四川全过程欠平衡钻井技术及典型井例
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
增压机 雾泵 氮气进入立管
环流空气进入
Weatherford生产的制氮增压系统
组成：由空气压缩机、冷却、清洁系统、增 压器和控制系统组成 特点：一台柴油机驱动空压机和增压器 结构紧凑，放在9m×5m的撬座，运输方便
美国Weatherford 公司制氮及增压系统
•雾化装置
功用：在泡沫、雾化 钻井过程中注入液体， 并与气体混合形成雾 化液或泡沫 钢板 组成：由注液泵、雾 或钢 丝网 化器、管汇组成 注液泵：根据注液量 实际要求选择压力和 排量，目前用水泥车 作为注液泵 泡沫发生器：
(三) 钻井液与完井液
1、欠平衡钻井液完井液的分类: 1) 常规钻井液体系： 2) 气体类:空气、天然气、氮气、废气 3) 雾化液：空气、氮气、天然气雾化液 4) 泡沫体系：空气、氮气泡沫 5) 充气钻井液体系： 6) 无固相钻井液体系：淡水、盐水等 7) 含轻质固相添加剂的体系：
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。
旋转防喷器
动力站
（二）节流控制系统及分离系统
1、节流控制系统 功用：基本与常规钻井节流系统相同， 控制从井口返出流体的压力及流量大小， 从而控制井底欠压值。 系统组成：节流管汇、液压控制系统 2、分离系统
Psp
Pud
Pdp
Pbp
Par Pp
Pm Pbj
（2）调整钻井液密度控制欠压值 方法：调整井口回压控制立管压力值 立压与泥浆密度的关系： Psp1/Psp2=ρm1 / ρm2 1—初始值 2---调整后的值 （3）调整注气量和注液量控制欠压值 使用专门的软件模拟计算
一口长水平井欠平衡射孔与完井实例
关键 词 水平 井
射 孔完井
欠平衡
Байду номын сангаас
井底 隔离阀
◇ 在稀油边 缘使井 获得最大 Ｐ 值 ，从而 提高油 ｌ
１ 引 言
该油 田在 １ ７ ９ ９年 由阿曼 石油开发公 司 （ Ｄ Ｐ Ｏ）
井产量 ；
◇ 减 少盐水 和泥浆滤 液对 地层 伤害的影 响 ；
步是测试 对用 油基 泥浆 所 钻 的水平 井 的完 井 方案 ， 即用深 穿透射 孔弹在欠 平衡下进 行水泥衬 管射孔完
井 ，Ｗ 一８ 在 ２ ０ 年 ３月中旬开钻 ，经过 ４次产 井 ０６
射孔枪 时 ，ｗ 一６ 的采油指数约为 ０１ ／ （ ｋ ａ ， ． ｄ・ Ｐ ） 这对 于老的直 井来说是一 种非 常大的提 高 ，因为一
油井产量 。这种 方法很独特 ，它利 用一 台普 通 的钻机按 照欠 平衡 钻 井程序 来 完成 欠平衡
射孔 作业 。
的情 况下避免 了地层伤 害 。短枪 部分 也能伸人 到井
底 的小直径井 眼 中，这 对于垂 直井相对 更容易 ，但
在水 平井上运 用这些 技术却达 不到相 同的效果 ，在 没有 采取关井 的情况 下 ，对 ｗ 一８ 采取 了特殊 的 井 工 艺措施 来 收 回 ６ １ｍ 的 长枪 部 件 。本 文 主要 介 ７ 绍欠平衡钻 井 （ Ｄ ＵＢ ）装备 的使用 情况 。
Ｗ 一６ 的 １ ５倍 ，到 现 在 也没 有 出现 过 多 的气 、 井 ．
◇ 油藏不能 混合开采 ；
◇ 采 用 １． ｍ 油管 ； １４ｃ
◇ 气 举生产 （ 要依据 水侵 、ＧＯＲ、油 藏压 力状
况开井 和投产 ） 。
现代欠平衡钻井技术
收稿日期:2000—03—24作者简介:马宗金,高级工程师,1969年毕业于西南石油学院采油专业。
现任四川石油管理局钻采工艺技术研究院院长、四川油气井灭火公司经理。
毕业至今一直从事石油钻井工程技术和技术管理工作。
