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[摘 要]近年来，随着各大油田水平井和多底井的广泛钻探，一种新的钻采技术随之应运而生，即欠平衡钻井技术。该技术最大的优点是能够有效减少钻井作业对地层的伤害，并且还能有效提高钻速，这不仅避免了卡钻等事故的发生，还进一步降低了钻井作业成本。基于此点，就欠平衡钻井技术在油田井中的应用进行浅谈。
[关键词]欠平衡 钻井技术 油田
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0141-01
随着油气勘探对象的日趋复杂和钻探工作量的不断增加，欠平衡钻井（underbalaneed drilling）技术作为一项提高勘探开发效益的钻井新技术也在不断完善和快速发展，其又称为负压钻井，是指在钻井过程中井底压力低于地层压力，地层流体有控制地进入井筒并循环至地面的钻井技术。随着开发中、后期的油田由于压力递减而进入低压油田范畴，欠平衡钻井的主要技术尤其适合开发这类油田。因此， 欠平衡钻井自身具有的技术优势与油田勘探开发形式的需求决定了欠平衡钻井技术必定具有广阔的应用前景。
1 欠平衡钻井技术综述
1.1 技术优势
（1） 钻进速度快。欠平衡钻井是在负压条件进行钻进的，从而避免了钻机在钻进过程中对岩石的重复切削，这样一来使得设备的钻进速度明显提升。
（2） 能够显著提高单井产量。欠平衡钻井技术是以井筒的负压差为前提，对于油气层起到一定的保护作用，并且还能发现油气层，因此使用该技术在显著提高勘探成功率的同时，又能进一步提升油气产量。
（3） 卡钻、坍塌等事故几率明显降低。在较为严重的漏失性和水敏性层段采用该技术进行钻井，可以有效防止地层漏失情况的发生，同时还能避免卡钻和坍塌等事故。
（4）综合效益良好。由于欠平衡钻井技术不但能够提高钻速，同时还能减少各类钻井事故的发生几率，同时还可以发现和保护油气层，因此综合效益良好。
1.2 主要方式
目前实现欠平衡钻井较为常用的有以下两种方法：（1）自然条件法；该方法具体是指当地层压力系数大于1.10时，通过使用普通的钻井液，并人为降低钻井液的密度来实现欠平衡钻井施工。（2）人工诱导法；这种方法在地层压力较低的油气田中应用较多，其具体操作是当地层的压力系数小于1.10且使用普通钻井液难以实现欠平衡钻井作业时，通过人工充入各种气体的方式来实现欠平衡钻井条件。
1.3 应用条件
按照欠平衡鉆井的技术特点以及以往大量的工程实践经验，适宜采用该技术进行钻井作业的地层有以下几大类：（1）微裂缝地层和枯竭的油气层；（2）胶结条件相对较差的高渗砂岩地层；（3）对水基钻井液敏感成分含量过高的地层；（4）含油饱和度相对较低或是低束缚水的脱水地层；（5）与钻井液的滤液存在严重不相容的地层；（6）高渗且胶结条件良好的碳酸岩和结晶砂岩地层。
1.4 关键设备
为了进一步确保钻井作业的安全性以及钻井工艺的特殊要求，采用欠平衡钻井技术进行施工作业时，需要配备一些较为特殊的设备，具体包括以下几种：旋转防喷器、防喷器组、钻具内放喷工具、油气处理设备、气液固相分离装置、气体压缩及注入设备以及安全防护没备等等。
2 欠平衡钻井技术在油田的具体应用
2.1 钻井液的选择
在应用欠平衡钻井技术的过程中，钻井液的选择是比较重要的环节之一，其直接关系到欠平衡钻井能否达到预期目标。比较常用的钻井液有以下几大类：其一，常规钻井液；其二，由干燥剂、防腐剂和各种气体组合而成的雾流体或是气流体；其三，充气水基和充气油基钻井液；其四，泡沫钻井液。在选用钻井液时除了应当充分考虑油田储层以及流体等因素，还应考虑以下情况：
（1）钻井液与底层流体间的形容性。在钻井施工的过程中，常会遇到地层当中的油水一并进入井筒的情况，这部分油水会与钻井液发生接触后会产生反应，如出现粘度较高的乳化液、沉淀物等等，此类问题需要在选择钻井液予以充分考虑，以免影响欠平衡
