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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。
水平井欠平衡钻井合理压差确定的三个原则： ①保持水平裸眼井段井壁稳定； ②利于保护储层； ③防止井喷。
3.欠平衡水平井钻井作业类型与应用范围
欠平衡钻井分为两种类型，即流钻和人工诱导的欠平衡钻井。所谓流钻欠平衡钻井，就是用合适密度的钻井液进行的欠平衡钻井；而人工诱导欠平衡钻井，就是用充气钻井液、泡沫、雾，甚至用气体作循环介质进行的欠平衡钻井。
使用了同心管或寄生管注氮方法，使得MWD脉冲信号可以在充满液体的钻柱中向上传输，实现了欠平衡钻井技术和水平井钻井技术的有效结合。对于气体、雾化、泡沫、充气欠平衡钻井技术和泥浆帽钻井技术，在水平井中都可以采用电磁波无线传输仪器对井底数据进行时时跟踪监测。
4.水平井欠平衡钻井的循环介质
欠平衡钻井打开油气层，需要优质的钻井液与之相配合，钻井液除了提供欠平衡所需的适当密度（即液柱压力） 以外，还要具有优良的流变性和保护油层功能。
钻井介质的选择不仅对螺杆马达性能是关键，而且如何避免液体与油藏岩石接触造成地层伤害也是关键。欠平衡钻井选择气体作为循环介质时和钻井液不同，在选择过程中必须考虑其可利用性、成本、地层相容性、密度、岩屑携带能力和腐蚀性。
三、现场实施欠平衡水平井作业的技术难点与对策
1.欠平衡水平井钻井的技术难点
1.1仪器测量与轨迹控制问题
在欠平衡水平井同时实施的过程中，井筒内存在多种流体，常规的水平井仪器MWD 和LWD 信号主要靠泥浆传递脉冲信号，在井筒内多相流存在的状况下，信号衰减，甚至无法产生和传递信号，由于无法及时采集到井斜、方位、工具面等方面的数据，造成轨迹控制计算困难，为施工带来困难和风险。
1.2欠平衡钻井压力控制操作问题
实施水平井轨迹控制时，同常规欠平衡钻井一样，要求井口必须是密封。井口压力控制必须在多大范围，才能保证井口安全与井底负压差控制范围内，以及如何既满足井眼轨迹的要求，又保证钻具在井眼中的安全，是整个施工成败的关键。
1.3安全性问题
钻进时要有效控制地层油气的侵入速度，否则可能出现气体滑脱，造成地面套压迅速升高，引起井壁失稳及其它风险问题。既要预防低浓度硫化氢对人员生命造成的危害，又要预防硫化氢“氢脆”，解决硫化氢的对钻具“氢脆”问题。经验表明，测斜仪器在钻具内高气液比环境下由于缺少液体，而使仪器径向振动趋势加大。这种现象比用液体钻井严重，更易损害仪器的正常使用。在欠平衡水平井双重特殊作业条件下，若对复杂情况的预防和处理不当，都将引起复杂恶化，甚至导致前功尽弃。
2.欠平衡水平井钻井技术对策
2.1造斜点的确定
欠平衡钻井施工在定向段要求井壁岩性稳定。现场要根据设计把造斜点选定在地层孔隙压力和地质情况较清楚，岩性稳定好的井段。
2.2欠平衡水平井施工井段仪器测量与轨迹控制的方法
在造斜段可根据欠平衡选用的流体介质和方法选择MWD、有线随钻、电磁波MWD。轨迹控制上要优选钻具组合，选择好单流阀或浮阀的位置，整个钻具组合要有利于减少钻具摩阻和复合钻进时的扭矩。在造斜段和水平段进行稳斜钻进时，可选用常规稳斜钻具，用单点吊测或自浮式单点检测的方法。
2.3安全性问题的对策
2.3.1制定一套在水平井轨迹控制过程中的欠平衡操作规程。
2.3.2密切关注钻进过程中各项参数和岩屑返出情况防止井壁坍塌和断钻具。
2.3.3加强欠平衡、水平井、地质录井和井队在各工序衔接和信息的交流。
四、结论
1.欠平衡作业与水平钻井两项技术之间各有其优势，充分发挥的关键在于现场应用过程的不断总结经验和技术创新。
2.水平井与欠平衡井应用的关键，必须正确选择候选油井，并确定合理压差、正确的水平井、欠平衡钻井方法。
3.任何潜在的风险都可能导致整个工艺的失败。选择合适的测量工具、井口压力控制工具，分析水平井欠平衡井钻井的原因和目的是风险评估的主要部分。
参考文献
[1]苏义脑. 水平井井眼轨迹控制[M] . 石油工业出版社，2000.
[2]周英操，翟洪军，等. 欠平衡钻井技术与应用[M] . 石油工业出版社，2003.
