氮气欠平衡安全钻井技术探讨
氮气欠平衡安全钻井技术探讨
氮气欠平衡安全钻井技术探讨摘要：充氮气欠平衡压力钻井是在钻井过程中，向钻井液中充入氮气，使钻井液液柱压力低于产层地层压力，通过地面设备有效控制，将流入井眼内的产层流体循环到地面，并进行有效分离。
该技术适用于钻进地层压力系数0.80一1.05的地层，在低压、低渗透、低压易漏、裂缝油气藏以及过度开采衰竭油藏的开发中具有其它钻井技术不可比拟的优越性。
关键词：氮气；欠平衡安钻井；技术探讨一、氮气欠平衡钻井井控技术1井口装置设计氮气钻井过程中井口不会承受太高的压力，但根据模拟计算，井口的氮气流量大，一般大于100m3／min。
根据油藏深浅，选择合适的闸板防喷器和旋转防喷器，还考虑在钻井整个过程中有高性能旋转防喷器承受一定压力，建立环空与钻台问的屏障，将井筒返出流体导离钻台的设备。
另外，为了完成不压井起下钻、下油管、安装采油树等工序，还需要井13装置中安装油管头，安装次序需要做较严格的要求。
2井口装置选择（1）旋转防喷器选择。
旋转防喷器主动密封和被动密封有两种形式。
虽然进行氮气钻井时，井口始终处于长开状态，旋转防喷器承受的压力不会太高，但由于氮气钻井是在储层中钻进，为及时处理突发事件，应选择密封压力级别大于10.5MPa／21MPa的旋转防喷器。
此外，由于被动密封的旋转防喷器主要靠胶芯弹性自由收缩密封和井压助封，在用于气体钻井中存在一个较大的缺陷，即当钻杆接头通过旋转防喷器胶芯时，胶芯倍瞬间撑大，接头通过胶芯后，胶芯需要一定时间才能恢复原形起密封作用，此时，将会有一股气流顺着钻杆冲向钻台，存在较大的风险隐患。
主动密封的旋转防喷器主要是通过液压油给胶芯施加压力使胶芯抱紧钻具，施加的压力可以自由调节，当需要过钻具接头时，可将施加的压力上调，使胶芯再钻具接头过后迅速恢复密封状态。
因此，推荐选用主动密封的旋转防喷器而不推荐使用被动密封的旋转防喷器。
（2）常规封井器选择。
常规封井器的选择应根据《石油天然气钻井井控安全技术标准》，进行选择闸板防喷器和环形防喷器组合。
欠平衡钻井技术原理及工艺探讨
欠平衡钻井技术原理及工艺探讨【摘要】欠平衡钻井的是指在钻井过程中钻井液循环体系的井底压力低于地层孔隙压力，使产层流体有控制的计入井筒并将其循环到地面的钻井技术。
本文主要是从欠平衡钻井的原理出发，讨论工艺参数的设定以及钻井液的选择依据。
【关键词】欠平衡钻井工艺欠平衡钻井液利用可靠的装备在万千能控制的情况下，合理的确定钻井液液柱压力与地层孔隙压力的负压差值，引导地层流体进入井筒，形成溢流或井喷，在溢流或者井喷状态下钻进时，控制进口钻井钻井液保持稳定，将出口的钻井液与地层流体的混合物通过地面管汇引到距井口较远的体外除气加重装置里，除去95%以上的气体，需要时可加重到所需要的钻井液密度，然后返回到钻井液循环罐中。
1 欠平衡压力钻井工艺技术原理1.1 储层伤害较小的基本原理根据力的平衡原理，当地层孔隙压力大于井筒液柱压力（动态、静态）压力时，地层孔隙流体就会侵入井筒，引起溢流和井喷，而井筒钻井液滤液及固相就不能入侵地层，外界的液体和固相不能对地层产生伤害，即基本保持储层性质的原始面貌，这就是储层伤害较小的基本机理。
1.2 负压差值的选择负压差值的确定对欠平衡压力钻井技术能否成功地实施起着重要的作用。
欠平衡压力钻井和其他技术一样，工艺技术是核心。
而欠平衡钻井工艺的核心就是井底压力的研究和控制，其中井底负压值的大小直接影响到地层流体进入井筒内量的多少，关系到能否安全快速钻进。
井底负压值的控制是欠平衡钻井成功的关键。
负压值太大，有可能超过井控装备的承压能力，造成井喷失控事故，对稳定井壁也不利。
另外速敏的影响也会对储集层产生新的伤害，负压值太小，有可能起不到对储集层伤害小的作用。
1.3 该套工艺适用的地层岩性：1.3.1？筛选基础数据（1）储层参数确定底层渗透率、孔隙度和孔隙尺寸分布资料。
（2）通过对岩心的分析确定地层内是否有敏感矿物质，如果有敏感矿物存在，则应正确的评价这些矿物和钻井液滤液还有钻井液间的化学反应情况。
浅谈欠平衡钻井工艺技术现状以及应用前景分析
浅谈欠平衡钻井工艺技术现状以及应用前景分析发布时间：2021-04-15T15:35:44.980Z 来源：《工程管理前沿》2021年第2期作者：常东山[导读] 欠平衡钻并是国际上90年代初再次兴起的提高勘探开发效益的钻井新技术。
