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陕西煤田地质油气钻采有限公司 陕西省西安市 710054
摘要：欠平衡钻井是指在钻井过程中钻井液循环体系的井底压力低于地层孔隙压力，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的基础上，结合已有的研究成果，开展了欠平衡钻井技术的探讨。
关键词：煤层气；欠平衡钻井；发展建议
前言：目前，煤层气勘探开发的难度越来越大，开发设备的投入成本也越来越高。这种形势就对煤层气的勘探开发提出了两条要求：一是要降低成本；二是要实现技术进步，以满足越来越高的勘探难度要求。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，这促进了欠平衡钻井技术的应用与推广。与常规钻井相比，欠平衡钻井具有更为显著的经济效益。
一、欠平衡钻井工艺的发展现状
近年来，欠平衡钻井技术在国内外都得到了迅猛的发展，这主要归功于欠平衡钻井井控设备和工艺技术的迅速发展。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、液体欠平衡钻井井控技术产生于上世纪30年代，经过半个多世纪的发展，目前已经是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。
2、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。
二、欠平衡钻井的优越性
1、防止地层伤害、提高油井产能
欠平衡钻井可防止常规钻井造成的地层损害，常规钻井造成地层损害的原因主要有以下几个方面：
（1）钻井液滤失速度高，造成地层细颗粒和粘土颗粒的运移；
（2）钻井液中加入的固相或钻井中产生的固相侵入地层；
（3）存在可能发生钻井液严重侵入的高渗层；
（4）地层对侵入的水相、油相敏感，导致钻井液滤液留在地层中，影响了近井眼地区的渗透率，产生永久性产能下降；
（5）侵入液与产层或地层液发生不利反应（如粘土膨胀、化学吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等）。
2、减轻工程复杂、提高机械钻速
（1）提高了防喷能力，防止井喷失控；
（2）降低了液柱压力，减轻井漏和压差卡钻；
（3）消除压持效应，有利于提高机械钻速。
三、实施欠平衡钻井的条件
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。现场制氮这种方法，目前国外普遍采用。
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。欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，国外目前比较先进的专用装备系统主要有：高压旋转分流器-防喷器系统、液流导向系统、地面分离系统、隔水管帽（Riser Cap）旋转防喷器系统、实用隔水管（Virtual Riser）装置、地面数据采集系统。
四、国内欠平衡钻井技术的发展建议
1、进一步研究欠平衡钻井工艺技术
中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。虽然国内对欠平衡钻井技术已进行了一些理论上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范围较窄，过去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡条件下的边喷边钻技术上，其它方式的欠平衡钻井技术，如使用空气、氮气、泡沫、充气钻井液进行欠平衡钻井，还很少涉及到，所以需扩大研究欠平衡钻井技术内容，如：进一步研究欠平衡钻井工艺技术、进行欠平衡钻井数值模拟研究、扩大欠平衡钻井的适用范围、重视欠平衡钻井技术的选择和正确的设计、增大欠平衡钻井井数，以提高欠平衡钻井的规模效益等方面的研究。
2、加强国内欠平衡钻井设备系列配套的研制
随着欠平衡钻井技术的发展，开发出了一些较先进的欠平衡钻井地面设备，如旋转防喷器（额定的动密封压力已达17.5MPa）、闭式四相分离处理系统等，这为安全、有效地欠平衡钻井提供了必要条件，有些设备国内有些油田已引进。而国内也早在1980年代就开始进行研制旋转防喷器和钻井液/气体分離器，但这些设备在某些设计结构上及技术指标上，与国外相比，还有一些差距，因此，还需在吸收国外设备先进技术的基础上，加强国内的研制工作，使其系列配套，满足欠平衡钻井的需要。
3、进行欠平衡连续油管钻井技术的研究
欠平衡连续油管钻井技术与常规钻井技术相比，具有钻井效率高，在整个作业过程中因不连接钻杆，可始终保持负压条件，能有效地减少地层损害，钻井安全可靠等优点，由于这些优点，适合其它欠平衡钻井方法不适合的高压和含H2S地层的钻井。国外已大力发展，而我们国内还未涉及，对此，国内应对该项技术进行一些理论上的探索和研究，大力发展利用欠平衡连续油管钻井技术进行老井加深、老井侧钻、小井眼钻井、浅气层及低压油气藏的钻井技术，以提高这些井的钻井效率、降低钻井成本、提高油气采收率。
结语：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，和其他行业一样，让我国的钻井行业也快速崛起。
参考文献：
[1]林洪德.煤层气井空气钻井条件下地质录井面临的新问题及解决方法[J].中国煤炭地质，2009，（S1）.
[2]周尚忠.煤层气地球物理测井系列选择[J].中国煤层气，2009（2）：25-27.
