欠平衡钻井技术讲座287ye--第4部分
欠平衡压力钻井技术
二、欠平衡压力钻井的优越性及其不足
1、欠平衡压力钻井的优越性 ⑴有利于识别、评价和发现油气藏。钻进过程中井内钻井液柱的压力低于 地 层孔隙压力，允许地层流体进入井内，这有利于识别和准确评价油气藏。 ⑵有利于油气层保护，减轻地层伤害，提高油气井产能。对于低渗透油气 藏、 压力衰竭的油气藏，这一优势更为突出。 ⑶有利于提高机械钻速。欠平衡压力钻井与过平衡压力钻井相比，井底岩 石 更为破碎、容易脱离井底坑进入环空，消除了压持效应，保证井底的清洁，能 大 幅度提高机械钻速。同时减轻了钻头磨损，延长了钻头的使用寿命。 ⑷有利于减少或杜绝压差卡钻和井漏事故。由于井内液柱压力的降低，有 效 地减少了压差卡钻和压漏地层等井下复杂情况发生的可能性，大大地缩短了非 生 产时间，确保了钻井生产的安全。 ⑸有利于增加防喷能力，降低井喷失控的风险。在欠平衡钻井过程中，由 于
3、欠平衡条件的产生
欠平衡条件是指负压差，产生负压差的方法： (1)、用常规钻井液密度，边喷边钻 这种方法适用于孔隙压力较高的地层，用常规钻井液，使循环液 柱的压力低于地层孔隙压力，自然处于欠平衡状态。 (2)、注气法 向钻井液基液中注入一种或多种非凝气，以降低钻井液基液密度。 非凝气的选择应以安全和经济为原则。 (3)、采用低密度钻井液 低密度钻井流体有:空气流体、雾流体、泡沫流体、充气流体分别 对应着四种不同的欠平衡钻井方式：空气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、 充气钻井（课本218-220页）
C.欠平衡压力钻井井控所遵循的 原则
（1）在钻进过程中要保证地层流体 的流动状态； （2）当井发生轻微的循环漏失时要 继续保持钻进； （3）在欠平衡流体循环过程中要保 持泥浆池液面的恒定。
D.欠平衡压力钻井的井控的专用 设备 旋转防喷器 + 常规防喷器组
《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》PPT课件
第一章 总 则
第三条 欠平衡钻井是发现和保护油气藏、 提高机械钻速、防止井漏的方法之一。
第四条 欠平衡钻井应以有效实施井控为 前提，对井控工作提出了特殊要求。本规定对 欠平衡钻井的实施条件、井控设计、施工前的 准备、施工作业、终止条件、应急处理和HSE 管理等方面进行了规范。
整理ppt
22
第一章 总 则
上层套管抗外挤强度应按全掏空进行设计，
安全系数大于1.125；固井质量合格，满足欠
平衡钻井施工要求。
第十条 装备条件 整理ppt
27
第二章 欠平衡钻井实 施条件
第十一条 环境条件 应满足具体实施的欠平衡钻井工艺及钻井流体处 理的相关要求。 第十二条 队伍条件 欠平衡技术服务队伍应具备主管部门颁发的相应 资质；钻井队应具备乙级以上资质（含乙级）。
整理ppt
13
2007年欠平衡钻井计
划 2007年各油田公司申报欠平
衡钻井井别统计
（预探井82口，评价井22口，开
40
发井335 4口）
35
预探井井数
评价井井数
30
开发井井数
25
20
15
10 8
5
11
0 大庆
7
辽河
4
新疆
8
7
吉林 塔里木 冀东
13
5 2
4 2
四川 大港 华北
长庆
2
吐哈
3 1
青海
2 0
井数
80
70
60
50 40 80
30
45
20
27
10 0
9
2
3
4
1
1
发现油气层 保护油气层 提速
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
地面设备：
防喷器组、 旋转控制头或 旋转防喷器、 节流管汇、除 气器、钻井液 ／气体分离器、 沉降撇油系统、 钻井液罐等 。
井下工具：
有方钻杆旋 塞、钻杆安全 阀及浮阀等
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欠平衡钻井技术讲座
六、欠平衡钻井作业装备
地面设备 （1）防喷器组
① 常规防喷器组
②旋转控制头（RLM） 和旋转防喷器（RBOP
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六、 欠 平 衡 钻 井 作 业 装 备