曾多次荣获部、局级科技进步奖,在国内外刊物发表了多篇论文,其中1993年发表的“大斜率定向井下套管技术”被美国“图拉萨”大学《石油理论》刊物转载,“中国油气井井喷失控抢险灭火技术及现状”1997年在新加坡召开的国际石油钻井承包商协会的亚太地区井控会上宣读。
钻井工艺现代欠平衡钻井技术马宗金 肖润德(四川石油管理局钻采工艺技术研究院,四川广汉618300)摘 要 欠平衡钻井是国际上90年代初再次兴起的提高勘探开发效益的钻井新技术。
我国在总结以往经验教训的基础上,近几年来在油、气田勘探开发方面已有一些单位进行了技术研究和现场试验,并取得了显著的效益。
文中介绍了欠平衡钻井的基本概念、条件、优点;实现欠平衡钻井的主要方法、关键技术;欠平衡钻井主要装备及其作用;国内外欠平衡钻井现状和技术水平;并对四川油气田发展欠平衡钻井技术提出了几点建议。
关键词 现代 欠平衡钻井 技术 设备 现状中图分类号:TE249 文献标识码:A 文章编号:1006—768X (2000)03—001—04R ecent underbalanced drilling technologyMA Z ong -Jin ,XIAO Run -De(D rilli ng &Production Technology Research Instit ute ,S PA ,Guanghan 618300,Chi na )Abstract :Underbalanced drilling is a new drilling technology to increase exploration and develop 2ment benefit.On the basis of summarizing past drilling experience in China ,in recent years ,some tech 2nical research and field testing are done in oil/gas field exploration and development respect ,and out 2standing economic benefit is obtained.The paper presents basic concept ,condition and advantage of un 2derbalanced drilling ;methods and key techniques of realizing underbalanced drilling ;discusses main e 2quipment of underbalanced drilling and its action.Meanwhile ,status quo and state -of -art of under 2balanced drilling are also introduced abroad.Some suggestions are proposed on developing underbal 2anced drilling technology in Sichuan oil/gas field.K ey w ords :recent ,underbalanced drilling ,technique ,equipment ,status quo 欠平衡钻井技术是在勘探开发难度日益增加,国际石油市场激烈竞争的条件下应运而生的,是90年代初国际上再次兴起的钻井新技术。
四川全过程欠平衡钻井技术与典型井例
汇报内容
一、四川欠平衡钻井公司简介 二、高效勘探开发需要 二、四川欠平衡钻井技术发展 三、典型井例 四、下一步攻关建议
四川欠平衡钻井公司是集科研、服务于一体的专
（ 业化技术服务公司，主要致力于欠平衡钻井工艺技术 一 研究及配套装备的研制，并为国内外油气田提供从论
技 术
近几年四川欠平衡钻井技术发展阶段： 起步阶段（1999～2001年） 发展阶段（2001年～2002年）
