钻井工程欠平衡钻井
欠平衡钻井技术
•低渗透油藏
纯70-平1井 该井水平段沙四段地层压力系数1.51 ，
纯97-5井
沙四段地层压力系数1.14－1.16，采用 密度为1.06至1.07 的钻井液，钻进中 火炬自动点火，火焰高2~米，实现了 边喷边钻，收到了解放油气层、提高钻 速的明显效果，为应用欠平衡钻井技术 开发低渗透砂岩油藏进行了成功的尝试。 投产后日产 16吨，为邻井的34倍。
轻泥浆替出 重泥浆； 继续下钻。
保保 护护 液液
十、欠平衡钻井现场应用
•火成岩储层
商741-平1井
该地区地层压力系数1.055，常 规钻井严重井漏，充氮气欠平衡 钻进，基浆密度1.03 ，充气量 200 Nm3/h，动欠压3.1MPa； 投产后初产71t/d，已累产6500t， 为邻井产量的3～5倍。
采用聚合醇钻井液欠平衡钻进，控制泥浆
密度1.42 g/cm3，静欠压2.33MPa，动欠 压1. 19MPa，钻进中火炬点火，投产后日 油23吨，为邻井的3倍。
•南方海相地层
云参1井是中石化集团公司重点探井， 设计井深3500m，实测地层压力系数 0.952～0.745,钻进中漏失严重;应用 充气欠平衡钻井技术，钻井液密度 1.01～1.03g/cm3,充气量1200Nm3
罗151-11井
使用硬胶泡沫钻井液，地层压力 系数0.96,静欠压1.19MPa;完井
投产日产油18t，是同地区同期
完成常规井产量的两倍。
•灰岩裂缝性油藏
埕北244井
本井钻至奥陶系灰岩 先发生井漏，又发生 井涌，应用欠平衡钻 井技术，解决了既漏 又涌的难题，顺利地 完成了高漏失地层的 钻探任务，取准取全 了地质资料，并取得 φ10mm油嘴235.2t/d油、 6940m3/d气的高产。
《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。
欠平衡钻井知识
一、什么是欠平衡钻井：欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力，允许地层流体流入井眼、循环出并在地面得到有效控制的一种钻井方式。
欠平衡钻井具有能提高硬地层的机械钻速，减少循环漏失和压差卡钻等优点，从而获得发展。
推动欠平衡钻井技术的发展，其主要原因是减少和防止水平井钻井中钻井液对地层的损害。
早期的欠平衡钻井所采用的循环介质为空气，后来相继发展了用氮气、天然气、雾、泡沫或空气的轻质低密度钻井液的欠平衡钻井技术，主要用于钻低压地层。
随着欠平衡钻井技术进一步成熟及井控设备的发展（承受高压的旋转防喷器引入油田后），又发展了用液体钻井液（清水、盐水、油基、水基钻井液）对高压地层进行欠平衡钻井的技术，如Flow Drilling（国内译为边喷边钻）、钻井液帽钻井、不压井钻井等技术。
旋转钻井技术：九十年代得以充分发展的欠平衡钻井技术是旋转钻井的发展和继续，是钻井工作者经过长期实践针对中、低压油藏所采用的科学对策。
由于减少了压差，阻止了滤液和固相进入储集层，因而能够最大限度地去发现和保护中、低压油藏，以获取比常规过压钻井高得多的经济效益。
另外，欠平衡钻井还可以克服液柱的压持效应，提高破岩效率，解放钻速，缩短建井周期，减少钻井液对储集层的浸泡时间，可以安全钻过严重水敏性地层及漏失层，避免大量钻井液漏失而降低了钻井成本。
这些优点，使得美国和加拿大的欠平衡钻井数已经占其总钻井数目的1/3或更多，欠平衡钻井技术还刚刚起步，截止到去年底，大约有100多口井采用欠平衡施工，且相继成立了大港欠平衡钻井公司、四川欠平衡钻井公司和新疆欠平衡钻井公司。
二、欠平衡钻井的分类欠平衡钻井技术经过几十年的发展，至目前，国外已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。
