复杂井钻井技术讲义.doc

钻井新技术讲义 石油钻井工程是一个高风险、高投入、技术密集、资金密集的系统工程，为了提高钻井速度，避免和减少可能发生的钻井复杂情况和事故，提高钻井技术和经济指标，完成钻探目的，钻井工艺技术得到了迅速发展。本章主要介绍目前应用的一些钻井新技术。 第一节 欠平衡钻井工艺技术 欠平衡钻井就是利用自然或人工方法使钻井液当量循环压力低于地层压力，地层流体有控制地流入井筒的一种钻井方式。 一、欠平衡钻井的分类及其优点 欠平衡钻井分为自然法和人工诱导法欠平衡钻井两种类型。自然法欠平衡钻井又叫边喷边钻，一般是在地层压力系数大于1.10时，采用常规钻井液，用降低钻井液密度来实现欠平衡钻井；而人工诱导法欠平衡钻井，一般是在地层压力系数小于1．10，当采用常规钻井液无法实现欠平衡钻井时，直接使用低密度流体（气雾、泡沫、空气、天然气、氮气等）作为循环介质，或往钻井液基液中注气等方法，实现欠平衡钻井。 人工诱导法欠平衡钻井中根据使用的钻井流体类型又分为： （1）纯气体欠平衡钻井（一般为氮气或天然气）。 （2）充气欠平衡钻井。 （3）雾化欠平衡钻井。 （4）泡沫欠平衡钻井。 欠平衡钻井的优点： （1）减少储层损害，有效地保护油气层。 （2）实时评价地层，及时发现产层。 （3）防止或减少井漏、卡钻等复杂事故。 （4）显著提高机械钻速。 （5）延长钻头使用寿命。 二、欠平衡钻井的条件 欠平衡钻井必须具备以下几方面的基本条件： （1）地层压力比较清楚，裸眼段地层压力系数相对单一，即地层孔隙压力梯度应基本一致。 （2）地层岩性比较稳定，不易坍塌。 （3）地层流体不含硫化氢。 （4）要有进行欠平衡钻井的必备装备。 以下情况不能进行欠平衡钻井作业： （1）野猫子井。 （2）井壁不稳定的井。 （3）地层孔隙压力不清的井。 （4）地层流体中硫化氢含量大于20mg／m’。 （5）地层压力高、裂缝性、产量大、风险大的井。 （6）同一裸眼压力系数差别太大的井。 欠平衡钻井不仅能解决复杂的勘探开发问题，而且能及时发现和有效地保护油气层，是解决低压、低渗、低产能油气资源的一种有效的技术，也是提高产量，降低成本，提高勘探开发综合效益的钻井技术。 三、欠平衡钻井工具 1．方钻杆 在欠平衡钻井中，方钻杆直接影响到胶芯的工作性能，为使旋转控制头（旋转防喷器）的工作性能最佳，延长其使用寿命，必须考虑方钻杆的形状。通常选择三方方钻杆和六方方钻杆。三方方钻杆具有较大的平滑半径，而且强度大，是最佳的选择；六方方钻杆能使胶芯较好地密封，是第二种优选方案。 2．方钻杆旋塞 方钻杆旋塞安装在钻柱中，位于水龙头和方钻杆之间，在需要时，可控制水龙头和水龙带的压力。方钻杆下旋塞是一全开式的阀，其外径与钻杆接头相近。 3．浮阀 浮阀位于钻柱中，钻柱中安装了浮阀后能使泵入到井眼内的钻井液不会从钻杆水眼内倒流，这样才能方便地接单根。 4．套管阀 套管阀是井下控制阀中的一种。它安放在进行欠平衡钻井作业的上一层套管中，在地面配备有相应的控制设备，通过寄生液压管线同套管阀相连。在起下钻施工前，先进行循环洗井，尽量减少环空钻井液柱中的天然气含量，然后利用旋转防喷器进行带压起钻，起钻中应控制起钻速度，并按时或连续灌浆。钻头上起经过套管阀后，通过地面液控设备关闭套管阀，将上部井筒与下部井筒分隔开。下钻时，当钻头下至套管阀顶部时，通过地面液控设备打开套管阀，继续下钻。 套管阀具有以下优点： （1）在欠平衡钻井起下钻作业中，不需压井，从而避免了压井施工对储层的伤害。 （2）同强制起下钻装置相比，套管阀安装操作简便，不占据钻台空间，避免了强制起下钻装置对钻机选型要求高，体积大，操作复杂等缺点。 （3）使用套管阀可加快起下钻作业时间。 （4）允许下入长而复杂的井底钻具组合、测井仪器组合。 （5）完井作业中可方便地下入复杂管柱。 四、欠平衡钻井施工技术 目前，国内外已发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井以及自然降密度的多种欠平衡钻井技术。 （一）欠平衡条件的建立 有多种不同技术能确保达到预期的欠平衡条件，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；液相钻井液可利用地层较高的压力而自然形成欠平衡条件。 井底有效压力低于所钻地层的孔隙压力，其差值即为欠压值。在欠平衡钻井过程中，如果欠压值过大，地层流体产出速度过高，对于速敏性地层，极易引起储层内部微粒运移，堵塞孔喉，导致近井地带的储层损害；对于应力敏感性强的储层，过低的井底压力降低了近井地带的孔隙压力，导致裂缝趋于闭合。如果欠压值过小，井底压力波动，又容易超过欠平衡压差量，形成瞬时正压差或周期性的正负压差，同样会造