常东山中石化中原石油工程公司西南钻井分公司，四川成都，610051摘要欠平衡钻并是国际上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。
文中介绍欠平衡钻并的基本概念、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关键词：欠平衡钻井钻井液工艺技术设备欠平衡钻井的基本概念有多种表述，无论哪种表述都应包含以下两个主要内容：第一，井筒藏柱压力一定要小于所钻储层的孔隙压力；第二，地层流体一定要有控制地流人井筒。
因此，地层流体在储层压力下向井筒连续流动所进行的有控制的钻井，叫做欠平衡钻井。
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。
应用该技术解决了许多困难和复杂的勘探开发问题，提高了产量、降低了成本．正在成为继水平井技术之后的第二个钻井技术发展热点。
1欠平衡钻井的优点在常规过平衡或近平衡钻井中，钻井液除具携带岩屑、稳定井壁、冷却钻头等作用以外，更为重要的是平衡地层压力，防止地层流体进入井筒。
而欠平衡钻井则有意识地改变井底循环压力，使其低于产层压力，当继续钻进时，这个欠平衡压力使产层流体流入井筒，从而避免了流体潺失和降低地层伤害1.1减少地层伤害欠平衡钻井过程中，驱使钻井液中的固相和液相进入产层的正压差消除了．因此，减少了固相与液相侵入产层近井地带造成的地层伤害。
尤其在钻水平井井段时，产层长时间被浸泡在钻井液中．欠平衡钻井更能较好地保护产层。
如果钻遇储层能量较低的衰竭油气藏时，井筒周围一旦发生伤害．这些伤害是不易消除的，而欠平衡钻井技术则是非常好的保护技术。
氮气欠平衡井钻井技术
氮气欠平衡井钻井技术作者：舒康来源：《中国新技术新产品》2015年第24期摘要：所谓的氮气欠平衡井（英文简称USD）技术就是指一种被使用于与低压低渗透、裂缝油气藏、衰竭、边际油气藏的钻井技术，此外，该项技术也被使用于曾经出现过钻井液漏失压差卡钻需要进行钻穿的情况较为复杂的地层。
该项技术具有保护油气层、提高油田产量、减少钻井事故及井下复杂情形的优势，因而氮气欠平衡井技术被广泛的使用，本文就以此为中心对欠平衡井的钻井技术进行相关研究，旨在提高氮气欠平衡井的钻进技术水平，提高我国的油气产量。
关键词：氮气欠平衡井；钻井技术；发展过程中图分类号：TE24 文献标识码：A欠平衡井主要是针对于情况复杂的中后期老油田的石油开采而研发的一项钻井技术，被认为是现代钻井技术研究的重点及发展方向之一。
关于氮气欠平衡井的定义有多种，但是其相同点为都反映了井筒内压力及其与地层空隙之间的关系。
在我国，油田专家们普遍认为，钻井过程中，当钻井液柱的压力小于地层的压力时，可以使产层的液体进入到井筒，并将其有效地循环至地面的钻井技术就是欠平衡钻井。
因而，根据具体的施工工艺，欠平衡井可以被分为液体欠平衡钻井、气体欠平衡钻井、雾化欠平衡钻井、泡沫欠平衡钻进以及充气欠平衡钻井技术等多种。
本文中，笔者主要以氮气欠平衡井钻井技术为中心进行研究。
1 国内外氮气欠平衡钻井的发展过程早在19世纪欠平衡井技术就已经出现，但是由于当时的技术及经费等方面的限制，该项钻井技术没有得到充分的发展及关注。
直至20世纪90年代的时候，由于油气勘探技术的不断发展以及社会发展对于油气资源的大量需求，推动油气资源的开发朝着全新的方向发展。
由于欠平衡井技术可以提高油气资源的产量进而顺应时代的发展要求，被全球范围内的油气勘探公司所关注，使其成为在水平钻井技术之后的另一个油气开采技术的发展方向。
世界范围的广泛关注推动着欠平衡井各项设备及技术的开发及研究热潮，使其被广泛的使用于油气勘探中。
欠平衡钻井技术综述
欠平衡钻井技术综述打破“平衡” 保障“平衡”“钻头不到，油气不冒”的论断似乎无可辩驳。
钻头到了，油气就会冒出来？事实给出的答案是“不一定”：如果地下有油气，而进入井筒的通道在施工过程中被堵住，油气就无法冒出来。
跻身钻井技术“家族”的新宠——欠平衡钻井，通过井筒环空中循环介质的井底压力、地层孔隙压力本应保持的平衡被人为打破，避免油气进入井筒的通道堵塞，使“只要地下有油气，就能冒出来”的愿望成为现实。
中国石油近年来应用这一新技术，取得了较多重要新发现，提高了钻井速度，从而保障了储量增长与产量提高的平衡，促进了油气供求的平衡。