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。
水平井欠平衡钻井合理压差确定的三个原则： ①保持水平裸眼井段井壁稳定； ②利于保护储层； ③防止井喷。
3.欠平衡水平井钻井作业类型与应用范围
欠平衡钻井分为两种类型，即流钻和人工诱导的欠平衡钻井。所谓流钻欠平衡钻井，就是用合适密度的钻井液进行的欠平衡钻井；而人工诱导欠平衡钻井，就是用充气钻井液、泡沫、雾，甚至用气体作循环介质进行的欠平衡钻井。
使用了同心管或寄生管注氮方法，使得MWD脉冲信号可以在充满液体的钻柱中向上传输，实现了欠平衡钻井技术和水平井钻井技术的有效结合。对于气体、雾化、泡沫、充气欠平衡钻井技术和泥浆帽钻井技术，在水平井中都可以采用电磁波无线传输仪器对井底数据进行时时跟踪监测。
4.水平井欠平衡钻井的循环介质
欠平衡钻井打开油气层，需要优质的钻井液与之相配合，钻井液除了提供欠平衡所需的适当密度（即液柱压力） 以外，还要具有优良的流变性和保护油层功能。
钻井介质的选择不仅对螺杆马达性能是关键，而且如何避免液体与油藏岩石接触造成地层伤害也是关键。欠平衡钻井选择气体作为循环介质时和钻井液不同，在选择过程中必须考虑其可利用性、成本、地层相容性、密度、岩屑携带能力和腐蚀性。
三、现场实施欠平衡水平井作业的技术难点与对策
1.欠平衡水平井钻井的技术难点
1.1仪器测量与轨迹控制问题
在欠平衡水平井同时实施的过程中，井筒内存在多种流体，常规的水平井仪器MWD 和LWD 信号主要靠泥浆传递脉冲信号，在井筒内多相流存在的状况下，信号衰减，甚至无法产生和传递信号，由于无法及时采集到井斜、方位、工具面等方面的数据，造成轨迹控制计算困难，为施工带来困难和风险。
1.2欠平衡钻井压力控制操作问题
实施水平井轨迹控制时，同常规欠平衡钻井一样，要求井口必须是密封。井口压力控制必须在多大范围，才能保证井口安全与井底负压差控制范围内，以及如何既满足井眼轨迹的要求，又保证钻具在井眼中的安全，是整个施工成败的关键。
1.3安全性问题
钻进时要有效控制地层油气的侵入速度，否则可能出现气体滑脱，造成地面套压迅速升高，引起井壁失稳及其它风险问题。既要预防低浓度硫化氢对人员生命造成的危害，又要预防硫化氢“氢脆”，解决硫化氢的对钻具“氢脆”问题。经验表明，测斜仪器在钻具内高气液比环境下由于缺少液体，而使仪器径向振动趋势加大。这种现象比用液体钻井严重，更易损害仪器的正常使用。在欠平衡水平井双重特殊作业条件下，若对复杂情况的预防和处理不当，都将引起复杂恶化，甚至导致前功尽弃。
2.欠平衡水平井钻井技术对策
2.1造斜点的确定
欠平衡钻井施工在定向段要求井壁岩性稳定。现场要根据设计把造斜点选定在地层孔隙压力和地质情况较清楚，岩性稳定好的井段。
2.2欠平衡水平井施工井段仪器测量与轨迹控制的方法
在造斜段可根据欠平衡选用的流体介质和方法选择MWD、有线随钻、电磁波MWD。轨迹控制上要优选钻具组合，选择好单流阀或浮阀的位置，整个钻具组合要有利于减少钻具摩阻和复合钻进时的扭矩。在造斜段和水平段进行稳斜钻进时，可选用常规稳斜钻具，用单点吊测或自浮式单点检测的方法。
2.3安全性问题的对策
2.3.1制定一套在水平井轨迹控制过程中的欠平衡操作规程。
2.3.2密切关注钻进过程中各项参数和岩屑返出情况防止井壁坍塌和断钻具。
2.3.3加强欠平衡、水平井、地质录井和井队在各工序衔接和信息的交流。
四、结论
1.欠平衡作业与水平钻井两项技术之间各有其优势，充分发挥的关键在于现场应用过程的不断总结经验和技术创新。
2.水平井与欠平衡井应用的关键，必须正确选择候选油井，并确定合理压差、正确的水平井、欠平衡钻井方法。
3.任何潜在的风险都可能导致整个工艺的失败。选择合适的测量工具、井口压力控制工具，分析水平井欠平衡井钻井的原因和目的是风险评估的主要部分。
参考文献
[1]苏义脑. 水平井井眼轨迹控制[M] . 石油工业出版社，2000.
[2]周英操，翟洪军，等. 欠平衡钻井技术与应用[M] . 石油工业出版社，2003.