应用与深化拓展阶段（2003年～至今）
1999年～2001年
◆ 跟踪国外技术 ◆ 总结前人经验 ◆ 结合碎屑岩储层特征
发展阶段
◆ 开展装备和工艺研究 ◆ 14井次现场试验
◆ 理论缺少系统研究 ◆ 现 场 实 践 少
） 证、设计到现场服务及设备加工、租赁等服务。
简
公司于2000年在中国油气井灭火公司基础上组建，
介 在井控、抢险、气层欠平衡钻井和处理井下复杂方面
具有独特优势，具有一批经验丰富的从事科研和欠平
衡钻井现场技术服务的专业技术人员和操作人员。
中国石油
（ 二 ） 公 司 规 模
中国石油
公司现有员工100多人，旋转控制头等欠平衡 钻井关键装备16套，产层欠平衡钻井作业队伍10支； 不压井起下钻装置3套，不压井作业队伍3支。拥有 1200m3/min的空气钻井设备、210m3/min氮气钻井 设备，气体钻井作业队伍5支。是国内规模最大的 欠平衡专业化公司之一。
欠平衡 钻水平井
不压井完井
欠平衡取心
欠平衡 钻井的核 心技术
不压井起下钻
不压井测井
不压井起下钻技术
强井 行下 起套 下管 钻阀 装 置
据欠平衡钻井工艺技术特点，设计了带压测井 的井口电缆防喷装置，研发了相应的测井、射孔工 艺技术，攻克了欠平衡条件下的负压射孔技术难题， 形成了全通径射孔工艺技术、模块式射孔枪锚定射 孔工艺技术和井口带压电缆输送射孔工艺技术三项 欠平衡配套的射孔工艺技术。
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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2003年以来
应用与深化拓展阶段
◆ 全过程欠平衡钻井规模应用 ◆ 全过程欠平衡钻井工艺进一步完善 ◆ 欠平衡完井取得突破 ◆ 发展了气体欠平衡钻井技术 ◆ 发展了欠平衡水平井技术 ◆ 运用压力控制钻井处理工程复杂
欠平衡钻井核心技术
欠平衡钻井
碎屑岩储层勘探开发存在的问题
✓浅层至中深井段的井漏严重：
处理井漏或因井漏带来的复杂时间占钻井总时间的8～ 10%，甚至个别井因井漏复杂导致报废;
✓大量坚硬地层：
钻井速度极低，严重制约了勘探开发进程。
易损害且难逆转
发 展
欠
井漏、漏喷同存、压差
平
卡钻等工程难题
衡 钻
井
井漏机、械卡钻钻速极等工低程难题难题
四川全过程欠平衡钻井 技术与典型井例
汇报内容
一、四川欠平衡钻井公司简介 二、高效勘探开发需要 二、四川欠平衡钻井技术发展 三、典型井例 四、下一步攻关建议
四川欠平衡钻井公司是集科研、服务于一体的专
（ 业化技术服务公司，主要致力于欠平衡钻井工艺技术 一 研究及配套装备的研制，并为国内外油气田提供从论
技 术
近几年四川欠平衡钻井技术发展阶段： 起步阶段（1999～2001年） 发展阶段（2001年～2002年）
应用与深化拓展阶段（2003年～至今）
1999年～2001年
◆ 跟踪国外技术 ◆ 总结前人经验 ◆ 结合碎屑岩储层特征
发展阶段
◆ 开展装备和工艺研究 ◆ 14井次现场试验
◆ 理论缺少系统研究 ◆ 现 场 实 践 少
柴油机尾气钻井3井次，
空气钻井60井次（干
井 60 次
50
气44井次、充气4井次， 40 30
空气泡沫12井次）。
20
10
3
0 尾气
53
31
10
11
1
2002 2003 2004 2005 2006 年
60
31 15
天然气
氮气
空气、泡沫
四川欠平衡钻井取得了良好的技术经济指标
国内第一口全过程欠平衡钻井完井： 2002年7月，邛西3井 国内第一口全过程天然气钻井： 2003年2月，井浅2井 国内第一口气体钻水平井： 2004年6月，白浅111H井 第一口带压下尾管、电缆传输射孔完井：2004年5月，邛西6井 国内天然气钻井井深最深（3760.71m）；国内气体钻井天然气产量最 高(60×104m3/d) ：2004年7月，平落19井 国内第一口氮气钻井：2005年4月，七北101井 国内气体钻井井深最深井： 2006年7月，中石化西南局大邑1井氮气钻井，4775.56m 2006年8月，塔里木油田满东2井，6200m