欠平衡钻井技术的魅力，令中国石油进一步推广应用的号角更加嘹亮：今年“新钻探井中应用欠平衡钻井技术的比例力争达到20%”。
6月29日至30日，中国石油在成都召开“欠平衡钻井工作推进会议”，再次擂响推广应用的战鼓邛西气田可谓中国石油探索欠平衡钻井技术征途中的灿烂鲜花。
千古韵事“文君当垆、相如涤器”的发生地——四川邛崃市，天然气勘探“三起三落”。
1992年、1994年各钻1口探井，见到良好油气显示，但没获产能。
成为中国石油对外合作勘探区块后，外商投资数百万美元实施“加砂压裂储层改造”作业，也无功而返。
四川油气田钻探邛西3井时，率先在国内试验全过程欠平衡钻井新技术钻进储层，喜获成功，测试日产气量达45.6万立方米，从而发现邛西气田，并证明“川西前陆盆地大型含气区”有较好的勘探开发前景。
认识欠平衡钻井技术不难。
通常的钻井作业应用的是平衡钻井技术，即井筒环空中循环介质的井底压力与地层孔隙压力保持基本平衡。
而欠平衡钻井技术却是人为地使前者低于后者，“允许地层流体有控制地进入井筒，并将其循环到地面进行有效处理”。
实现欠平衡钻井不易。
中国石油在探索、推广欠平衡钻井技术的过程中，既实施液相、气相等欠平衡钻井和全过程欠平衡钻井，也尝试用欠平衡钻井技术钻水平井，其中气相欠平衡钻井包括应用空气、氮气、天然气、柴油机尾气进行钻井作业。
梨1井充(氮)气欠平衡钻井技术应用 (1)
梨1井充（氮）气欠平衡钻井技术应用吉林项目40476钻井队任杭洲、尚海超、宗福升一、施工概况本井为松辽盆地梨树断陷西部前姚家古潜山圈闭上的一口预探井，设计井深2700米，预测地层压力系数为 1.02，属于常压地层。
主要目的层为基底，兼探泉一段的含油气性。
本井三开使用充气欠平衡钻井技术，采用低密度聚合醇防塌充（氮）气钻井液进行充气欠平衡钻井。
本井由40476钻井队承钻，由胜利钻井院承担充气欠平衡钻井施工，负责提供充氮气钻井专用设备，提供充气欠平衡钻井工艺技术支撑，欠平衡外围设备由钻井队负责管理。
充氮气欠平衡钻进井段：1766米-2430米，进尺664m，纯钻进时间为269.1h，平均机械钻速2.47m/h，与常规钻井液机械钻速相比，机械钻速提高2倍多。
井身结构：图1 梨1井井身结构图二、欠平衡设备上井设备包括：空压机2台，膜制氮机1台，增压机1台，旋转控制头1套，液器分离器1套，排气管线1套80米，火炬（含自动点火装置）1套，地面供气管汇1套，设备满足30m3/min氮气的供气能力。
三、三开井口装置和充气欠平衡钻井循环流程图套管头＋四通＋2FZ35-35双闸板（全封+ 127mm半封）＋FH35-35环形防喷器＋SLXFD35-35旋转控制头。
N2增压机膜制氮空压机空压机充气欠平衡钻井循环流程图4四、充气欠平衡钻井1、充气钻进本井一开始即开通节流管汇两路流程（中路和节流阀通路），充气钻井液循环均匀后开始欠平衡钻进。
第一趟钻基液密度1.02g/cm3，充氮气30Nm3/min进行循环流程试运转，但由于泥浆罐内泥浆溢出，重新注气后稍微降低了注入氮气量，充氮气24Nm3/min试钻进作业。
期间未见地层流体返出、气测全烃显示很低。
之后基液密度一直控制在1.02～1.06g/cm3之间，注液量30L/s，充氮气24～25Nm3/min钻进，。
虽然欠平衡压差满足了欠平衡钻井的要求，但没有油气显示，钻进过程中未见地层流体返出。
浅析欠平衡钻井技术原理及工艺
环空 流体 的紊流状 态 。 １ ． ２ 在 大多数 欠平衡 钻井作业 中，一般使 用表面 活性 剂来抑 制稳 定 乳状 液 的形 成 。对 油基钻井 液体 系 ，如 果表 面活 性剂 搭配 不当 ， 可 能
小 直接 影响到 地层 流体 进 入井 筒 内量 的多 少 ，关系到 能 否 安全快 速 钻 进 。井底 负压 值 的控制 是欠 平 衡钻 井成 功 的关键 。负压 值太 大 ，有 可 能超过 井控 装备 的承压 能力 ，造成井 喷失 控事故 ，对稳 定井 壁也不 利 。 另外 速敏 的影 响也会 对 储集 层产 生新 的伤 害 ，负压值 太 小 ，有 可 能起 不到对 储集层 伤 害小 的作 用 。
２ ． 常 规钻井 中静 止时井 内压 力情况 Ｐ ｍ＝ （ １ ． ５ ～５ ＭＰ ａ ） ＋ Ｐ ｐ （ ２ — ２ ） 由式（ ２ — ２ ） 可看 出 ，钻井液 静液 柱压 力要 比地层 压 力大 １ ． ５ — ５ ＭＰ ａ ， 有 时考虑 为维 持井 壁 的稳 定 ，钻井 液 的密 度会 更大 ，这 就可 能 造成 钻 井 液对产 层的 损害 。 ３ ． 欠 平衡钻 井 中钻 进时 井 内压 力情况
