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[摘 要]欠平衡钻井技术是在钻井过程中利用自然条件和人为手段，使钻井流体循环体系井底压力低于所钻地层孔隙压力，以实现产层流体有控制地进入井筒并将其循环到地面的一种钻井工艺。本文在分析国内外欠平衡钻井特殊井控装备及工艺流程的基础上，结合已有研究已经掌握的成果，开展了欠平衡钻井井控技术研究。
[关键词]欠平衡钻井；井控；压井方法；工艺技术
中图分类号：TV732.5+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0033-01
目前，石油勘探开发的难度越来越大，开发设备的投入成本越来越高，而原油价格却徘徊于中低价位。这种形势对石油的勘探开发提出了两条要求，一是实现技术进步，以满足越来越高的勘探难度要求；二是降低成本，以适应目前的油价需求。因此，提高钻井技术，节约钻井成本成了降低总成本的有效途径，这促使了欠平衡钻井技术的应用、推广。
1.欠平衡钻井井控设备及工艺发展现状
近年来，欠平衡钻井技术在国内外得到迅猛发展，这主要归功于欠平衡钻井井控设备和工艺技术迅速发展。当然，欠平衡钻井井控设备的发展，为欠平衡钻井提供了强有力的硬件保障，通过多年的探索和研究，已经基本形成了低压井欠平衡钻井井控技术。
1.1 液体欠平衡钻井井控技术现状
液体欠平衡钻井技术产生于上世纪30年代，经过半个多世纪的发展，目前已作为常规欠平衡钻井技术在全球大范围的推广应用了，其井控工艺技术也相对完善成熟。但是，液体欠平衡钻井技术主要针对岩性致密、低孔、低渗特征的储层，且地层压力较低，低压井欠平衡钻井井控技术相对成熟。而针对川西深层高压、裂缝发育情况不详的储层，采用液体欠平衡钻井相应的井控工艺技术目前还正在探索中。
1.2 气体欠平衡钻井井控技术现状早在本世纪50、60年代，为防止井漏和提高机械钻速，人们就提出并应用了该项技术，但出于安全方面的考虑，未能引起人们的重视，国外许多大公司大力研究和应用这项技术，无论在气体钻井工艺和技术还是装备方面都取得了飞速的发展，美国和加拿大应用该技术比较普遍，他们常采用注氮气、空气、天然气等轻质流体钻井，成功地解决了地层比较坚硬的问题，其配套设备也日趋完善，技术趋于成熟。在国内，由于某些区块的地质特点，造成在该地区钻井遇到了一系列复杂情况和事故，主要表现为极易井斜、复杂的井眼不稳定、长段井漏、多压力系统、井深、地层高研磨性以及岩石不均质特性等，加之钻井设备老化等因素，己严重影响了机械钻速。
2.欠平衡钻井井控装置及流程配套工艺技术研究
为了保证钻井生产的安全进行，欠平衡压力钻井技术必须与己经发展成熟的井控设备与井控技术相结合，才能发挥欠平衡压力钻井的优势。
2.1 地面流程配套技术。多级节流系统如果地层压力大于钻井液液柱压力，钻井时，地层流体就有可能进入钻井液中导致溢流甚至井喷等事故的发生。对钻井过程及时进行压井控制，保持钻井液压力大于地层压力非常必要的。常用的压井装置由节流管汇和电控箱构成，操作电控箱手柄可以调节节流管汇节流阀的通道面积大小，产生一个附加的井口套压，使井底压力稍大于地层压力，有效阻止地层流体继续进入井眼环空，也就排除了溢流或井喷的危险。
2.2 欠平衡钻井井下工具配套工艺
2.2.1方钻杆上、下旋塞阀大多数情况下，方钻杆上、下旋塞阀一般采用球阀结构，通过手动开启和关闭旋塞阀。上旋塞也可采用气动远程控制。联合使用上、下旋塞的好处是：保证方钻杆无论处于什么位置，都有一个旋塞阀可以使用。即使当一个出现故障时，另一个可正常使用。
