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[摘 要]在前期的欠平衡钻井中我们比较好的解决了利用欠平衡钻井技术提高机械钻速和解决工程复杂问题的工作。实践证明，全过程欠平衡钻井配套技术是及时发现油气层，保护油气层，解决工程地质难题的重要手段，它将为推动辽河油田勘探领域的新进展发挥更大的作用。
[关键词]辽河油田 全过程 欠平衡 钻井配套技术
中图分类号：R737 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）26-0044-01
一、欠平衡钻井技术的开展
在国外，随着欠平衡钻井技术的进一步成熟和井控装备的发展，从初期仅应用于低压地层的欠平衡钻井技术发展到用钻井液对较高压力地层实施欠平衡钻井的技术，如边喷边钻、不压井起下钻等技术，以及能降低高压地层欠平衡钻井安全风险的连续油管欠平衡钻井技術。目前，世界上已有20多个国家使用欠平衡钻井技术开发低压、低渗和低产油气藏，特别是衰竭油气藏。加拿大在所钻的5000多口水平井中有700多口采用欠平衡技术，此项技术已比较成熟，在有条件井上采用欠平衡钻井其单井产量可达常规钻井的2—10倍，大大节省了增产措施的费用。近年来，国内欠平衡钻井技术也有新的发展，如新疆的解放128井有效解决了钻井中遇到的一些复杂难题。但由于装备不配套、工艺不完善、以及地层压力难以准确预报等诸多因素的影响，在发现气藏的同时，也不时出现一些井喷失控的情况，给企业造成重大经济损失，严重制约了该项技术的进一步发展。单一的欠平衡钻井技术显然能够发现油气层，但对油气层保护方面，还不能满足勘探的需要，仍需我们改进该项技术。认为四大因素制约了欠平衡钻井工艺的发展：第一井眼稳定性问题。欠平衡钻井中，井筒内始终处于欠压状态，井壁容易跨塌造成卡钻。第二欠平衡井口组合和地面流程的配置级别低。第三不压井起下钻液动加压装置与钻机不够配套。第四欠平衡条件下的高压测井井口装置。
二、国内欠平衡钻井技术的发展
建立了孔隙性和裂缝性储层欠平衡钻井的流动理论模型，完成了欠平衡钻井井壁稳定和井下及地面燃爆安全性的研究。开发了配套理论研究成果应用软件，各软件所依据的理论计算模型满足工程要求。欠平衡钻井基础理论研究成果，为欠平衡钻井的选井、设计和施工提供了科学的理论依据和指导。考虑了注入气、基液、地层产出油、气、水以及岩屑等多相的耦合，并结合油、气之间在井内随压力温度变化，相态的转变，利用多相漂移流动模型，建立充气欠平衡钻井井筒多相流模型；在此基础上，研究其数值计算方法，开发相应的数值模拟软件。
1、欠平衡钻井井壁稳定性规律研究
通过对欠平衡钻井井壁失稳机理进行了分析，研究了泥页岩地层和非泥页岩地层的井壁稳定性，并开发了井壁稳定分析软件。
2、欠平衡钻井井下及地面燃爆规律研究及软件开发
研究了井下失火的几种可能方式（即热自燃、平板点火、热球点火和火花点火）和惰性气体的阻燃规律，建立了井下燃爆實验模型，并开发了井下燃爆软件。
3、欠平衡钻井地质选井条件。
选择欠平衡钻井层位，其地层压力体系应比较单一，同一裸眼段一般压力体系差值不宜太大。一般要符合下面条件：
①地层孔隙压力、漏失压力、坍塌压力和其他地质资料较清楚；
②地层稳定性好，不易发生坍塌，欠平衡钻井井段不宜太长；
③储层不含H2S或微含H2S；
④储层能量有所衰竭的老气田；
⑸合理井身结构确定。
井身结构是确保欠平衡钻井顺利进行的关键因素之一。因此，设计之前需要认真分析该地区邻近井的地质、钻井、测井、试油资料。建立坍塌压力、孔隙压力、漏失压力剖面，以确定合理的井身结构。