空气欠平衡钻井技术，是指空气作为循环介质进行欠平衡钻井，是最早发展的一种欠平衡钻井技术。
由于该技术是直接使用大气中的空气，所以可较大地节约钻井材料费用。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术欠平衡钻井技术是一种在井筒内使压力低于地层压力的钻井技术。
相较于正平衡钻井技术，欠平衡钻井技术能够降低钻井过程中的井下事故风险，提高钻井速度和效率，适用于复杂地质条件下的钻井作业。
欠平衡钻井技术的原理是通过控制钻井液循环系统中的泵入流量，使井筒内部维持一个压力低于地层压力的状态。
这样可以减少地层破裂和井下沉积物堵塞的风险，从而提高钻井的安全性和效率。
欠平衡钻井技术主要有以下几种常用的方法：1. MEG（气泡剂辅助）技术：在钻井液中添加气泡剂，通过气泡的膨胀和爆破，形成一定的气泡力量来降低钻井液的密度，从而降低井筒内部的压力。
2. 流体耦合技术：将高压气体以流体耦合的方式注入套管与井筒之间的缝隙中，使套管外形成一个低压区域，从而降低井筒内的压力。
3. 膨胀管道技术：通过选用膨胀管道，使钻井液在膨胀管道内压力降低，然后再进入井底，形成平衡钻井管道，实现钻井液外泄来降低井筒内压力。
欠平衡钻井技术的应用范围比较广泛。
在高压气藏和高渗透油藏等特殊地质条件下，这种技术可以减少地层损伤和泥浆污染，保护地层储集能力。
在气体钻井和高温、高硫、高压等腐蚀井下环境条件下，欠平衡钻井技术可以提高钻井的安全性和效率。
欠平衡钻井技术还可以应用于水平井、大角度井和深水井等特殊钻井作业中。
不过，欠平衡钻井技术也存在一些问题和挑战。
由于钻井液密度的控制比较困难，需要选择合适的钻井液体系和气泡剂，以确保欠平衡钻井的效果。
欠平衡钻井的安全性较差，井下系统会面临较大的压力差，需要加强井控措施和监测手段，避免井下事故的发生。
欠平衡钻井技术能够提高钻井的效率和安全性，在特殊地质条件下有着广泛的应用前景。
随着钻井工艺和技术的不断发展，欠平衡钻井技术将进一步完善和应用于实际生产中。
欠平衡钻井的概念及要求
欠平衡钻井的概念及要求一、概念欠平衡钻井是一种钻造井工艺，其主要目的是在井筒中建立一种低于地层压力的压力环境，以控制井漏和避免井喷，同时提高钻进效率。
二、要求欠平衡钻井的要求主要包括以下几个方面：1. 缺气状态欠平衡钻井要求在井眼中维持一种缺气状态，即井液中气体的含量低于地层含气量。
这样可以降低地层中的气体压力，减小井漏的风险。
2. 压力控制为了实现欠平衡效果，需要对井液的压力进行精确控制，以维持一定的压力差。
通过合理选择钻井液的密度和泥浆柱高度及压力控制装置等手段，可以实现对井液压力的调节。
3. 排气系统对于欠平衡钻井来说，排气系统的设计和运行至关重要。
通过排气系统可以快速、安全地从井眼中排出气体，以保证井液中的气体含量保持在一个较低的水平，从而控制井漏风险。
4. 钻井液选择在欠平衡钻井中，选择合适的钻井液对于实现欠平衡效果至关重要。
钻井液的密度、流变性能、附着性和对地层的侵入性等特性需要在设计过程中充分考虑，以确保井液能够有效地控制井漏风险。
5. 安全措施欠平衡钻井是一项高风险的工作，因此必须严格遵守各项安全措施。
包括但不限于保证操作人员的安全、建立紧急事故应急预案、加强对井口、井身的监控等，以确保钻井过程的安全性。
6. 成本控制欠平衡钻井的成本通常较高，因此需要对成本进行有效控制。
在设计钻井方案和选择设备时，需要充分考虑成本效益因素，合理安排人员和物资资源，以降低欠平衡钻井的成本。
欠平衡钻井的工艺流程一、设计井筒及井眼尺寸根据地层情况和钻井目的，设计井筒的形状和尺寸。
确定井眼直径和套管尺寸，以适应欠平衡钻井的需求。
二、选择钻井液根据地层压力、温度、气体含量等参数，选择适合的钻井液。