摘要：欠平衡钻井是指在钻井过程中钻井液循环体系的井底压力低于地层孔隙压力，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的基础上，结合已有的研究成果，开展了欠平衡钻井技术的探讨。
关键词：煤层气；欠平衡钻井；发展建议
前言：目前，煤层气勘探开发的难度越来越大，开发设备的投入成本也越来越高。这种形势就对煤层气的勘探开发提出了两条要求：一是要降低成本；二是要实现技术进步，以满足越来越高的勘探难度要求。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，这促进了欠平衡钻井技术的应用与推广。与常规钻井相比，欠平衡钻井具有更为显著的经济效益。
一、欠平衡钻井工艺的发展现状
近年来，欠平衡钻井技术在国内外都得到了迅猛的发展，这主要归功于欠平衡钻井井控设备和工艺技术的迅速发展。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、液体欠平衡钻井井控技术产生于上世纪30年代，经过半个多世纪的发展，目前已经是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。
2、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。
二、欠平衡钻井的优越性
1、防止地层伤害、提高油井产能
欠平衡钻井可防止常规钻井造成的地层损害，常规钻井造成地层损害的原因主要有以下几个方面：
（1）钻井液滤失速度高，造成地层细颗粒和粘土颗粒的运移；
（2）钻井液中加入的固相或钻井中产生的固相侵入地层；
（3）存在可能发生钻井液严重侵入的高渗层；
（4）地层对侵入的水相、油相敏感，导致钻井液滤液留在地层中，影响了近井眼地区的渗透率，产生永久性产能下降；
（5）侵入液与产层或地层液发生不利反应（如粘土膨胀、化学吸附、润湿性改变、乳化沉淀、结垢等）。
2、减轻工程复杂、提高机械钻速
（1）提高了防喷能力，防止井喷失控；
（2）降低了液柱压力，减轻井漏和压差卡钻；
（3）消除压持效应，有利于提高机械钻速。
三、实施欠平衡钻井的条件
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。现场制氮这种方法，目前国外普遍采用。
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。欠平衡钻井所用的地面常规装备有：氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，国外目前比较先进的专用装备系统主要有：高压旋转分流器-防喷器系统、液流导向系统、地面分离系统、隔水管帽（Riser Cap）旋转防喷器系统、实用隔水管（Virtual Riser）装置、地面数据采集系统。
四、国内欠平衡钻井技术的发展建议
1、进一步研究欠平衡钻井工艺技术
中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。虽然国内对欠平衡钻井技术已进行了一些理论上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范围较窄，过去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡条件下的边喷边钻技术上，其它方式的欠平衡钻井技术，如使用空气、氮气、泡沫、充气钻井液进行欠平衡钻井，还很少涉及到，所以需扩大研究欠平衡钻井技术内容，如：进一步研究欠平衡钻井工艺技术、进行欠平衡钻井数值模拟研究、扩大欠平衡钻井的适用范围、重视欠平衡钻井技术的选择和正确的设计、增大欠平衡钻井井数，以提高欠平衡钻井的规模效益等方面的研究。
2、加强国内欠平衡钻井设备系列配套的研制
随着欠平衡钻井技术的发展，开发出了一些较先进的欠平衡钻井地面设备，如旋转防喷器（额定的动密封压力已达17.5MPa）、闭式四相分离处理系统等，这为安全、有效地欠平衡钻井提供了必要条件，有些设备国内有些油田已引进。而国内也早在1980年代就开始进行研制旋转防喷器和钻井液/气体分離器，但这些设备在某些设计结构上及技术指标上，与国外相比，还有一些差距，因此，还需在吸收国外设备先进技术的基础上，加强国内的研制工作，使其系列配套，满足欠平衡钻井的需要。
3、进行欠平衡连续油管钻井技术的研究
欠平衡连续油管钻井技术与常规钻井技术相比，具有钻井效率高，在整个作业过程中因不连接钻杆，可始终保持负压条件，能有效地减少地层损害，钻井安全可靠等优点，由于这些优点，适合其它欠平衡钻井方法不适合的高压和含H2S地层的钻井。国外已大力发展，而我们国内还未涉及，对此，国内应对该项技术进行一些理论上的探索和研究，大力发展利用欠平衡连续油管钻井技术进行老井加深、老井侧钻、小井眼钻井、浅气层及低压油气藏的钻井技术，以提高这些井的钻井效率、降低钻井成本、提高油气采收率。
结语：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，和其他行业一样，让我国的钻井行业也快速崛起。
参考文献：
[1]林洪德.煤层气井空气钻井条件下地质录井面临的新问题及解决方法[J].中国煤炭地质，2009，（S1）.
[2]周尚忠.煤层气地球物理测井系列选择[J].中国煤层气，2009（2）：25-27.