三、全过程欠平衡钻井工艺技术
针对辽河油田的低产、低压、低渗、砂体纵横向分布不均及压力系数差异大的地质特点，及时发现天然气层和减少对“三低”储层的伤害、提高钻进速度及解决工程地质难题为目标的欠平衡钻井工艺技术研究。针对欠平衡钻井后期压井、固井作业会对油气层造成不可逆转的巨大伤害，研究形成了常规欠平衡钻井、不压井带压起下钻、不压井带压取芯、不压井带压测井、不压井带压下油管完井等配套技术。
在欠平衡钻井期间，根据欠平衡钻井地层-井筒-地面压力关系，适当控制回压以保持液面基本稳定和相对稳定的欠压值，保证井下处于欠压下钻进。在现场操作中由于地层产出的油气不是一个稳定的量，应适当增加回压以补偿溢流造成的环空液柱压力的下降。
在欠平衡钻井过程中由于更换钻头、中途测试、取芯和测井等作业需进行起、下钻作业，采用常规的压井起下钻作业将会对产层造成严重的伤害。
欠平衡钻井一旦停泵关井，其井口压力将产生增量，同时井口压力还会因为起钻液面下降而增加；后期由于气体密度差产生的滑脱气上升至井口，井口密闭，其压力值将接近地层压力，其作业风险较大。为了实现井口带压安全作业，我们采用不压井起下钻液动加压装置和国产旋转控制头可实现井口压力10.5MPa条件下的带压起下管串作业。采用不压井带压起下钻技术可以确保起下井内管串过程中钻井液不致浸入产层，有利于油气层的保护。
欠平衡取芯与常规取芯不同，在欠平衡取芯作业时，需要进行不压井起下取芯钻具和欠平衡取芯钻进；因在欠平衡取芯钻具组合中加有钻具内防喷工具，这样就不允许向钻具内投球，并且取芯工具外筒的外径必须与取芯作业时的钻铤外径相同，以便于不压井带压起下钻时能够安全有效地卡紧取芯工具外筒。为了便于不压井起下取芯工具，对取芯工具的长度也有特殊要求。欠平衡取芯，取出的岩心真实，无钻井液的侵蚀污染，为地质认识提供了真实、直观的储层岩样。
带压测井是在地层压力大于泥浆液柱压力状态下的一种测井方法。由于井内泥浆液柱压力不能平衡地层压力，井口存在井口套压，要求测井时井口应在大直径电缆条件下能密封，同时测井仪器如何顺利下入井底也与常规测井有所不同。
欠平衡完井是欠平衡钻井的一个重要环节，欠平衡钻井后若仍采用传统方法压井、固井完井，势必对产层造成一定程度的伤害，导致产能下降，从而降低欠平衡钻井的综合效益。
因固井又必须压稳后才能作业，故目前有两种可行的欠平衡完井方法：
①不压井下油管先期裸眼完井
该方法是对于岩性坚固稳定、裸眼段短且产层物性基本一致的油气层，先下油层套管到油气层顶部固井后，采用欠平衡钻井方式打开产层，钻至完钻井深采用不压井带压起钻和不压井带压下油管串作业后试油投产。
②特殊衬管完井
欠平衡钻井钻至完钻井深，用不压井带压作业下入衬管后不注水泥，再带压下入油管传输射孔管串，射孔完井后试油投产。该方法由于下入尾管后不固井，不存在固井对产层造成的伤害，同时下入的尾管又有利于防止投产后上部井段跨塌而填埋产层。它与不压井下油管先期裸眼完井相比，适合于井壁稳定性相对较低，不适于裸眼完成的井，可用于裸眼段较长的井段。
在欠平衡钻井理论得到进一步研究和单一欠平衡钻井试验成功的基础上，2002年—2003年总结前期开展的欠平衡钻井技术工作存在的问题，主要解决单一的欠平衡钻井在后期的压井、固井作业中对碎屑岩储层造成了不可逆转的巨大伤害问题，使得被发现的油气层得到保护。形成了一整套全过程欠平衡钻井技术。
参考文献
[1] 孟庆生，赵新庆，郭才轩.塔河油田欠平衡钻井钻井液技术[J].钻井液与完井液.2001（02）.
