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摘要：欠平衡钻井（UBD）是伴随着水平井、多底井而发展起来的先进钻井技术。采用这项技术，可以有效地防止钻井过程中对产层的伤害，有利于保护油气层，提高钻速、降低成本，减少井漏及压差卡钻等复杂情况。本文介绍了欠平衡钻井技术工艺原理，阐述了实施欠平衡钻井的条件与优点，以及国内开展欠平衡钻井技术进展。
关键词：欠平衡钻井 工艺原理 应用条件 技术进展
1 欠平衡钻井技术原理
1.1 欠平衡钻井定义
钻进过程中钻井液液柱压力低于产层压力，允许产层流体流入井眼， 通过地面有效控制，将其循环到地面，进行有效分离的技术叫欠平衡钻井。
1. 2 常规钻井井控与欠平衡钻井井控不同
1 .2. 1 常规钻井井控特点
①保持井底压力大于地层孔隙压力。
②为避免井涌，要保持足够的钻井液密度，防止地层流体进入井筒。③地层流体进入井筒时，停止钻井作业。
④井筒钻井液漏失时，停止钻井作业。
⑤将油气保留在井底，不许带出井口。
⑥井底压力低于地层压力时循环钻井液，不能保持钻井液槽液面不变。
1.2.2欠平衡钻井井控特点
①保持井底压力低于地层孔隙压力。
②降低钻井液密度，使地层流体溢出。
③地层流体进入井筒时，继续钻进。
④井筒钻井液有漏失时，继续钻进。
⑤将井内油气带出井口。
⑥井底压力低于地层压力时循环钻井液， 保持钻井液槽液面不变。
1.3 欠平衡钻井工艺流程
欠平衡钻井就是在常规闸板、 环形防喷器的上部安装一套防喷器（ 旋转控制头），钻进时采用低密度常规钻井液或在钻井液中充入氮气或天然气，或采用干气、泡沫钻井液等， 使环空液柱压力低于地层压力。在无油气显示时，钻井液通过旋转防喷器旁侧法兰出口管线至振动筛正常循环； 当正常循环不能实施时，关闭旋转防喷器旁通法兰连接的液动阀，改由体外循环。利用旋转防喷器和节流管汇，控制井口一定压力和井底负压，使井内油气有控制地进入井眼，经体外循环系统有效分离后，保持入口钻井液一定的密度，重新泵入井内，实现连续钻进。
2 实施欠平衡钻井的条件与优点
2.1 应用条件
有很多不同技术能确保达到预期的欠平衡条件，目前，主要的方法是控制用于循环的钻井液的密度，使钻井液在井筒内形成的静液液柱压力低于地层孔隙压力，而钻井液可以是单独的气相或液相，也可以是气液两相混合。气相和气液两相钻井液可人工诱导产生欠平衡条件，而液相钻井液可利用地层较大的压力而自然形成欠平衡条件。钻井，石油，装备，机械，设备，钻井机，海洋钻井，钻井液，完井，固井气态钻井液，在欠平衡钻井技术中，最简单最早的欠平衡钻井技术是采用干燥空气作为钻井液。后来选用天气然作为钻井液。当在产气区钻井或接近天然气管线的区域使用天然气钻井，成本是较低的。另一种选择的气体是用惰性氮气代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气
两相钻井液，从单一的气相和单一的液体的所液两相的混合就可获得任一所期望得到的钻井液密度。气体和液体的混合物，有时也称为轻质钻井液（低密度钻井液），按气相和液相的结构及相对体积数，轻质钻井液又分为雾、泡沫和充气钻井液，在通常的压力和温度情况下，它们的结构及性能取决了气相和液相的相对体积分数。不同的钻井液具有不同的密度。
液态钻井液，当地层孔隙压力通常超过同一深度的淡水或盐水静液压力时，使用常规液钻井液，控制钻井液的密度就可利用地层压力自然形成欠平衡条件。
2.2 欠平衡钻井技术的优点
欠平衡钻井技术已经历了几十年的发展，但人们对欠平衡钻井的优点是逐渐认识的，早期，人们只认识到欠平衡钻井能提高硬地层的机械钻速，减少井漏及压差卡钻，而现在已进一步认识到，欠平衡钻井还能减少地层损害，提高产量，及时发现油气井地层等众多优点，这些均到现场证实。
（1）欠平衡钻井能提高钻井的机械钻速；（2）欠平衡钻井能提高钻头使用寿命；（3）欠平衡钻井可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失（4）欠平衡钻井能减少地层损害。
3 国内开展欠平衡钻井技术进展
3.1 国内开展欠平衡钻井情况
20世纪90年代，欠平衡钻井技术开始在国外迅速发展，目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口，到2010年将超过2万口。在许多发达国家，欠平衡钻井已经成为常规钻井技术，例如，美国、加拿大两国的欠平衡钻井已经占到本国钻井总量的1/5左右。欠平衡钻井技术有很多优点，例如，它能有效解决传统钻井污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害。它从根本上解决了井漏难题，还能有效发现各种隐蔽性的油气层，从而开采那些用传统方法、设备、工艺发现不了的油气田。欠平衡钻井技术还能大大提高油气开采效率，例如，第一，产量方面，根据某些国外企业的统计数据，与常规方法钻水平井相比，欠平衡钻井技术能够使水平井产量提高约10倍；第二，速度方面，欠平衡钻井的速度比常规钻井提高了10多倍，有的甚至超出约20倍。