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六、欠平衡钻井作业装备
旋转控制头（RLM）
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六、欠平衡钻井作业装备
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旋转防喷器（RBOP
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六、欠平衡钻井作业装备
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五、欠平衡钻井的连续性和条件连续欠平衡条件的方法 （1）采用实时井底压力监测技术； （2）在欠平衡钻井中引入连续油管技术 ； （3）优化欠平衡钻井作业，优选钻井设备
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六、欠平衡钻井作业装备
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七、欠平衡钻井地面工艺流程
钻井泵
钻具内 环空 旋转控制头 旁侧法兰 钻井液出口 振动筛 钻井泵
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八、欠平衡钻井施工要点
1、求地层压力的方法
（1）没有安装回压阀时求地层压力的方法
①确定一个关井求压时所用钻井液密度γm ′
欠平衡水平井钻井技术
欠平衡水平井钻井技术1 前言近年来，随着钻井技术水平的提高和应用范围的拓展，欠平衡钻井工艺和水平井钻井技术在国际石油钻井市场上得已迅速发展。
众所周知，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，许多石油公司、钻井公司及服务公司都在寻求降低勘探开发费用、提高经济效益的方法和途径，以降低钻井成本和提高采收率为目的欠平衡水平井钻井技术恰恰满足了这方面的要求。
水平井钻井技术可以使井眼与油藏有更充分的接触，提高单井产量；欠平衡钻井技术能够有效地发现和保护油气层。
这两项技术结合，将会更有利于发现和开发油气资源，已经成为当今钻井行业的研究热门。
水平钻井和完井技术是二十世界80年代和90年代早期发展最成功的一种技术。
在水平钻井技术应用发展方面起巨大作用的一项关键技术是欠平衡钻井和完井技术，水平井欠平衡钻井是在钻井流体循环液柱压力低于地层孔隙压力状态下的钻井技术，也称有控状态下的“边喷边钻”工艺技术。
这就意味着可渗透性地层在节流管线未开时有流体流入，且当节流管线一经关闭时，可能存在井口压力。
水平井欠平衡钻井技术已在美国、加拿大和德国得以推广应用，并且取得了显著的经济效益。
在国内，由于测量手段和设备能力等因素的限制，在此之前该技术的现场应用尚不多见。
2 水平井欠平衡钻井技术的优势用欠平衡钻井技术钻水平井(这里应正确选择许可条件和候选条件)的优势很多。
(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，获得更大的单井产量。
在常规钻井或过平衡钻井中，由于损害地层的钻井液在水平井地层中存在时间比直井存在时间长，因此地层损害对水平井的影响比直井大。
由于水平井的前半水平段与流体接触时间比后半水平段长，因而其地层损害也比后半水平段更为严重。
另外，在水平井中裸露于钻井液中的地层比直井也多，因而钻井液对水平井地层的损害的影响比直井大。
如无大量钻井液完井液滤失渗入地层，则可避免严重的地层伤害，因此在特定地层采用欠平衡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。
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
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蓬莱镇 599
沙 溪 庙
凉高山 珍珠冲
须家河
2859 3516
4116
雷口坡
4613
嘉陵江
5601
飞仙关
6016
长兴 6530
508×100m 339.7×790m
空气钻井791～3441m，进尺2649.6m， 钻速23.91m/h，是邻井相同井段的4-6 倍。