[关键词]辽河油田 全过程 欠平衡 钻井配套技术
中图分类号：R737 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）26-0044-01
一、欠平衡钻井技术的开展
在国外，随着欠平衡钻井技术的进一步成熟和井控装备的发展，从初期仅应用于低压地层的欠平衡钻井技术发展到用钻井液对较高压力地层实施欠平衡钻井的技术，如边喷边钻、不压井起下钻等技术，以及能降低高压地层欠平衡钻井安全风险的连续油管欠平衡钻井技術。目前，世界上已有20多个国家使用欠平衡钻井技术开发低压、低渗和低产油气藏，特别是衰竭油气藏。加拿大在所钻的5000多口水平井中有700多口采用欠平衡技术，此项技术已比较成熟，在有条件井上采用欠平衡钻井其单井产量可达常规钻井的2—10倍，大大节省了增产措施的费用。近年来，国内欠平衡钻井技术也有新的发展，如新疆的解放128井有效解决了钻井中遇到的一些复杂难题。但由于装备不配套、工艺不完善、以及地层压力难以准确预报等诸多因素的影响，在发现气藏的同时，也不时出现一些井喷失控的情况，给企业造成重大经济损失，严重制约了该项技术的进一步发展。单一的欠平衡钻井技术显然能够发现油气层，但对油气层保护方面，还不能满足勘探的需要，仍需我们改进该项技术。认为四大因素制约了欠平衡钻井工艺的发展：第一井眼稳定性问题。欠平衡钻井中，井筒内始终处于欠压状态，井壁容易跨塌造成卡钻。第二欠平衡井口组合和地面流程的配置级别低。第三不压井起下钻液动加压装置与钻机不够配套。第四欠平衡条件下的高压测井井口装置。
二、国内欠平衡钻井技术的发展
建立了孔隙性和裂缝性储层欠平衡钻井的流动理论模型，完成了欠平衡钻井井壁稳定和井下及地面燃爆安全性的研究。开发了配套理论研究成果应用软件，各软件所依据的理论计算模型满足工程要求。欠平衡钻井基础理论研究成果，为欠平衡钻井的选井、设计和施工提供了科学的理论依据和指导。考虑了注入气、基液、地层产出油、气、水以及岩屑等多相的耦合，并结合油、气之间在井内随压力温度变化，相态的转变，利用多相漂移流动模型，建立充气欠平衡钻井井筒多相流模型；在此基础上，研究其数值计算方法，开发相应的数值模拟软件。
1、欠平衡钻井井壁稳定性规律研究
通过对欠平衡钻井井壁失稳机理进行了分析，研究了泥页岩地层和非泥页岩地层的井壁稳定性，并开发了井壁稳定分析软件。
2、欠平衡钻井井下及地面燃爆规律研究及软件开发
研究了井下失火的几种可能方式（即热自燃、平板点火、热球点火和火花点火）和惰性气体的阻燃规律，建立了井下燃爆實验模型，并开发了井下燃爆软件。
3、欠平衡钻井地质选井条件。
选择欠平衡钻井层位，其地层压力体系应比较单一，同一裸眼段一般压力体系差值不宜太大。一般要符合下面条件：
①地层孔隙压力、漏失压力、坍塌压力和其他地质资料较清楚；
②地层稳定性好，不易发生坍塌，欠平衡钻井井段不宜太长；
③储层不含H2S或微含H2S；
④储层能量有所衰竭的老气田；
⑸合理井身结构确定。
井身结构是确保欠平衡钻井顺利进行的关键因素之一。因此，设计之前需要认真分析该地区邻近井的地质、钻井、测井、试油资料。建立坍塌压力、孔隙压力、漏失压力剖面，以确定合理的井身结构。
三、全过程欠平衡钻井工艺技术
