充气欠平衡钻井钻井的分类及优缺点
欠平衡钻井技术介绍
汇报提纲
一、欠平衡钻井技术介绍 二、欠平衡技术解决的问题 三、欠平衡钻井技术服务能力 四、服务案例
一、欠平衡钻井技术介绍
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。
常规钻井
欠平衡钻井
不同尺寸井眼气体钻井气量选配表（cont’d）
井眼尺寸 152.4
介质 空气 氮气
雾化
井段 m
<1000 1000-2000 2000-3000 3000-4000 4000-5000 5000-6000
<1000 1000-2000 2000-3000 3000-4000 4000-5000 5000-6000
<1000 1000-2000 2000-3000 3000-4000
推荐排量 m3/min 110-130 130-150 150-180 180-260 80-110 90-140 120-170 150-210 110-160 150-200 190-250 240-300
不同尺寸井眼气体钻井气量选配表（cont’d）
三、欠平衡钻井技术服务能力
E28.8-16HT 雾化泵（1套）
• CAT C7柴油发动机 • 液体排量：70～480L/min • 额定工作压力：≥15MPa
三、欠平衡钻井技术服务能力
Hubs 软件（1 套）
Signa Engineering Inc.
•Q Design排量优化设计模块 •Mud Cap泥浆盖压力控制钻井设 计模块 •P Macth现场压力拟合模块 •Formation Influx地层流入模块 •Phase Change相态模块 •Sphericity球度模块
《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。
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术（Underbalanced drilling，简称UBD）是一种在井口维持地层压力低于井口压力的钻井方法。
该方法主要是通过减小钻井液密度或增加气体（氮气、天然气或压缩空气）注入到井内，以降低井底压力，使钻井过程中地层压井的现象得到控制。
欠平衡钻井技术的主要优势在于可以减少地层崩塌、井击、井喷等危险情况的发生，并且可以提高钻井速度和孔隙渗透率，从而减少钻井成本。
与常规钻井技术相比，欠平衡钻井技术可以更好地保持储层中的原始压力和流体性质，从而更好地评估储层的产能。
欠平衡钻井技术的应用范围广泛，适用于不同类型的油气井，包括深水井、高温高压井、气井、油藏难以气窜的井等。
在深水井中，欠平衡钻井技术可以减少水合物的形成并提高钻井速度。
在高温高压井中，欠平衡钻井技术可以减少井口附近的孔隙压力差，降低井喷和井击的风险。
欠平衡钻井技术的关键是控制井底压力和钻井液流量。
为了确保井底压力低于井口压力，需要通过控制钻头旋转速度、注入气体的流量和钻井液的密度来实现。
通常会使用特殊的测量设备和控制系统来监测井底压力和流量，以确保钻井过程的安全和有效。
但是欠平衡钻井技术也存在一些挑战和风险。
一方面，由于井底压力低于井口压力，有可能导致井喷和井击的发生。
由于钻井液密度较低，可能会导致钻井液中的固体颗粒无法有效地将井底产能传递到井口。
在实施欠平衡钻井技术时，需要对目标油气井的地层进行详细的分析和评估，选择合适的钻井液和气体注入方案，并严格控制钻井液和气体的流量和压力，以确保钻井过程的安全和顺利。
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
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底压力小于地层压力的情况下进行钻井的技术。
相比于常规平衡钻井技术，欠平衡钻井技术能够降低钻井过程中的井漏风险，并提高钻井效率。
欠平衡钻井技术的主要原理是利用人工创造的压差，使井底压力低于地层压力。
