻进时井底压力等于地层孔隙压力。 Pb= Pp △P =0 Pb= Pm + Pa 式中 Pm —— 泥浆柱静液压力; Pa —— 循环压降。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井
P 井底 ＜P 地层 降低密度，使地层 流体溢出 继续钻进 继续钻进 将油气带出井口 可保持液面不变
过 平 衡 、 近 平 衡
泵入泥浆
泥浆柱压力>油层压力
油气层
泵入泥浆
欠 平 衡 泥浆柱动压力<油层压力
油气层
欠平衡压力钻井的优越性
1、减轻地层伤害，解放油气层，提高油气井产 能，低渗油气藏，压力衰竭的油气藏优势更为突 出。 2、有利于识别评价油气藏。 钻进过程中井内泥浆柱的压力低于地层孔隙压 力，允许地层流体进入井内，有利于识别和准确 评价油气藏。 3、明显提高机械钻速。 欠平衡压力钻井比超平衡压力钻井井底岩石容 易破碎，井底易清洗，机械钻速大幅度提高，同 时减轻了钻头磨损，提高钻头的使用寿命。 4、减少或避免压差卡钻和井漏事故的发生。
欠平衡钻井的优势和局限性
油藏的优点
（1） 减少井眼表面的表皮损害；
（2） 提高油层产量； （3） 早发现、早生产； （4） 提高最终采收率； （5） 有利于对地层进行实时评价。
欠平衡钻井的优势和局限性
钻井作业中的优点
（1） （2） （3） （4）
提高机械钻速； 延长钻头寿命； 减少钻机作业时间； 减少井眼复杂问题： —钻井液漏失 —压差卡钻 —水敏性页岩水化 —提高了钻井作业安全性
1994
1996
1998
堵塞孔隙 “咽喉”
钻井液与地层 流体不相容
地 层 损 害 机 理
堵塞裂缝
井眼表皮损害对 产层产量的影响
1000 800 600 400 200 0
°È ú ÈÈ ÈÈ
-3 -1
1
3
5 7 9 íÈ ± ¤È ò× È
QK-欠平衡钻井储层压力动态模拟及数据处理
收稿日期:2005-06-07;修回日期:2005-10-17基金项目:本文系油气藏地质及开发工程国家重点实验室基金项目,项目名称:气体钻井中复杂流场数值模拟分析(编号:PLN0405)。
作者简介:李旭(1974-),西南石油学院油气井专业在读研究生。
地址:(610500)成都市新都区,电话:(028)83032210,E -mail :llxx19@钻井工艺欠平衡钻井储层压力动态模拟及数据处理李 旭1,孟英峰1,练章华1,张祥来2(1西南石油学院完井中心 2四川石油管理局质量检测中心) 摘 要:欠平衡钻井期间,由于负压差的存在,使地层流体在钻进的时候就源源不断地流入井筒,从而使井筒周围的地层压力发生变化,对以后的生产和测试带来很大的影响。
在一定的假设参数条件下,建立了一套地层压力变化的数学模型及其相应的边界条件。
由于在钻进过程中,储层的裸露段随钻进时间不断变化,因而其内边界条件也不断变化,使用解析方法求解该模型变得十分困难。
故采用有限差分法,用矩阵计算软件编程计算了地层压力随钻进时间变化而变化的情况,并把结果导入可视化工具,将压力变化以直观的图形表示出来,为这方面的学者在实际考虑这一过程时提供了一定的理论和实践参考。
关键词:欠平衡;动态压力;数据处理;水平井中图分类号:TE 24913 文献标识码:A 文章编号:1006-768X (2005)06-0004-03 欠平衡钻井技术是20世纪90年代在国际上成熟并迅速发展的一项新技术,以其钻速快、成本低、对油气层污染少等优点得到了广泛的使用和推广。
与平衡、近平衡钻井相比较,其主要技术特点是钻进时井筒内的流动压力低于地层压力。
正是由于这个负压差的存在,使地层流体在钻进的过程中就不断地流入井筒,即欠平衡钻井过程,也相当于一个油气的采出过程。
因此,地层压力就会随着钻进而逐渐变化,在井筒周围形成压降漏斗。
本文着眼于这一点,假定一定的地层参数条件下,建立了一套数学模型,并采用有限差分方法来求解该模型,计算井筒附近地层压力的变化情况。
欠平衡钻井.ppt
Pmp
Pp
Pu=Pp-(Pmp+Pbp)=0
3.欠平衡钻进过程中压力关系
Psp
Pu
Pu=Pp-(Pmp+Pam+Pbp)
Pu---实际欠压值
Pmp---环空多相流重力 Pbp 产生的压力
Pbp---井口环空回压值 Pam
Pam----环空压耗
Pp
Pmp
3.欠压值的设计与控制
1). 确定合理的欠压值 推荐欠压值范围是1.4~2.1MPa
泡沫发生器：
混合物出口
气体 进口
液体 进口
车屑、钢丝团 等填充物
钢板或钢丝网
（四）不压井起下钻装置
欠平衡钻井的重要一环是欠平衡状态完井， 不压井起下钻是欠平衡完井的一个重要步骤
国内有BY30-2型不压井起下钻装置 美国CUDD公司和Weatherford生产的不压井