钻井的作业效果。
（2）钻井液的粘度与防腐。粘度的高低对是否能够获得充分清洁的紊流关系密切，所以要根据欠平衡钻井采用的方法及其工艺参数合理确定出钻井液的最佳粘度；钻井液本身的防腐问题也是必须考虑的，由于地层当中产生出来的硫、氢、盐水以及微量氧等都具有一定的腐蚀性，所以应当通过添加防腐剂来提高钻井液的抗腐蚀能力。
2.2 欠压值的确定
在应用欠平衡钻井技术进行作业时，必须准确确定出欠压值。通常情况下，钻井过程中最大欠压值应当能够确保地层出气量满足以下几个方面的要求：首先是出气量不得超出分离器做大分离能力；其次因地层出气量造成的井口压力大小不得超出旋转防喷器额定压力值的8O%；第三是由于地层的整体出气量会对钻井液的当量循环造成一定的影响，这个影响值不得低于裸眼坍塌压力当量密度的最小值。
2.3 井口回压控制
储层当中出气量的不断增加会导致环空液柱的压力降低，这样一来便会使欠压值增大。由于环控液柱的压力会随着出气量的增加而持续降低，为确保欠压值稳定，就必须对井口施加额外的压力。在应用欠平衡钻井技术进行实际施工作业时，油气的产出量属于一个变量，所以必须对回压进行实时调整，当井口的回压呈现出逐渐上升的趋势并达到旋转控制器额定工作压力时，应当停钻并关闭防喷器来实现循环，直至井口的压力恢复到正常状态后方可继续作业。
2.4 带压测井
带压测井实质上就是在地层压力大于钻井液液柱压力时实施的测井作业。如果井内的液柱压力与地层压力无法保持平衡的话，便会导致井口套压，那么要想完成测井就必须对井口进行密封。为了能够顺利完成带压测井，应当选择合适的工具，如电缆防喷器、电缆动态密封控制器等。 3 欠平衡钻井的技术挑战
欠平衡钻井作为一种新型的钻井技术， 在油气资源勘探开发方面有其独特优势，但随着勘探开发难度的增加和欠平衡钻井应用范圍的拓展，它所面临的技术问题也越来越多，有些技术问题已经严重地制约着欠平衡钻井技术的进一步发展，主要表现在以下几个方面：
3.1 钻井成本高
钻井设备多，井场面积大，并且控流钻井通常采用含油钻井液以及采用注氮方式进行欠平衡钻井时，特别是在边远地区采用现场制氮设备制氮时，制氮设备的租金较高，而且完井时若采用强行起下钻起下钻柱，这些都导致钻井成本上升。
3.2 储层损害及储层选择
储层伤害的方式多种多样，有外来流体与地层不配伍而造成的储层伤害，也有因储层本身因受力平衡发生破坏而造成的储层伤害。伤害的程度则随着储层特征的不同而有所不同。
3.3 存在不安全的隐患
欠平衡钻井不同于常规过平衡钻井，其主要区别在于欠平衡钻井时，地层流体将会进入井筒参与循环。这些流体可能是油、水、天然气及对人体有害的气体，如H2S等。在使用气基流体进行欠平衡钻井时，可燃流体的进入可能造成井下着火或在地面引起事故，造成财产损失，甚至是人员伤害。
4 结论及建议
（1）欠平衡钻井在特殊油气藏的开发过程中能减少对油气层的伤害、有效保护油气层、提高油气井的产量、实时发现地质异常情况、及时评价低压低油气层、有效控制漏失、减少和避免压差卡钻等井下复杂情况的发生、提高机械钻速、延长钻头使用寿命、缩短钻井周期等优点。
（2）配备性能可靠的欠平衡钻井和完井作业的专用成套装备， 是开展欠平衡钻井、完井的最基本条件。改进了欠平衡钻井地面工艺流程、欠平衡取心工具与工艺、欠平衡射孔与后制孔衬管完井工艺等， 使欠平衡钻井完井处于国内领先地位。
（3）进行气体钻井取心工具改进和工艺技术的完善， 提高气体钻井取心的收获率， 配套运用气体钻井技术； 对欠平衡完井工艺和装备进一步研究完善， 丰富欠平衡完井方法； 研制不压井作业自动灌浆系统和恒压节流控制系统； 开展密闭循环欠平衡钻井技术研究。
参考文献
[1] 杨振平.欠平衡钻井技术的优势和挑战[J].内蒙古石油化工.2006，12（8）：74-76.