欠平衡钻井技术研究毕业论文
毕业设计（论文）题目：欠平衡钻井技术研究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。
近几年我国来在油、气田勘探开发方面已进行了大量技术研究和现场试验，并取得了显著的成果。
欠平衡钻井的相关理论和技术研究已经成为钻井工作者的一个研究热点。
本文介绍了欠平衡钻井技术国外的发展状况，实施欠平衡钻井的优缺点。
分析和总结了欠平衡钻井相关理论研究成果，为技术的应用提供理论依据。
关键技术从三个方面入手：在考虑了影响负压值各方面的因素后，提出了合理的设计程序；通过计算出的钻井液密度选择适应于实际条件的最优钻井液类型；分析了井底压力波动和气侵后的环空压力变化，给出了一些井底压力控制措施。
最后介绍了欠平衡钻井的信息采集处理系统，通过全过程的监测和指导保证欠平衡钻井的安全进行关键词：欠平衡；钻井液；信息采AbstractUnderbalanced drilling is the international at the beginning of the 90's the rise once again improve the benefit of exploration and development of new drilling technology. In recent years, our country in the exploration and development of oil and gas field, has done a lot of research and field test, and achieved remarkable results. Related theory and technology research of underbalanced drilling has become a research hotspot in drilling workers.This paper introduces the development status of balanced drilling technology at home and abroad, the advantages and disadvantages of underbalanced drilling. Analyzes and summarizes the relevant research results of underbalanced drilling, and provide a theoretical basis for the application of technology. The key technology from three aspects: in consideration of various factors influencing the value of negative pressure, the reasonable design program; the drilling fluid density calculated to select the optimal drilling fluid types suitable for actual conditions; analyzed the change of the annulus pressure bottomhole pressure fluctuation and after intruding, gives some bottom hole pressure control measures. Finally introduced the underbalanced drilling information acquisition and processing system, through monitoring and guiding the whole process to ensure the safety of underbalanced drillingKeywords: underbalanced drilling fluid; information collection;目录摘要IAbstract ............................................. 错误!未定义书签。