起下钻装备为液压控制，能独立作业 加拿大TESCO公司的管子推拉机结构简单
起钻，结构复杂。 Shaffer 、 TESCO 、 RBOP、 NEO 、
海德利尔等公司 应用不广
美国Shaffer公司 PCWD旋转防喷器
1. 静压:35MPa 动压：21MPa
2. 封零：17.5MPa
3. 最大转速：
100rpm 21MPa
200rpm 14MPa
目前世界上压力等级 最高的旋转防喷器。
Pm----环空流体重力产 Par
生的压力
Pp
Par----环空流动阻力
Pm
钻入产层后，地层流体 会进入井内
2.钻井过程中停止循环时压力关系
1）井筒环空处于流动状
态时：
Psp
Pu
欠平衡钻井技术在柯19
欠平衡钻井技术在柯19【摘要】石油天然气作为一种非常重要的不可再生能源在国民经济及生活中占有举足轻重的地位，而随着其长期开采已逐步枯竭，且开采难度逐步增加这使得人们不得不将眼光投向以前不具备开采价值的低效油气藏。
【关键词】欠平衡钻井吐哈油田欠平衡钻井技术就是顺应油气田高效开发而提出的，自80年代以来，由于研制出旋转防喷头、空气钻井马达等设备，又研究出各种往井筒内注氮的方法，使欠平衡钻井工业开始投入工业使用，于90年代在国际上成熟并迅速发展的一项新技术。
1 随着欠平衡技术的发展，欠平衡钻井技术的优势也开始越来越受到人们的关注。
较常规钻井，它具有以下几个明显优势（1）减少或防止地层污染；（2）提高钻速，提高钻头寿命；（3）杜绝或减少井漏；（4）杜绝或减少压差卡钻等井下复杂；（5）提前生产，降低完井及增产作业成本；（6）提高初期产量。
（7）延长有效储层开采期和发现新的产层。
吐哈油田柯柯亚区块处于山前构造带，地层研磨性强，可钻性差，夹层多，常规钻井其钻井液密度达到了1.30-1.45g/cm3之间，存在严重的压实作用，机械钻速低。
提高钻压，钻头蹩跳严重，机械钻速有了一定程度的提高，但井斜难以有效控制，大量时间用于稳斜。
曾先后在该区块采用了液力加压防斜打快技术，脉冲空化喷射钻井技术等新技术，效果均不太理想。
在柯19-3井实施充气欠平衡钻井，大幅度提高了侏罗系中统j2q、j2s、j2x的钻井速度，加大对上部浅气层的发现和保护，提高井身质量并解决部分钻井工程难题。
2 欠平衡钻井技术在柯19-3的应用2.1 试验目的及意义柯柯亚区块处于山前构造带，地层研磨性强、可钻性差、夹层多，常规钻井其密度达到了1.30-1.45g/cm3之间，井底围压大，机械钻速低。
若提高钻压，机械钻速虽有一定程度的提高，但跳钻现象加剧，且井斜难以有效控制，导致大量周期用于控制井深质量。
为实现柯柯亚区块中上部井段（即侏罗系中统j2q、j2s、j2x）的钻井提速，加大对上部浅气层的发现和保护，在该区块柯19-3井煤层以上地层（800-2500m）实施充气欠平衡钻井提速试验。
欠平衡介绍
● 设备与工具的研制。多种型号的旋转头与旋转 防喷器，如：Williams， Grant和国产旋转头 的开发，基本能满足欠平衡钻井的需要。地面 处理设备，如：气，液；油，气，水，岩屑分 离器的研究取得了令人满意的成绩，加拿大的 四相分离器已在现场投入使用，国内也正在积 极开展这方面的研究工作。不同井口装置方案 能应付复杂的井下情况。此外，还开发了欠平 衡钻井过程中注入惰性气体的产生设备
分类 气体钻井 雾化钻井 充气泥浆钻井 泡沫钻井 玻璃微珠、塑料微珠钻井 钻井流体
密度g/cm3 0.001～0.01 0.01～0.03
0.45～0.9 0.032～0.064
﹥0.7 按地层压力梯度设计
3.气体钻井
利用干气（如空气、天然气、氮气、烟道气等） 作为循环介质的UBD钻井方式。 由于气体密度小，气体钻井中井内筒静水液柱压 力大大低于常规钻井流体静水液柱压力，因而极 易在井底形成欠压差值，这样不但能有效防止液 相和固相进入储集层，保护储集层，而且能极大 提高钻速。实践表明气体钻井比常规钻井液钻井 提高钻速3～4倍以上。
● 目前石油工业上游领域的重点放在中、小型油田， 复杂地质条件和恶劣地理条件下的油田，非常规 油气资源的勘探开发上，以及中、后期油田的改 造，挖潜上。这造成勘探开发难度增大，成本大 幅方式增加。
● 另外低成本的OPEC石油与中高成本的NO-OPEC石 油在获利方面有巨大差异，导致石油价格体系失 调，世界性的低油价格石油工业上游领域的发展 带来极大不利。由于中东原油产量远远不满足世 界石油市场的需求，必然有相当一部分中价非中 东原油进入世界市场参与竞争。能否参与竞争， 关键在于降低石油开发成本。
“雾”——指非乳化液相的体积分数小于 2.5%，它将以非连续液滴的形式存在于连续气相 中，这种低液相体积分数的钻井流体称为雾。