2.2.2钻具止回阀弹簧式碟形止回阀、投入式止回阀、浮阀和箭形止回阀是钻具止回阀的几种常用形式，使用方法也因形式不同而异。常规钻井中，钻具止回阀易被泥浆的冲蚀和腐蚀而损坏，故一般放在钻台上备用，需要时再连接。
2.2.3钻具旁通阀欠平衡钻井装置顶部装有钻具旁通阀，压井作业中，钻头水眼被堵时，使用钻具旁通阀可继续作业。当钻头水眼被堵，将方钻杆投球卸掉，开泵憋压剪断固定销，即可打开排泄孔，建立循环。
3.欠平衡钻井井身结构研究
3.1 欠平衡钻井井身结构的确定由于欠平衡钻井具有特殊性，实施欠平衡钻井其井身结构的确定也具备特殊性。为此，针对不同的欠平衡钻井方式，提出如下的井身结构设计原则：（1）气体欠平衡钻井由于气体钻井施工过程中，井筒内主要是气体，其产生的气柱压力相对钻井液产生的液柱压力要低很多，这就要求上部井筒的抗外挤强度和抗内压强度必须达到一定的安全系数。实施气体钻井的上部井段所下套管能承受上部地层的抗外挤压力和承受下部井段可能产气所形成的抗内压力；由于气体钻井施工过程中一旦钻遇地层出水量大于3m3/h，气体钻井就可能中断，所以实施气体钻井前井身结构设计应考虑封隔上部的出水层；实施气体钻井，在进行井身结构设计还应考虑气体钻井井段的地层稳定性，应在气体钻井井段前尽量封隔易坍塌层易发生塑性流动的层位。（2）液体欠平衡钻井，采用液体欠平衡钻井与常规钻井相比较而言，其具有低压头的特点，在实施欠平衡钻井过程中，一旦有气浸，井口压力迅速升高，此时，井口压力控制就显得十分重要，而井口压力的控制需要有合理的井身结构。实施液体欠平衡钻井的上部井段所下套管能承受上部地层的抗外挤压力和承受下部井段可能产气所形成的抗内压力；实施液体欠平衡钻井，在进行井身结构设计还应考虑液体欠平衡钻井井段的地层稳定性，应在液体欠平衡钻井井段前尽量封隔易坍塌层和易发生塑性流动的层位。
3.3 欠平衡钻井钻头程序和套管程序优化。套管与井眼尺寸选择原则确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后再确定下入中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。选择套管与钻头系列的原则一般是要满足以下几方面的要求：①套管层数要满足封隔不同压力体系的地层及适度加深的要求，并有利于安全钻井。②套管与井眼间隙要有利于套管顺利下入和提高固井质量，且能有效封隔目的层。③套管和钻头规格基本符合API标准，并向国内常用产品系列靠拢。④目的层套管尺寸要满足试油、开采及井下作业等方面的要求，尽量采用大尺寸井眼完井。⑤采用气体钻井的井段，尽量保证大的环空面积，以便压井液进入环空后不至于很快被地层产出的天然气携带出从而节约压井作业时间和降低井控风险。⑥要有利于提高钻井速度，缩短建井周期，减小生产成本。
4.结语
与常规钻井相比，欠平衡钻井具有更为显著的经济效益。就其自身的技术优势和目前国内外的应用情况来看，必定有良好的应用前景。虽然，国内外对欠平衡钻井技术的应用已相当多，但这项技术还存在着不足，仍需改进。一套成熟的适应高压气井的欠平衡钻井井控技术和设备还有待开发。希望经过不断的探索，能够让欠平衡钻井工艺技术在我国尽早成熟起来，并在石油天然气工业的勘探与开发中发挥其应有的作用。
参考文献
[1] 李俊波，赵胜英.高压可控压力欠平衡钻井系统[J].石油机械，2002，（04）.