这种压差可以通过以下几种方法来实现：
1. 人工气体注入：在井底通过注入气体，如氮气或天然气，在井中形成气垫，降低井底压力，以实现欠平衡状态。
2. 全液体钻井：用轻质液体，如泡沫、泡沫水或汽液混合物，替代常规的钻井液来钻井。
这种液体的密度较低，能够降低井底压力。
3. 降低泥浆密度：通过减少钻井液中浆体材料的比重，使泥浆的密度降低，从而实现欠平衡。
欠平衡钻井技术的优势主要表现在以下几个方面：
1. 降低井漏风险：由于井底压力较低，井壁与地层之间的压差减小了，从而降低了地层的损害和井漏的风险。
2. 提高钻井效率：由于井底压力较低，钻进速度可以提高。
而且，欠平衡钻井中通常使用轻质液体进行钻井，减少了下钻时间和井深对泥浆密度所需的调整，进一步提高了钻井效率。
3. 可用于水平井和高井深：常规平衡钻井技术在水平井和高井深情况下的施工难度较大。
而欠平衡钻井技术由于井底压力较低，可以有效降低水平井和高井深情况下的井漏风险，减轻施工难度。
欠平衡钻井技术在实际应用中也存在一些问题和挑战。
欠平衡钻井技术的设计和操作要求高，需要充分了解地层特点和井漏风险，合理选择施工参数。
由于钻井过程中井底压力低于地层压力，地层中的气体和油可能会通过井眼进入井筒，需要采取相应的措施进行处理和处理。
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》课件
欠平衡钻井的实现
1
工作原理
2
通过控制井口的流体密度低于地层压力，
形成一个欠平衡的状态，使钻头能够连
续钻进而不受地层渗透压的限制。
3
作用
欠平衡钻井的主要作用是提高钻进效率， 减少井壁破裂并降低井壁稳定风险。
设备
实现欠平衡钻井需要使用特殊的钻井设 备和流体控制系统，确保井口的压力能 够保持在低于地层压力的状态。
案例三
在裂缝性地层的钻井中，有 效控制了井壁稳定风险，避 免了井壁塌陷。
欠平衡钻井的未来发展
趋势
随着钻井技术和设备的不断进步，欠平衡钻井的应 用将变得更加广泛。
展望
未来，欠平衡钻井有望成为油气勘探领域的主流技 术，为能源开发带来更多机遇。
总结
• 欠平衡钻井是一种新颖的钻井技术，能够提高钻进效率并降低井壁风险。 • 欠平衡钻井的应用前景广阔，将在未来的能源开发中发挥重要作用。
欠平衡钻井的优缺点
优点
• 提高钻进效率 • 减少井壁破裂风险 • 降低井壁稳定风险
缺点
• 需要特殊设备和流体系统 • 操作技术要求较高 • 成本较高
欠平衡钻井应用案例
案例一
失控井的成功控制和恢复， 避免了进一步的井漏风险和 资源浪费。
案例二
在高渗透地层的钻进中，显 著提高了钻进效率和节约了 钻井成本。
《欠平衡钻井》PPT课件
钻井是油气勘探的重要环节，而欠平衡钻井是一种创新的技术，本课件将介 绍欠平衡钻平衡钻井？
欠平衡钻井是一种新颖的钻井技术，它通过控制井口的压力低于地层压力， 以增加钻速和减少井壁损失。这一技术具有高效、环保和安全的特点。
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。
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充气欠平衡钻井钻井的分类及优缺点[4]
用于充气钻井作业的钻柱和井身结构有几套。
按气体注入方式，一般可分为两种：钻杆注入和环空注入。
（1）钻杆注入
图5时钻杆注入充气钻井结构示意图。
在此结构里，不可压缩流体和压缩气体一起注入钻杆的顶端，这两种流体沿钻杆内而下，在通过钻头喷嘴时就会混合在一起。
当混合流体流入井底环空时，岩屑（来自钻头钻进）混入，最后，混合流由环空返回地面，混合流从环空出来，进入一根水平管线，此水平管线通向常规的敞口式泥浆罐。
当返回的气体中含有污染的流体、气体或烃时，就选用密封的回流罐。
图5 钻杆注入充气钻井示意图
为了使钻柱内的混合液流到钻头，做法是，在钻铤上安装一个喷射接头，使两相流动过钻铤之前，大部分压缩气体可从钻柱内直接流入到环空。