三、中石油欠平衡钻井技术现状分析
180 160 140 120 100
80 60 40 20
0
气体钻井井数 欠平衡钻井井数
19 2000
14 2001
14 2002
3 40 2003
7 50 2004
15 66 2005
30 50 2006
39 116 2007
特点1：欠平衡钻井、气体钻井数量大幅增长
白浅111H同一构造上生产井产量对比表
井号
井型
钻井介质 改造前产气量
白浅106 白浅108 白浅109H 白浅111H
直井
定向井
水平井 段长215m
水平井 段长245m
泥浆 泥浆 泥浆 天然气欠平衡
3800m3/d 8310m3/d 3020m3/d 68500m3/d
改造措施
加砂压裂 加砂压裂
未改造
244.5×3587m
氮气钻井3589～4243m，进尺 654.02m，钻速10.53m/h，是邻井 177.8 × 5860.5m 相同井段的4-5倍。
127× 6528m
2、气体钻井大幅度提高了机械钻速
-- 气体钻井的空气锤技术
平均机械钻速（米/小时）
龙岗地区Φ311mm井段不同钻井方式机械钻速对比
26〞 井 眼 泡沫钻井 成功钻至 508m
339.7mm×1298m
大隆 寒武系
泡沫钻进135~ 1230m， 钻速3.3m/h
244.5mm×3448m 177.8mm×4198m
3 、控压钻井技术在塔里木油田应用
●DN204井应用NDS技术，提高了对窄密度窗口认识，通过实施控压钻井，将
泥浆密度从过去的2.28g/cm3降低到2.18g/cm3，大大降低了泥浆漏失，该井 目的层段仅漏失泥浆86方，而迪那地区第一、二轮井平均漏失达1500方。从 而降低了钻井复杂和风险。
中途测试，油嘴6.35mm，天然气日产19万方。油嘴9.52mm，天然气日 产46万方。
长深1井的钻探成功，是松辽盆地南部深层天然气勘探的重大突破，展 示了吉林油田深层天然气勘探的广阔前景。
1 、欠平衡钻井技术在勘探开发中发挥了重要作用
---- 吐哈油田
氮气欠平衡技术应用
吐 哈 油 田 在 红 台 2-15 井 三 间 房 组 储 层 段
气体钻井的技术核心包括：地层出水／出气定量判断、空气锤的应 用、气体钻井防斜技术、泥浆安全转化技术等。
2、气体钻井大幅度提高了机械钻速
-- 龙岗1井气体钻井
• 四川油田龙岗1井设计井深6530米，气体钻井进尺3304m，占实钻井深的
50.6%；气体钻井时间32天，仅占全井周期的22%。气体钻井井段平均机
---- 塔里木油田
塔里木油田满东2井6080m地层压力99.6MPa，该井自5820m --6200m实施了氮气钻井，不仅准确评价了该地区深层含油气情 况，还大幅度提高了钻井速度。平均钻速达到6.08m/h。该井创 国内欠平衡气体钻井最深与地层压力最大(100.06MPa)的纪录。
1 、欠平衡钻井技术在勘探开发中发挥了重要作用 ---- 低压储层气体欠平衡钻井技术
欠平衡钻井在低压储层中的应用
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
平落1 平落2 平落3 平落8 平落10 平落11 平落12 平落17 平落18 平落19 平落20
平落19井位于平落坝、邛西过渡带，地层压力系数0.7。采用天然气欠平 衡方式，欠平衡井段为3695～3761m。不压井完井后对须二段进行测试，井口 流动压力14.84MPa(地层压力25.51MPa),日产天然气47.27×104m3，产量明显 高于邻井。对于低压储层的开发，探索出了一条提高单井产量的有效手段。
106
开发井 探井
100
80
60
49
40
20
68.4 31.6
0 欠平衡井数(含气体钻井)
占欠平衡井数的比例（%）
特点3：欠平衡钻井技术在开发井中应用取得突破
各油田欠平衡钻井技术类型应用情况
大庆 辽河 吉林 新疆 塔里木 长庆 玉门 吐哈 青海 大港
华北
四川
雾化 √ √
√
√ √ √
√ √ √
泡沫 充气 √√ √√ √ √√
WD-1润湿反转剂于2007年4月27日在龙岗 10井12-1/2″井段首次投入使用，气液 转换时间36小时（龙岗1井9天、龙岗2井 3天）， 下钻无阻、无划眼，一次到底， 并立即开钻。取得了显著效果。
运抵井场的润湿反转剂
2、气体钻井大幅度提高了机械钻速