针对辽河油田的低产、低压、低渗、砂体纵横向分布不均及压力系数差异大的地质特点，及时发现天然气层和减少对“三低”储层的伤害、提高钻进速度及解决工程地质难题为目标的欠平衡钻井工艺技术研究。针对欠平衡钻井后期压井、固井作业会对油气层造成不可逆转的巨大伤害，研究形成了常规欠平衡钻井、不压井带压起下钻、不压井带压取芯、不压井带压测井、不压井带压下油管完井等配套技术。
在欠平衡钻井期间，根据欠平衡钻井地层-井筒-地面压力关系，适当控制回压以保持液面基本稳定和相对稳定的欠压值，保证井下处于欠压下钻进。在现场操作中由于地层产出的油气不是一个稳定的量，应适当增加回压以补偿溢流造成的环空液柱压力的下降。
在欠平衡钻井过程中由于更换钻头、中途测试、取芯和测井等作业需进行起、下钻作业，采用常规的压井起下钻作业将会对产层造成严重的伤害。
欠平衡钻井一旦停泵关井，其井口压力将产生增量，同时井口压力还会因为起钻液面下降而增加；后期由于气体密度差产生的滑脱气上升至井口，井口密闭，其压力值将接近地层压力，其作业风险较大。为了实现井口带压安全作业，我们采用不压井起下钻液动加压装置和国产旋转控制头可实现井口压力10.5MPa条件下的带压起下管串作业。采用不压井带压起下钻技术可以确保起下井内管串过程中钻井液不致浸入产层，有利于油气层的保护。
欠平衡取芯与常规取芯不同，在欠平衡取芯作业时，需要进行不压井起下取芯钻具和欠平衡取芯钻进；因在欠平衡取芯钻具组合中加有钻具内防喷工具，这样就不允许向钻具内投球，并且取芯工具外筒的外径必须与取芯作业时的钻铤外径相同，以便于不压井带压起下钻时能够安全有效地卡紧取芯工具外筒。为了便于不压井起下取芯工具，对取芯工具的长度也有特殊要求。欠平衡取芯，取出的岩心真实，无钻井液的侵蚀污染，为地质认识提供了真实、直观的储层岩样。
带压测井是在地层压力大于泥浆液柱压力状态下的一种测井方法。由于井内泥浆液柱压力不能平衡地层压力，井口存在井口套压，要求测井时井口应在大直径电缆条件下能密封，同时测井仪器如何顺利下入井底也与常规测井有所不同。
欠平衡完井是欠平衡钻井的一个重要环节，欠平衡钻井后若仍采用传统方法压井、固井完井，势必对产层造成一定程度的伤害，导致产能下降，从而降低欠平衡钻井的综合效益。
因固井又必须压稳后才能作业，故目前有两种可行的欠平衡完井方法：
①不压井下油管先期裸眼完井
该方法是对于岩性坚固稳定、裸眼段短且产层物性基本一致的油气层，先下油层套管到油气层顶部固井后，采用欠平衡钻井方式打开产层，钻至完钻井深采用不压井带压起钻和不压井带压下油管串作业后试油投产。
②特殊衬管完井
欠平衡钻井钻至完钻井深，用不压井带压作业下入衬管后不注水泥，再带压下入油管传输射孔管串，射孔完井后试油投产。该方法由于下入尾管后不固井，不存在固井对产层造成的伤害，同时下入的尾管又有利于防止投产后上部井段跨塌而填埋产层。它与不压井下油管先期裸眼完井相比，适合于井壁稳定性相对较低，不适于裸眼完成的井，可用于裸眼段较长的井段。
在欠平衡钻井理论得到进一步研究和单一欠平衡钻井试验成功的基础上，2002年—2003年总结前期开展的欠平衡钻井技术工作存在的问题，主要解决单一的欠平衡钻井在后期的压井、固井作业中对碎屑岩储层造成了不可逆转的巨大伤害问题，使得被发现的油气层得到保护。形成了一整套全过程欠平衡钻井技术。
参考文献
[1] 孟庆生，赵新庆，郭才轩.塔河油田欠平衡钻井钻井液技术[J].钻井液与完井液.2001（02）.