欠平衡 钻水平井
不压井完井
欠平衡取心
欠平衡 钻井的核 心技术
不压井起下钻
不压井测井
不压井起下钻技术
强井 行下 起套 下管 钻阀 装 置
据欠平衡钻井工艺技术特点，设计了带压测井 的井口电缆防喷装置，研发了相应的测井、射孔工 艺技术，攻克了欠平衡条件下的负压射孔技术难题， 形成了全通径射孔工艺技术、模块式射孔枪锚定射 孔工艺技术和井口带压电缆输送射孔工艺技术三项 欠平衡配套的射孔工艺技术。
2005年
2006年
16 14 12 10
8 6 4 2
0 0
1999年
15 11
0 2000年
0 2001年
2 2002年
2003年
2004年
13 7
2005年 2006年
截至2006年底共
井 60 次
50
40
进行气体钻井109井次， 30
其中天然气钻井15井
20
10
2
1
次、氮气钻井31井次，
0 1998 2000
➢储层非均质性强，物性纵横向上差异大 ➢储层有效性取决裂缝发育程度，属裂缝—孔隙型 储层 ➢储层含水饱和度普遍较高
大于50%，平均60%～70%
碎屑岩储层勘探开发存在的问题
➢在钻井、试油过程中易受损害且难以逆转
✓储层的泥质含量高，一般为4~7% ✓主要伤害是水敏和固相伤害
➢使用常规开采技术不能有效经济开发
1999年至 2006年，四川共 开展218井次欠平 衡钻井，全过程 欠平衡钻井48井 次，获工业性油 气流41口井，累 计获测试产气 435×104 m3/d、 产油143t/d。
80
75
70
605550403333
30
20
10
3
0 1999年
5
2000年
6
2001年
8
2002年
2003年
2004年
◆ 装备可靠性、安全性和适应能力较差
以及时发现为目的，取得一些成功经验，无
◆
重大突破
2001年～2002年
发展阶段
系统的部署 和实践
◆深 化 理 论 研 究 ◆加 强 装 备 研 制 ◆ 开展工艺技术攻关
◆ 理论上取得系统研究成果 ◆ 装备自主研制取得重大进展 ◆ 观念彻底改变：全过程欠平衡钻井技术—
先后在四川、吐哈、塔里木 、冀东、中石化西南 局、华北局、中海油渤海油田、缅甸、哈萨克斯坦、 伊朗等国内外多个油气田进行了技术服务。
自主研发了旋转控制头、不压井起 下钻装置为代表的欠平衡钻井系列 配套装备，拥有六项国家专利；
具备国内独具特色的全过程欠平衡 钻井作业（30多井次）；
目的层欠平衡施工（220多井次） 国内最多，气体钻井施工（100多 井次）国内最多，占全国欠平衡钻 井累计总数的60％以上。
） 证、设计到现场服务及设备加工、租赁等服务。
简
公司于2000年在中国油气井灭火公司基础上组建，
介 在井控、抢险、气层欠平衡钻井和处理井下复杂方面
具有独特优势，具有一批经验丰富的从事科研和欠平
衡钻井现场技术服务的专业技术人员和操作人员。
中国石油
（ 二 ） 公 司 规 模
中国石油
公司现有员工100多人，旋转控制头等欠平衡 钻井关键装备16套，产层欠平衡钻井作业队伍10支； 不压井起下钻装置3套，不压井作业队伍3支。拥有 1200m3/min的空气钻井设备、210m3/min氮气钻井 设备，气体钻井作业队伍5支。是国内规模最大的 欠平衡专业化公司之一。
碎屑岩储层特点
川渝地区中上部地层碎屑岩分布面积约9万平方千米，仅 上三叠统天然气总资源量达9065亿立方米，占盆地天然气总 资源量的16.96%，主要聚集在盆地中西部（占90.39% ）， 而已探明不到5%，碎屑岩的勘探开发潜力大。
碎屑岩储层特性
➢低孔、低渗致密砂岩储层
平均孔隙度：1.2%～13.5% 平均渗透率 0.01～0.45md