[2] 杨玻.欠平衡钻井完井配套技术完善与推广应用[J].钻采工艺.2007，30（02）：22-24.
[关键词]欠平衡 钻井技术 油田
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0141-01
随着油气勘探对象的日趋复杂和钻探工作量的不断增加，欠平衡钻井（underbalaneed drilling）技术作为一项提高勘探开发效益的钻井新技术也在不断完善和快速发展，其又称为负压钻井，是指在钻井过程中井底压力低于地层压力，地层流体有控制地进入井筒并循环至地面的钻井技术。随着开发中、后期的油田由于压力递减而进入低压油田范畴，欠平衡钻井的主要技术尤其适合开发这类油田。因此， 欠平衡钻井自身具有的技术优势与油田勘探开发形式的需求决定了欠平衡钻井技术必定具有广阔的应用前景。
1 欠平衡钻井技术综述
1.1 技术优势
（1） 钻进速度快。欠平衡钻井是在负压条件进行钻进的，从而避免了钻机在钻进过程中对岩石的重复切削，这样一来使得设备的钻进速度明显提升。
（2） 能够显著提高单井产量。欠平衡钻井技术是以井筒的负压差为前提，对于油气层起到一定的保护作用，并且还能发现油气层，因此使用该技术在显著提高勘探成功率的同时，又能进一步提升油气产量。
（3） 卡钻、坍塌等事故几率明显降低。在较为严重的漏失性和水敏性层段采用该技术进行钻井，可以有效防止地层漏失情况的发生，同时还能避免卡钻和坍塌等事故。
（4）综合效益良好。由于欠平衡钻井技术不但能够提高钻速，同时还能减少各类钻井事故的发生几率，同时还可以发现和保护油气层，因此综合效益良好。
1.2 主要方式
目前实现欠平衡钻井较为常用的有以下两种方法：（1）自然条件法；该方法具体是指当地层压力系数大于1.10时，通过使用普通的钻井液，并人为降低钻井液的密度来实现欠平衡钻井施工。（2）人工诱导法；这种方法在地层压力较低的油气田中应用较多，其具体操作是当地层的压力系数小于1.10且使用普通钻井液难以实现欠平衡钻井作业时，通过人工充入各种气体的方式来实现欠平衡钻井条件。
1.3 应用条件
按照欠平衡鉆井的技术特点以及以往大量的工程实践经验，适宜采用该技术进行钻井作业的地层有以下几大类：（1）微裂缝地层和枯竭的油气层；（2）胶结条件相对较差的高渗砂岩地层；（3）对水基钻井液敏感成分含量过高的地层；（4）含油饱和度相对较低或是低束缚水的脱水地层；（5）与钻井液的滤液存在严重不相容的地层；（6）高渗且胶结条件良好的碳酸岩和结晶砂岩地层。
1.4 关键设备
为了进一步确保钻井作业的安全性以及钻井工艺的特殊要求，采用欠平衡钻井技术进行施工作业时，需要配备一些较为特殊的设备，具体包括以下几种：旋转防喷器、防喷器组、钻具内放喷工具、油气处理设备、气液固相分离装置、气体压缩及注入设备以及安全防护没备等等。
2 欠平衡钻井技术在油田的具体应用
2.1 钻井液的选择
在应用欠平衡钻井技术的过程中，钻井液的选择是比较重要的环节之一，其直接关系到欠平衡钻井能否达到预期目标。比较常用的钻井液有以下几大类：其一，常规钻井液；其二，由干燥剂、防腐剂和各种气体组合而成的雾流体或是气流体；其三，充气水基和充气油基钻井液；其四，泡沫钻井液。在选用钻井液时除了应当充分考虑油田储层以及流体等因素，还应考虑以下情况：
（1）钻井液与底层流体间的形容性。在钻井施工的过程中，常会遇到地层当中的油水一并进入井筒的情况，这部分油水会与钻井液发生接触后会产生反应，如出现粘度较高的乳化液、沉淀物等等，此类问题需要在选择钻井液予以充分考虑，以免影响欠平衡
钻井的作业效果。