图2是装有喷射接头的钻柱注入充气钻井结构示意图。
喷射钻头钻柱注入技术，通常用于深井充气钻井作业中，因为，在深井底部，通常用小直径钻头和相应的小直径钻铤来钻井。
就像气泡能提供对付漏失层的抑制性机理一样，当充气液流经小内径的钻铤出口时，充气液中泡沫的表面张力会产生很高的管内摩阻。
增加的这个流动阻力，无法用均质流体试验中得到的常规摩擦系数来模拟。
因此，为了减少循环泵压，把喷射接头安装在钻铤以上的钻杆段中。
通常，喷射钻头安装在钻杆和钻铤结合处之前，喷射钻头水眼的尺寸要足以使压缩气体排入到环空中。
当用充气钻柱注入技术钻穿漏失层时，不可压缩钻井液以恒定的体积流量循环通过钻柱顶端。
不可压缩钻井液的实际流量，就是能充分清洁井底环空并携带岩屑的流量。
注入可压缩气体的体积流量，是在现场经过试算确定的。
气体体积流量逐渐增加直至钻井液漏失量减少或消除。
欠平衡钻井作业要求，在钻头钻进和井加深的过程中，保持一个恒定的境地压力。
为达到这一目标，需要钻井液以恒定体积流量注入钻柱内部。
不可压缩钻井液的实际体积流量，就是能充分清洁井底环空并携带岩屑的流量。
为了维持基本恒定的井底环空压力，注入压缩气体的体积流量，必须随井深的增加而增加。
（2）环空注入
环空注入的充气钻井结构可用寄生油管柱钻井、寄生套管钻井或直接完井钻井，不可压缩的钻井液注入钻柱，压缩气体由环空注入，这种充气技术也是用于减少环空裸眼段的钻井液压力。
在早期充气钻井中，此项技术用于消除地层裂缝（和钻井液可能的漏失）的威胁。
而最近，这种技术已用于受限的欠平衡钻井作业中（通常在寄生套管钻井或直接完井钻井结构中使用）。
图6 寄生管充气钻井示意图
图6为寄生油管充气的示意图。
这种结构是通过把小直径的油管柱固定在裸眼段上面的套管柱外边来实现的。
带有寄生油管的套管柱，按正常工序下入并封固在井里。
在同安馆周围注入水泥时，要注意保持油管管线的畅通和清洁。
水泥凝固后，不可压缩的钻井液会直接从钻柱内向下流至钻头，经钻头通过环空上返地面。
在不可压缩钻井液循环的过程中，压缩气体被注入到油管柱顶端，然后从油管柱底部的出口处进入环空。
这样，不可压缩钻井液就从油管柱的环空出口到
井口得到充气。
可以替代寄生油管柱的另一种环空注入技术是同心管充气，如图7。
在最后一层封固的套管环空内，临时悬挂一个套管柱。
这项技术和上面的寄生油管柱技术效果相同。
图7 同心管充气钻井示意图
（3）钻杆注入和环空注入的优缺点对比
钻杆注入技术的优缺点：
优点：
①不需要其他附加的井底设备，因此，比环空注入技术节省成本；
②整个环空中几乎都充满充气液，相对于环空注入技术而言，可得到较低的井底压力；
③因为气体被注入到环空底部或接近底部，所以要达到设定井底压力所需要的气体体积流量比使用环空注入小；
缺点：
①接单根和起下钻作业，循环不能继续时，不可压缩钻井液的充气过程就不能继续，因此难于维持欠平衡钻井作业。
②由于注入气体在钻柱内的压力作用下，被钻柱内各种流体所阻碍，当接单根和起下钻时，必须有足够时间进行排气，排气过程再度增加了维持恒定井底压力的难度。
③沿钻柱内向下的流动是两相流，因此，存在较高的壁面摩阻损失，导致注
入时泵和压缩机压力很高。
④充气液中的气相会减弱常规的MWD系统的脉冲，因此，不能使用常规的泥浆脉冲MWD测量。
环空注入技术的优缺点：
优点：
①在接单根和起下钻时，在环空气体入口以上位置，不可压缩钻井液的充气过程可以继续进行。
②沿钻柱内向下的流动是单相流，因此，在钻定向井作业时，可以使用常规的泥浆脉冲MWD。
③相比于正循环（到钻头）充气钻井作业所需要的压力，维持注入流动的压缩机压力通常很低。
缺点：
①因为寄生油管或临时套管安装在境内固定位置，所以，充气技术不如钻杆注入技术灵活。
②开始将气体注入环空，需要很高的压缩机压力。
③由于气体被注入到环空底部之上的一个固定位置，因此，同钻柱注入技术相比，需要更高的气体体积流量以维持恒定的井底压力。