[2] 任中启.欠平衡钻井技术的应用[J].石油钻采工艺，2000，（03）.
[关键词]欠平衡钻井；井控；压井方法；工艺技术
中图分类号：TV732.5+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0033-01
目前，石油勘探开发的难度越来越大，开发设备的投入成本越来越高，而原油价格却徘徊于中低价位。这种形势对石油的勘探开发提出了两条要求，一是实现技术进步，以满足越来越高的勘探难度要求；二是降低成本，以适应目前的油价需求。因此，提高钻井技术，节约钻井成本成了降低总成本的有效途径，这促使了欠平衡钻井技术的应用、推广。
1.欠平衡钻井井控设备及工艺发展现状
近年来，欠平衡钻井技术在国内外得到迅猛发展，这主要归功于欠平衡钻井井控设备和工艺技术迅速发展。当然，欠平衡钻井井控设备的发展，为欠平衡钻井提供了强有力的硬件保障，通过多年的探索和研究，已经基本形成了低压井欠平衡钻井井控技术。
1.1 液体欠平衡钻井井控技术现状
液体欠平衡钻井技术产生于上世纪30年代，经过半个多世纪的发展，目前已作为常规欠平衡钻井技术在全球大范围的推广应用了，其井控工艺技术也相对完善成熟。但是，液体欠平衡钻井技术主要针对岩性致密、低孔、低渗特征的储层，且地层压力较低，低压井欠平衡钻井井控技术相对成熟。而针对川西深层高压、裂缝发育情况不详的储层，采用液体欠平衡钻井相应的井控工艺技术目前还正在探索中。
1.2 气体欠平衡钻井井控技术现状早在本世纪50、60年代，为防止井漏和提高机械钻速，人们就提出并应用了该项技术，但出于安全方面的考虑，未能引起人们的重视，国外许多大公司大力研究和应用这项技术，无论在气体钻井工艺和技术还是装备方面都取得了飞速的发展，美国和加拿大应用该技术比较普遍，他们常采用注氮气、空气、天然气等轻质流体钻井，成功地解决了地层比较坚硬的问题，其配套设备也日趋完善，技术趋于成熟。在国内，由于某些区块的地质特点，造成在该地区钻井遇到了一系列复杂情况和事故，主要表现为极易井斜、复杂的井眼不稳定、长段井漏、多压力系统、井深、地层高研磨性以及岩石不均质特性等，加之钻井设备老化等因素，己严重影响了机械钻速。
2.欠平衡钻井井控装置及流程配套工艺技术研究
为了保证钻井生产的安全进行，欠平衡压力钻井技术必须与己经发展成熟的井控设备与井控技术相结合，才能发挥欠平衡压力钻井的优势。
2.1 地面流程配套技术。多级节流系统如果地层压力大于钻井液液柱压力，钻井时，地层流体就有可能进入钻井液中导致溢流甚至井喷等事故的发生。对钻井过程及时进行压井控制，保持钻井液压力大于地层压力非常必要的。常用的压井装置由节流管汇和电控箱构成，操作电控箱手柄可以调节节流管汇节流阀的通道面积大小，产生一个附加的井口套压，使井底压力稍大于地层压力，有效阻止地层流体继续进入井眼环空，也就排除了溢流或井喷的危险。
2.2 欠平衡钻井井下工具配套工艺
2.2.1方钻杆上、下旋塞阀大多数情况下，方钻杆上、下旋塞阀一般采用球阀结构，通过手动开启和关闭旋塞阀。上旋塞也可采用气动远程控制。联合使用上、下旋塞的好处是：保证方钻杆无论处于什么位置，都有一个旋塞阀可以使用。即使当一个出现故障时，另一个可正常使用。
2.2.2钻具止回阀弹簧式碟形止回阀、投入式止回阀、浮阀和箭形止回阀是钻具止回阀的几种常用形式，使用方法也因形式不同而异。常规钻井中，钻具止回阀易被泥浆的冲蚀和腐蚀而损坏，故一般放在钻台上备用，需要时再连接。