3.2 国内开展欠平衡钻井技术进展
目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%～5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备
我国是钻井技术应用大国，例如，仅在国内，我国每年新打钻井1万多口。我国在世界钻井技术的发展方向上有话语权，适合制定拥有自主知识产权的国内技术标准。2006年8月，我国石油天然气工业标准化委员会下属的“石油钻井工程专业标准化委员会”联合国内三大石油集团，以及企业下属的主要研究院所，召开了“SY/T6543《欠平衡钻井技术规范》标准宣贯暨欠平衡钻井技术国际交流会”。此次会议发布、解释了SY/T6543《欠平衡钻井技术规范》的第1部分，设计方法；第2部分，井口压力控制装置及地面装置配备要求；第3部分，施工规程等。随着钻井技术标准化工作的深入发展，我国还将陆续发布其他相关标准。例如，“石油钻井工程专业标准化委员会”将升级为“国家石油钻井工程专业标准化委员会”。除了固井专业组，该委员会下属的海洋钻井工艺组、特殊工艺井组、钻井工艺组、泥浆组都将举行专业会议，审定其他一些工业标准。随着标准化工作的深入开展，我国欠平衡钻井领域的基础技术体系将浮出水面，我国企事业单位可望通过专利对技术标准涵盖的工艺、方法、装备等形成有效的控制。
4 结束语
（1）欠平衡钻井是一项工艺复杂、 施工难度大、风险性高的特殊作业。因此，施工过程中，必须严格管理、精心准备，做到设备配套要完善、人员素质要高、工艺技术措施要确保万无一失。否则，有可能造成重大井喷失控的灾难性事故发生。
（2）制定出较详细的欠平衡钻井各岗位作业规程，明确岗位职责，搞好井控演习、技术培训，是实施欠平衡钻井的重要前提。
（3）储备足够的加重钻井液和加重材料，确保井场水源充足，是欠平衡钻井安全施工的必备条件。
（4）搞好施工前欠平衡钻井可行性评估，提高施工投资效益。
参考文献
[1]罗平亚，孟英峰 低压欠平衡钻井 南充： 西南石油学院学报，19 98，2 0（2）
作者简介：宋奇，男，1975年10月出生，工程师，从事钻井工程技术管理工作。
关键词：欠平衡钻井 工艺原理 应用条件 技术进展
1 欠平衡钻井技术原理
1.1 欠平衡钻井定义
钻进过程中钻井液液柱压力低于产层压力，允许产层流体流入井眼， 通过地面有效控制，将其循环到地面，进行有效分离的技术叫欠平衡钻井。
1. 2 常规钻井井控与欠平衡钻井井控不同
1 .2. 1 常规钻井井控特点
①保持井底压力大于地层孔隙压力。
②为避免井涌，要保持足够的钻井液密度，防止地层流体进入井筒。③地层流体进入井筒时，停止钻井作业。
④井筒钻井液漏失时，停止钻井作业。
⑤将油气保留在井底，不许带出井口。
⑥井底压力低于地层压力时循环钻井液，不能保持钻井液槽液面不变。
1.2.2欠平衡钻井井控特点
①保持井底压力低于地层孔隙压力。
②降低钻井液密度，使地层流体溢出。
③地层流体进入井筒时，继续钻进。
④井筒钻井液有漏失时，继续钻进。
⑤将井内油气带出井口。
⑥井底压力低于地层压力时循环钻井液， 保持钻井液槽液面不变。
1.3 欠平衡钻井工艺流程
欠平衡钻井就是在常规闸板、 环形防喷器的上部安装一套防喷器（ 旋转控制头），钻进时采用低密度常规钻井液或在钻井液中充入氮气或天然气，或采用干气、泡沫钻井液等， 使环空液柱压力低于地层压力。在无油气显示时，钻井液通过旋转防喷器旁侧法兰出口管线至振动筛正常循环； 当正常循环不能实施时，关闭旋转防喷器旁通法兰连接的液动阀，改由体外循环。利用旋转防喷器和节流管汇，控制井口一定压力和井底负压，使井内油气有控制地进入井眼，经体外循环系统有效分离后，保持入口钻井液一定的密度，重新泵入井内，实现连续钻进。
2 实施欠平衡钻井的条件与优点
2.1 应用条件
有很多不同技术能确保达到预期的欠平衡条件，目前，主要的方法是控制用于循环的钻井液的密度，使钻井液在井筒内形成的静液液柱压力低于地层孔隙压力，而钻井液可以是单独的气相或液相，也可以是气液两相混合。气相和气液两相钻井液可人工诱导产生欠平衡条件，而液相钻井液可利用地层较大的压力而自然形成欠平衡条件。钻井，石油，装备，机械，设备，钻井机，海洋钻井，钻井液，完井，固井气态钻井液，在欠平衡钻井技术中，最简单最早的欠平衡钻井技术是采用干燥空气作为钻井液。后来选用天气然作为钻井液。当在产气区钻井或接近天然气管线的区域使用天然气钻井，成本是较低的。另一种选择的气体是用惰性氮气代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气