欠平衡水平井技术探讨
欠平衡水平井技术探讨摘要：水平井钻井工艺和欠平衡钻井技术两种钻井技术在提高采收率、节约钻井成本和保护油气藏等方面各自具有显著的优势，这两项技术结合，为石油钻井行业在寻求降低勘探开发成本、提高经济效益上提供了一种有效途径。
墨西哥EPC区块全部采用欠平衡水平井钻井技术，通过对欠平衡水平井技术的介绍，为今后两项技术在国内适合区块的广泛应用提供借鉴。
关键词：欠平衡水平井压力控制轨迹控制一、水平井欠平衡钻井技术发展的优势1.有利于保护和发现油气层、提高单井产量欠平衡技术钻水平井的主要优势是减小或降低地层损害，获得更大的单井产能。
在常规钻井或过平衡钻井中，由于损害地层的钻井滤液和固相颗粒在水平井地层中存在时间比直井长，因此地层损害对水平井的影响比直井大。
如能避免钻井完井液滤失渗入地层，就可避免严重的地层伤害，因此在特定地层采用欠平衡与水平井技术进行钻井和完井可防止由于流体侵入而产生的地层损伤。
2.提高机械钻速，延长钻头寿命，降低钻井成本欠平衡钻井可提高大部分井（也包括水平井）的机械钻速，缩短建井周期。
相关资料证明，在渗透性岩层钻进时，当井底液柱压力从平衡变为欠平衡状态时，机械钻速最大可以提高三倍以上。
在非渗透性岩层和渗透性较低岩层钻进时，机械钻速依赖于绝对井底压力。
因此流体密度越低，机械钻速越高。
在这种岩层中钻进，采用欠平衡钻井所获机械钻速要高于采用常规钻井的机械钻速。
二、实现水平井欠平衡钻井所要讨论的几个问题1.井眼清洁问题井眼清洁在所有水平井钻井作业中都是一个重点问题。
在水平井眼用多相钻井液有效清洁井眼所需的速度和密度也仍值得进一步研究。
在欠平衡水平井钻井时，油藏流体进入到钻井液体系中，提供有意义的液体动能，使环空流量增加，返速上升，有助于提高环空携岩能力。
比较起来，气流可能提供足够速度但缺乏足够的液相，有可能影响有效地井眼清洁。
2.合理压差的确定实施欠平衡水平井钻井不但要有良好的井控装备，而且欠平衡压差大小的合理的确定也十分关键，它直接影响欠平衡水平井钻井的成败。
氮气钻井技术简介
氮气钻井技术简介汤平汉氮气钻井是气体钻井的一种方式，属于欠平衡钻井的范畴。
气体钻井技术作为中国石油集团公司近几年的重大现场试验项目，己显现出了较好成效，具有良好的推广应用前景和巨大市场。
一、慨念氮气钻井就是将高压氮气作为钻井介质，注入钻具内,氮气在流经钻头时冷却钻头，携带钻屑,再通过井口及排砂管线排出,以实现钻井任务，达到发现油气层的目的。
二、氮气钻井技术工艺流程现常用的氮气钻井技术，是以空气为工作对象，用空压机对空气先进行初级加压；然后输到制氮机，制氮机生产出氮气；氮气输到增压机，增压机对氮气进行增压；通过管线将高压氮气经立管三通注入钻具,氮气通过钻头时对钻头进行冷却,同时完成携带岩屑的任务,再通过井口,氮气和钻屑进入排砂管线,排砂管线上安装一个岩屑取样器便于取砂样,最后到岩屑池。
三、氮气钻井技术设备在常规钻井配备装置的基础上，氮气钻井作业还需配备供气设备，主要有空压机、膜制氮机、增压机和旋转头等, 供气设备的供气量必须满足氮气钻井设计要求。
（1）空压机－先对空气进行初级加压，生产出压缩空气；（2）膜制氮机－从压缩空气中分离出氮气；（3）增压机－对氮气进行增压；（4）旋转头－密封方钻杆与环空通道；（5）排砂管线－排出气体及携带的钻屑；此外，根据不同的要求，还可选用气体钻头、空气螺杆钻具、空气锤、不压井起下钻装置及管阀件。
满东2井氮气钻井配备的专用设备主要有：2套撬装式制氮机，每套制氮机的制氮量45m³/min、额定输出压力15MPa，包抬3台空压机、1台膜制氮机、1台增压机；2台制氮车，每台制氮车制氮量15m³/min、额定输出压力35MPa；Williams7100旋转控制头1套。
四、氮气钻井技术地质条件在钻井工程上，只要所钻井筒单位时间内产出的液体少于一定数量，注入的氮气能够冷却钻头，携带出钻屑,不影响正常钻进条件下，都可以采用氮气钻进。
经计算，在满东2井5 7/8″的井眼，当液相产出量不超过2.0m³/h时，可以采用氮气钻进，否则，需转换成常规钻井液钻进。