根据设计要求，控制钻井液的密度，以实现缺气状态。
三、建立井液循环系统建立井液循环系统，包括钻井液搅拌、储备、循环和处理等环节。
确保井液的质量和性能符合要求。
四、井液循环和排气开始钻井后，保持井液循环，通过排气系统快速排出井眼中的气体，维持缺气状态。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指通过钻井液压力低于地层压力，使得钻井液能够在钻井作业过程
中尽可能少地进入地层中，从而达到减少井壁崩塌、防止钻井液污染地层的目的。
欠平衡钻井技术的优势在于，可以降低井壁塌陷的风险，减少钻井事故的发生，并且
可以减少钻井液对地层的侵蚀，从而保护地下水资源。
同时，欠平衡钻井技术还可以提高
钻进速度，降低钻井成本。
然而，这种技术也有一定的缺点，主要包括钻井风险较大、需
要高强度的完井技术等。
欠平衡钻井技术的实现需要依靠钻井液的选择和钻井液压力的控制。
一般来说，要采
用低密度、低粘度的水基钻井液，同时根据地层压力、钻井深度等因素，合理确定钻井液
的密度和液压。
在钻井过程中，通过调整钻井液的密度和液压，保证钻头和井壁之间的压
力差控制在一定的范围内，从而实现欠平衡钻井。
为了更好地实现欠平衡钻井技术，还需要引入一些相关技术，比如井眼稳定技术、密
度调整技术、完井技术等。
井眼稳定技术主要通过原位固化、井眼衬衫等手段来防止井眼
崩塌，从而保证钻进速度。
密度调整技术则可以根据地层变化，实时调整钻井液的密度，
从而避免体积膨胀从而引起的井壁塌陷。
完井技术则可以在钻井完成后，采用套管、钻杆、水泥、封隔器等工具来加强井壁支撑和污染防治，保证井口的安全性。
总之，欠平衡钻井技术在石油钻井领域具有广阔的应用前景，能够有效减少钻井事故，降低钻井成本，而且还能有效保护地层和地下水资源。
随着技术的不断发展和完善，欠平
衡钻井技术将会在石油勘探、开发和生产领域中发挥越来越重要的作用。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是一种常用的钻井方法，用于在井筒内部维持较低的压力。
它通过在钻头底部连续注入气体或液体来实现。
这种技术的主要目的是减少井底孔洞的损害并提高钻井效率。
欠平衡钻井技术的原理是在井口维持一个较高的压力，以便在井底产生一个较低的地层压力。
这种压力差可以有效地减少钻井液到穿透层的渗透压差，从而降低损伤地层的风险。
欠平衡钻井技术还可以通过控制地层渗流来减少井底的泥浆侵入，从而提高钻井速度。
欠平衡钻井技术有两种主要的方法：气体欠平衡钻井（UBD）和液体欠平衡钻井（LWD）。
气体欠平衡钻井是指通过向井底注入气体来降低地层压力，而液体欠平衡钻井是指通过向井底注入液体来实现。
这两种方法各有优缺点，选择应根据具体情况。
欠平衡钻井技术的应用非常广泛。
它可以用于突破复杂地层，如高渗透性、高泥浆侵入性和高井壁稳定性等条件下的困难地层。
它可以用于提高钻井速度和降低操作风险。
欠平衡钻井技术还可以用于井下作业，如井底测试、钻井液循环、产能测试和井壁修复等。
欠平衡钻井技术也存在一些挑战和风险。
它需要特殊的设备和技术，增加了操作成本和难度。
欠平衡钻井过程中可能出现井喷和井漏等安全问题，需要采取有效的安全措施。
欠平衡钻井技术在一些特殊的地质条件下可能不适用，需要根据具体情况进行评估。
欠平衡钻井技术是一种有效的钻井方法，可以减少地层损伤、提高钻井效率和降低操作风险。
随着技术的不断进步，它将在更广泛的领域得到应用。
为了确保安全和效果，需要充分考虑各种因素，并采取适当的措施和监测手段。
欠平衡钻井技术
欠平衡压力钻井技术一、欠平衡压力钻井的概念欠平衡压力钻井Under Balance Drilling （UBD ）是指在钻井过程中泥浆柱作用在井底的压力（包括泥浆柱的静液压力和循环压降），低于地层孔隙压力。