2.2.3钻具旁通阀欠平衡钻井装置顶部装有钻具旁通阀，压井作业中，钻头水眼被堵时，使用钻具旁通阀可继续作业。当钻头水眼被堵，将方钻杆投球卸掉，开泵憋压剪断固定销，即可打开排泄孔，建立循环。
3.欠平衡钻井井身结构研究
3.1 欠平衡钻井井身结构的确定由于欠平衡钻井具有特殊性，实施欠平衡钻井其井身结构的确定也具备特殊性。为此，针对不同的欠平衡钻井方式，提出如下的井身结构设计原则：（1）气体欠平衡钻井由于气体钻井施工过程中，井筒内主要是气体，其产生的气柱压力相对钻井液产生的液柱压力要低很多，这就要求上部井筒的抗外挤强度和抗内压强度必须达到一定的安全系数。实施气体钻井的上部井段所下套管能承受上部地层的抗外挤压力和承受下部井段可能产气所形成的抗内压力；由于气体钻井施工过程中一旦钻遇地层出水量大于3m3/h，气体钻井就可能中断，所以实施气体钻井前井身结构设计应考虑封隔上部的出水层；实施气体钻井，在进行井身结构设计还应考虑气体钻井井段的地层稳定性，应在气体钻井井段前尽量封隔易坍塌层易发生塑性流动的层位。（2）液体欠平衡钻井，采用液体欠平衡钻井与常规钻井相比较而言，其具有低压头的特点，在实施欠平衡钻井过程中，一旦有气浸，井口压力迅速升高，此时，井口压力控制就显得十分重要，而井口压力的控制需要有合理的井身结构。实施液体欠平衡钻井的上部井段所下套管能承受上部地层的抗外挤压力和承受下部井段可能产气所形成的抗内压力；实施液体欠平衡钻井，在进行井身结构设计还应考虑液体欠平衡钻井井段的地层稳定性，应在液体欠平衡钻井井段前尽量封隔易坍塌层和易发生塑性流动的层位。
3.3 欠平衡钻井钻头程序和套管程序优化。套管与井眼尺寸选择原则确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后再确定下入中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。选择套管与钻头系列的原则一般是要满足以下几方面的要求：①套管层数要满足封隔不同压力体系的地层及适度加深的要求，并有利于安全钻井。②套管与井眼间隙要有利于套管顺利下入和提高固井质量，且能有效封隔目的层。③套管和钻头规格基本符合API标准，并向国内常用产品系列靠拢。④目的层套管尺寸要满足试油、开采及井下作业等方面的要求，尽量采用大尺寸井眼完井。⑤采用气体钻井的井段，尽量保证大的环空面积，以便压井液进入环空后不至于很快被地层产出的天然气携带出从而节约压井作业时间和降低井控风险。⑥要有利于提高钻井速度，缩短建井周期，减小生产成本。
4.结语
与常规钻井相比，欠平衡钻井具有更为显著的经济效益。就其自身的技术优势和目前国内外的应用情况来看，必定有良好的应用前景。虽然，国内外对欠平衡钻井技术的应用已相当多，但这项技术还存在着不足，仍需改进。一套成熟的适应高压气井的欠平衡钻井井控技术和设备还有待开发。希望经过不断的探索，能够让欠平衡钻井工艺技术在我国尽早成熟起来，并在石油天然气工业的勘探与开发中发挥其应有的作用。
参考文献
[1] 李俊波，赵胜英.高压可控压力欠平衡钻井系统[J].石油机械，2002，（04）.
[2] 任中启.欠平衡钻井技术的应用[J].石油钻采工艺，2000，（03）.