（2）钻井液的粘度与防腐。粘度的高低对是否能够获得充分清洁的紊流关系密切，所以要根据欠平衡钻井采用的方法及其工艺参数合理确定出钻井液的最佳粘度；钻井液本身的防腐问题也是必须考虑的，由于地层当中产生出来的硫、氢、盐水以及微量氧等都具有一定的腐蚀性，所以应当通过添加防腐剂来提高钻井液的抗腐蚀能力。
2.2 欠压值的确定
在应用欠平衡钻井技术进行作业时，必须准确确定出欠压值。通常情况下，钻井过程中最大欠压值应当能够确保地层出气量满足以下几个方面的要求：首先是出气量不得超出分离器做大分离能力；其次因地层出气量造成的井口压力大小不得超出旋转防喷器额定压力值的8O%；第三是由于地层的整体出气量会对钻井液的当量循环造成一定的影响，这个影响值不得低于裸眼坍塌压力当量密度的最小值。
2.3 井口回压控制
储层当中出气量的不断增加会导致环空液柱的压力降低，这样一来便会使欠压值增大。由于环控液柱的压力会随着出气量的增加而持续降低，为确保欠压值稳定，就必须对井口施加额外的压力。在应用欠平衡钻井技术进行实际施工作业时，油气的产出量属于一个变量，所以必须对回压进行实时调整，当井口的回压呈现出逐渐上升的趋势并达到旋转控制器额定工作压力时，应当停钻并关闭防喷器来实现循环，直至井口的压力恢复到正常状态后方可继续作业。
2.4 带压测井
带压测井实质上就是在地层压力大于钻井液液柱压力时实施的测井作业。如果井内的液柱压力与地层压力无法保持平衡的话，便会导致井口套压，那么要想完成测井就必须对井口进行密封。为了能够顺利完成带压测井，应当选择合适的工具，如电缆防喷器、电缆动态密封控制器等。 3 欠平衡钻井的技术挑战
欠平衡钻井作为一种新型的钻井技术， 在油气资源勘探开发方面有其独特优势，但随着勘探开发难度的增加和欠平衡钻井应用范圍的拓展，它所面临的技术问题也越来越多，有些技术问题已经严重地制约着欠平衡钻井技术的进一步发展，主要表现在以下几个方面：
3.1 钻井成本高
钻井设备多，井场面积大，并且控流钻井通常采用含油钻井液以及采用注氮方式进行欠平衡钻井时，特别是在边远地区采用现场制氮设备制氮时，制氮设备的租金较高，而且完井时若采用强行起下钻起下钻柱，这些都导致钻井成本上升。
3.2 储层损害及储层选择
储层伤害的方式多种多样，有外来流体与地层不配伍而造成的储层伤害，也有因储层本身因受力平衡发生破坏而造成的储层伤害。伤害的程度则随着储层特征的不同而有所不同。
3.3 存在不安全的隐患
欠平衡钻井不同于常规过平衡钻井，其主要区别在于欠平衡钻井时，地层流体将会进入井筒参与循环。这些流体可能是油、水、天然气及对人体有害的气体，如H2S等。在使用气基流体进行欠平衡钻井时，可燃流体的进入可能造成井下着火或在地面引起事故，造成财产损失，甚至是人员伤害。
4 结论及建议
（1）欠平衡钻井在特殊油气藏的开发过程中能减少对油气层的伤害、有效保护油气层、提高油气井的产量、实时发现地质异常情况、及时评价低压低油气层、有效控制漏失、减少和避免压差卡钻等井下复杂情况的发生、提高机械钻速、延长钻头使用寿命、缩短钻井周期等优点。
（2）配备性能可靠的欠平衡钻井和完井作业的专用成套装备， 是开展欠平衡钻井、完井的最基本条件。改进了欠平衡钻井地面工艺流程、欠平衡取心工具与工艺、欠平衡射孔与后制孔衬管完井工艺等， 使欠平衡钻井完井处于国内领先地位。
（3）进行气体钻井取心工具改进和工艺技术的完善， 提高气体钻井取心的收获率， 配套运用气体钻井技术； 对欠平衡完井工艺和装备进一步研究完善， 丰富欠平衡完井方法； 研制不压井作业自动灌浆系统和恒压节流控制系统； 开展密闭循环欠平衡钻井技术研究。
参考文献
[1] 杨振平.欠平衡钻井技术的优势和挑战[J].内蒙古石油化工.2006，12（8）：74-76.
[2] 杨玻.欠平衡钻井完井配套技术完善与推广应用[J].钻采工艺.2007，30（02）：22-24.