欠平衡压力钻井时,p b p p <，0<∆p 。
此时允许产层流体流入井内，并可将其循环到地面，地面可有效地控制。
UBD Pp ＞Pb = Ph + Pa + Pch二、国内外发展概况1、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。
国外从30年代开始发展欠平衡压力钻井技术，当时用空气作为钻井液，钻速提高了2-3倍，同时还避免了许多井漏和卡钻事故。
70-80年代发展了泡沫技术，有效地解决了携岩问题，进一步推进了欠平衡压力钻井技术的发展，但由于成本和安全原因，这项技术在80年代停滞。
80年代末以来，由于专用设备和工具的配套，以及相应技术的发展，欠平衡压力钻井技术才又迅速发展起来。
欠平衡压力钻井技术以美国和加拿大应用为最多，技术和装备最先进，它们大都成立了欠平衡压力钻井服务公司；其次是英国、巴西、委内瑞拉、墨西哥等国也应用了欠平衡压力钻井技术。
我国从近几年也开始研究和应用欠平衡压力钻井技术。
2、国外情况欠平衡压力钻井技术是八十年代后期在美国德克萨斯州奥斯汀白垩系地层钻井时得以迅速发展起来的。
目前美国欠平衡压力钻井的井数已达2500多口。
美国和加拿大具有：（1）先进的欠平衡钻井装备（2）专业技术服务公司（3）配套的欠平衡钻井技术加拿大欠平衡钻井数目图欠平衡压力钻井作为能提高油气产量的一项重要技术，已在世界20多个国家和地区4500多口井上应用。
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其它
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欠平衡和气体钻井技术是九十年代在国际上被广泛应用起来的一项钻 井新技术，在北美地区尤为突出。欠平衡及气体钻井技术已成为继水 平井技术之后的第二个钻井技术发展热点。
不同岩石类型中进行的欠平衡钻井产量增加的幅度
特点：
➢ 避免常规过平衡钻井，因压差问题导致的储层伤害； ➢ 可及时发现油气层,利于探井评价. ➢ 欠平衡钻井工艺可提高机械钻速，降低综合作业成本，具有
良好的经济效益和社会效益。
液相欠平衡钻井,作用于井底的环空压力包括:
1.液柱压力(取决于钻井液密度); 2.循环压耗(取决于井身结构,钻具结构); 3.施加于井口的回压。
坚硬低钻速地层 低压易漏地层 污染敏感性地层 水敏及易湿相乳化的地层 裂缝及溶洞性灰岩地层
渗透率小于 1mD 的致密性油藏 压力衰竭的油藏 渗透率大于 1000mD 的高渗油藏 容易湿相乳化的油藏 裂缝性发育油藏
不适宜进行欠平衡钻井的地层
1.松散地层 ( Highly Unconsolidated Formations ) 2.具有塑性流动特性的岩盐层 3.受强应力作用／非稳定泥岩地层 4.含高浓度H2S地层
欠平衡钻井
1、欠平衡钻井定义及特点
欠平衡钻井定义
使钻井流体施加在井底的压力小于地层孔隙压力，有效控制地 层流体流入井筒，并对其进行处理的钻井方式。
欠平衡钻井发展历程
1284 在中国第一次顿钻钻井 1880s 第一次用空压机钻矿井 1895 用水进行旋转钻井 1920s 第一次用空压机钻油气井 1920 第一次用泥浆钻井 1928 第一次使用防喷器 1932 第一次应用充气泥浆钻井 1955 空气钻井开始被广泛应用 1960s 四川油田、新疆油田尝试了欠平衡钻井技术 1970s 第一次应用稳定泡沫钻井 1988 第一次应用欠平衡技术在Austin Chalk钻高压气井 1993 第一次应用连续管钻欠平衡井, 1995年开始用于欠平衡水平井 1997 第一次在海上应用欠平衡钻井 1980s 中石油欠平衡钻井技术开始深入研究与试验 1990s 中石油欠平衡钻井技术迅速发展