-- 气体钻井防漏
天井1井浅部碳酸盐岩恶性井漏处理
自动点火器（四川石油管理局、大港集团公司研制）
空气螺杆 （北京石油机械厂研制）
空气震击器（北京石油机械厂研制）
空气减震器（北京石油机械厂研制）
空气锤 （北京石油勘探开发研究院研制）
雾化泵 （北京石油勘探开发研究院研制）
井下套管阀（新疆钻井院、北京勘探院研制）
井 长庆油田陕242井 吐哈油田红台2-15井 玉门油田窿9井
以上典型井代表着中石油欠平衡钻井技术发展的水平和效 果
1 、欠平衡钻井技术在勘探开发中发挥了重要作用 ---- 大港油田歧深1井
岐深1井通过实施欠平衡钻井，降低了钻井液密度，不仅取得了深层 沙三段天然气的重要发现，还对东营、沙一段地层含油气性取得了新的认
●为解决奥陶系裂缝性油气藏窄安全窗口的安全钻井问题，在两口井进行了
控压钻井技术现场试验并取得成功。塔中62-27井4929-5016m井段，充气控 压钻进累计进尺42米。轮古35井6238-6460米井段旋转控制头控压钻进，总 进尺222米，机械钻速1.41米/小时。
4 、中石油欠平衡钻井技术现状分析---装备与工具研制
√ √√ √√ √√
√√
√√
泥浆 液相 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
√
√
空气
√ √
氮气
√ √
天然气
柴油机 尾气
√√ √
√√ √ √ √√ √
√√
√√ √
√
小计
6 6 2 6 3 7 5 7 1 6 2 8
欠平衡钻井技术现状
集团集公团司公各司种各欠种平欠衡平钻衡井钻数井量数统量统计
250
共计434
改造后产气量
45300m3/d 53460m3/d
2、气体钻井大幅度提高了机械钻速
气体钻井时井底岩石剪切强度随欠平衡而降低、最易于破碎，并且 不受压持效应的影响，因此气体钻井是提高钻井速度最好的钻井方 式。气体钻井包括空气、氮气、天然气、柴油机尾气等。
气体钻井是集团公司重点支持的项目，2003年在玉门窿9井逆掩推 覆体地层进行了气体钻井提速试验，后在玉门、四川、长庆、大庆 等油田多口井开展了气体钻井提速试验，大幅度提高了机械钻速。
识，指导邻井港深67井重新试油，在浅层获得新发现。
井号 东营组
歧深1井泥浆密度与邻井对比
沙一上
沙一中
沙一下
沙二、三
歧深1 1.21~1.25 1.25~1.36 港深67 1.15~1.41 1.41~1.48 港深69 1.22~1.32 1.32~1.42 港深39 1.19~1.45 1.46~1.49 港深23 1.13~1.46 1.46~1.61 港深45 1.18~1.39 1.39~1.64
1 、欠平衡钻井技术在勘探开发中发挥了重要作用 ---- 欠平衡水平井钻井技术
四川油田白浅111H井位于四川盆地白马庙蓬Ⅳ顶界构造南端，目的层为蓬 Ⅳ段主砂层。白浅111H通过天然气欠平衡水平井(天然气钻进井段 1103.1～1325m)的实施，测试产量达到68500m3/d，明显高于邻近直井压裂 和常规水平井压裂后产量，探索了低压低渗储层的高效开发方式。
辽河油田在古潜山油藏采用低密度无固相钻井液和水 包油钻井液先后进行了马古1井等11口井的欠平衡钻井技术 现场试验与应用。马古1井、马古1－8－8井实现了整个欠 平衡钻进井段火炬连续点火。
1 、欠平衡钻井技术在勘探开发中发挥了重要作用 ---- 吉林油田
吉林长深1井进入火山岩地层采用水包油泥浆进行欠平衡钻井，泥浆密 度0.9，地层压力系数1.17。欠平衡钻井过程中点火成功，及时发现了 天然气藏。
25
21.5
20
提高44.6%
14.87
15
提高8.3倍
10
5
1.6
0
牙轮+泥浆钻井 牙轮+空气钻井
空气锤
龙岗1井单只空气锤进尺1712.82米；龙岗10井单只空气锤进尺记录1744.93米
2、气体钻井大幅度提高了机械钻速
-- 气体钻井介质转换技术
针对龙岗地区气体钻井后转换泥浆钻井 出现的井壁失稳处理时间长的问题，中 石油钻井研究院研制出了WD-1井壁润湿 反转剂。
三、中石油欠平衡钻井技术现状分析
80
70
70
60
50
40
30
16
20
10
11 11 10
8
7
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四川
新疆 塔里木 大庆