两相钻井液，从单一的气相和单一的液体的所液两相的混合就可获得任一所期望得到的钻井液密度。气体和液体的混合物，有时也称为轻质钻井液（低密度钻井液），按气相和液相的结构及相对体积数，轻质钻井液又分为雾、泡沫和充气钻井液，在通常的压力和温度情况下，它们的结构及性能取决了气相和液相的相对体积分数。不同的钻井液具有不同的密度。
液态钻井液，当地层孔隙压力通常超过同一深度的淡水或盐水静液压力时，使用常规液钻井液，控制钻井液的密度就可利用地层压力自然形成欠平衡条件。
2.2 欠平衡钻井技术的优点
欠平衡钻井技术已经历了几十年的发展，但人们对欠平衡钻井的优点是逐渐认识的，早期，人们只认识到欠平衡钻井能提高硬地层的机械钻速，减少井漏及压差卡钻，而现在已进一步认识到，欠平衡钻井还能减少地层损害，提高产量，及时发现油气井地层等众多优点，这些均到现场证实。
（1）欠平衡钻井能提高钻井的机械钻速；（2）欠平衡钻井能提高钻头使用寿命；（3）欠平衡钻井可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失（4）欠平衡钻井能减少地层损害。
3 国内开展欠平衡钻井技术进展
3.1 国内开展欠平衡钻井情况
20世纪90年代，欠平衡钻井技术开始在国外迅速发展，目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口，到2010年将超过2万口。在许多发达国家，欠平衡钻井已经成为常规钻井技术，例如，美国、加拿大两国的欠平衡钻井已经占到本国钻井总量的1/5左右。欠平衡钻井技术有很多优点，例如，它能有效解决传统钻井污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害。它从根本上解决了井漏难题，还能有效发现各种隐蔽性的油气层，从而开采那些用传统方法、设备、工艺发现不了的油气田。欠平衡钻井技术还能大大提高油气开采效率，例如，第一，产量方面，根据某些国外企业的统计数据，与常规方法钻水平井相比，欠平衡钻井技术能够使水平井产量提高约10倍；第二，速度方面，欠平衡钻井的速度比常规钻井提高了10多倍，有的甚至超出约20倍。
3.2 国内开展欠平衡钻井技术进展
目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%～5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备
我国是钻井技术应用大国，例如，仅在国内，我国每年新打钻井1万多口。我国在世界钻井技术的发展方向上有话语权，适合制定拥有自主知识产权的国内技术标准。2006年8月，我国石油天然气工业标准化委员会下属的“石油钻井工程专业标准化委员会”联合国内三大石油集团，以及企业下属的主要研究院所，召开了“SY/T6543《欠平衡钻井技术规范》标准宣贯暨欠平衡钻井技术国际交流会”。此次会议发布、解释了SY/T6543《欠平衡钻井技术规范》的第1部分，设计方法；第2部分，井口压力控制装置及地面装置配备要求；第3部分，施工规程等。随着钻井技术标准化工作的深入发展，我国还将陆续发布其他相关标准。例如，“石油钻井工程专业标准化委员会”将升级为“国家石油钻井工程专业标准化委员会”。除了固井专业组，该委员会下属的海洋钻井工艺组、特殊工艺井组、钻井工艺组、泥浆组都将举行专业会议，审定其他一些工业标准。随着标准化工作的深入开展，我国欠平衡钻井领域的基础技术体系将浮出水面，我国企事业单位可望通过专利对技术标准涵盖的工艺、方法、装备等形成有效的控制。
4 结束语
（1）欠平衡钻井是一项工艺复杂、 施工难度大、风险性高的特殊作业。因此，施工过程中，必须严格管理、精心准备，做到设备配套要完善、人员素质要高、工艺技术措施要确保万无一失。否则，有可能造成重大井喷失控的灾难性事故发生。
（2）制定出较详细的欠平衡钻井各岗位作业规程，明确岗位职责，搞好井控演习、技术培训，是实施欠平衡钻井的重要前提。
（3）储备足够的加重钻井液和加重材料，确保井场水源充足，是欠平衡钻井安全施工的必备条件。
（4）搞好施工前欠平衡钻井可行性评估，提高施工投资效益。
参考文献
[1]罗平亚，孟英峰 低压欠平衡钻井 南充： 西南石油学院学报，19 98，2 0（2）
作者简介：宋奇，男，1975年10月出生，工程师，从事钻井工程技术管理工作。