2、欠平衡钻井技术分类及特点
欠平衡钻井分类
根据 所使 用的 循环 介质， 将欠 平衡 井分 为：
液相欠平衡钻井 [Flow drilling]
充气泥浆钻井 [Nitrified Fluid drilling]
空气与天然气钻井 [Air and natural gas drilling]
雾化钻井 [Mist drilling] 泡沫钻井 [Foam drilling]
因此，欠平衡钻井作业总体具有以下优势
１. 提高机械钻速 ２ .降低钻井成本 ３ .保护油气层，提高油气产量 ４ .消除压差卡钻 ５ .降低后期改造作业费用 ６ .正确评价油气层提高勘探精度和勘探成功率
但！欠平衡钻井作业的局限性
１. 空气钻井钻遇储层存在井下燃爆风险 ２ . 连续欠平衡钻井对地层条件要求高 ３ .钻井作业井控风险相应增加 ４ .钻井成本相应增加
欠平衡钻井在美国的应用
美国专家调查预测，未来几年欠平衡钻井仍然有较高的潜力。陆上 使用欠平衡钻井的比例将达到37%，海上将达到12%。
2006年世界欠平衡钻井领域排行榜
(红字为2003年的结果) 威得福/Williams
（52%）
56%
贝克休斯/Inteq 哈里伯顿/Baroid
斯仑贝谢 麦克巴/Smith
工艺的选择－取决于储层压力系数
地层压力系数与钻井介质平衡关系
UBD 常用作业区
高压区；UBD钻井液为单相液体
液相欠平衡钻井技术
是指人为控制钻井液有效液柱压力低于产层地层压力，使产层 流体进入井筒，循环到地面，并可以得到有效控制的一种钻井工 艺技术。它是在防喷系统的作用下，使地层流体有控制地进入井 眼，通过旋转防喷器的导流，使含有地层流体的钻井液经过气液 分离器、撇油罐等地面设备处理后，重新泵入循环罐参与正常循 环的一种钻井工艺技术。
BP公司
21世纪里程碑石油技术
❖ 上世纪九十年代最受欢迎的钻井技术 ❖ 在世界范围内的应用增长迅速 ❖ 已成为开发一些压力衰竭油气藏的重要或唯一手段
欠平衡钻井的主要应用目的
60.00% 50.00%
51.97%
40.00%
30.00%
20.00%
10.00%
0.00%
减小油1层损害
28.35% 避免地2层漏失
500 psi Operating
13.39% 提高机3械钻速
6.30% 防止压4差卡钻
欠平衡钻井在勘探开发中的作用主要体现在
勘探上：提高低压、复杂岩性、水敏性、裂缝性等类储层 油气的发现和保护
开发上：通过有效地保护储层，提高单井产量，降低开发 综合成本
钻井工程上：提高了钻速，减少了井漏
用UBD 要有针对性
UBD推荐的地层及油藏
欠平衡钻井的压力区间
➢ 钻井液技术要求
正常循环状况下，应保持所希望欠平衡压差值 具有良好的井壁稳定及井眼净化能力 与地层流体及气体有良好的兼容性 具有良好的防护套管、钻具及井下工具等的性能 近平衡(起钻及完井)状况下，尽可能不伤害储层
➢ 液相欠平衡钻井主要系统构成
井口控制系统
旋转头、阻流管汇及 控制盘等
油气分离系统 四相分离器、储油罐等 井下工具系统
EMWD、单流阀及 套管阀
钻屑处理系统
➢ 实施液相欠平衡钻井所需的设备
旋转防喷器、 远程高压（70MPa）节流管汇、 液气分离器、撇油罐、燃烧管线 自动点火装置等。
Williams Rotating Control Heads
8000 / 9000
➢ 基本条件
泥浆液柱压力+循环压耗+欠压差值＜地层孔隙压力
➢ 目标
在钻井过程中,通过联合控制钻井液液柱压力与井口 回压值,实现: [地层孔隙压力]-[钻井液液柱压力+循环压耗+井口回 压值]∈ [欠压差值]
欠压差值根据地层的坍塌压力来决定，通常取值大于坍塌压力， 经验数值取200-300PSI(具体根据油藏特点确定)。