充气欠平衡钻井技术..ppt

充气欠平衡钻井技术特点 充气钻井技术缺点 需要增加气体的注入压力； 如果充空气需要进行更广泛的腐蚀控制； 不适于高压高产储层； 存在井壁不稳定问题； 遇到高压水层会产生技术上的困难。 环空气液混合流体特征分析 1994年Williams发表了气液混合物两相流流态结构。液、气经过泡沫发生器的混合基本形成了比较均匀稳定的混合物进入钻具内，其结构为泡状流，是泡而不是泡沫。充气钻井液属于塑性流体，随着气液比的增加，塑性粘度与动切力增加；随着温度的升高，相同的气液比下的充气钻井液粘度下降，动切力下降。从井底环空到井口的上返过程中，混合物结构处于动态中变化中，流态为非线性两相流。随着液柱压力降低、温度的下降，小气泡结为大泡，混合物中气体体积增加，由泡状流变为段塞流，再进一步变为过度流。井筒中上部为段塞流和过度流段，该井段为流态不稳定区。混合物到达井筒上部井段，气泡体积更大，形成环状流，流速增加。 气液混合物两相流流态结构 环空气液两相流分布情况 环空内气液比、气体百分比随井深的变化 举例说明 充气钻井液井筒压力计算 充气钻井的注气量、注液量、井筒流体柱压力、循环压耗、注入压力 （泵压）、当量密度计算与模拟均需要专门软件。环空井底压力能够通过调整液相密度、注液量和注气量以及通过调整井口回压来实现控制。特别需要指出的是，当注液量一定时，随着注气量的增加，环空压耗增加，因此存在着最佳注气量范围，现场应根据具体情况进行选择。最好在钻具组合中安装随钻压力检测仪（PWD），实时检测井底压力，判断欠平衡状态，指导施工。 注气方法 包括通过钻杆和井下环空注气两种方式。井下注气是通过寄生管、同心管在钻进的同时往钻井液中注气。 注气方式 钻杆注气法 工艺流程：来自气体注入设备的压缩气体与来自液体注入设备的液体经过混合装置的混合，形成均匀的气液两相流体，通过立管、钻具内、钻头到井筒环空，再经过井口、节流管汇（或直接通过旋转头侧口、排放管线）进入分离系统（或经过密闭循环系统）进行气、液、固分离。 特 点 工艺简单、应用广泛。缺点是在钻井过程中注气、注液的不连续性（接单根，起下钻等），井底压力会因为摩擦压降消失而降低，其结果导致已钻开的储层的出油量、出气量增加，在钻开的长水平井段后效更加明显，即接一个单根出现一个井口高压单根峰，给井口压力控制和油、气、钻井液的分离带来困难；由于停止循环，钻具内外的钻井液发生液气分离，静液压力剖面发生变化，井筒上部是气，下部是液体。因为井筒内处于“活”的状态，当地层只出油、水时，环空静液柱压力增加。当重新建立循环后，主要摩擦压降作用在井的下部，而且钻具内下部的液体段塞先被泵入环空，这样就增加了环空液柱压力和流动阻力（ECD增大），井底出现压力激动，有可能导致出现过平衡。所以应尽量减少接单根时间，使用顶驱能够部分避免这种情况。 只有使用连续软管才能 避免上述问题的发生。为了减轻“单根峰”的程度和避免出现过平衡，在接单根和起下钻时可以采用敞开或关闭井口环空的方法。对于储层本身有能量的自喷井，应敞开井口以避免过高的套压引起的不必要过高的井底压力，维持环空流体流动，限制气液分离并保持环空钻屑不断返出井口；相反对于储层能量不足的井，应关闭井口环空，以减少环空流体分离和积存过大的环空气液相能量，有助于消除液相段塞的形成。而高压高产能的井关闭井口环空可以减少储层油气过多的进入井筒，防止环空液相的消除，维持一定的液柱压力，避免井口出现高压。 钻柱注气优点总结 钻柱注气缺点总结 接单根时的井底压力变化 钻柱注气缺点总结 环空注气法 包括寄生管柱法和微环空注气法两种环空注气工艺 工艺流程 同心套管注气井口装置 双层钻柱注气技术 环空注气与寄生管注气对比优点总结 环空注入技术与寄生管注入技术对比的缺点 对气相的要求 各种气体都可以做为充气钻井液的气相； 在条件允许时应选择空气； 为避免井下燃烧爆炸和腐蚀，应选择氮气、天然气或废气； 为避免井下爆炸，节约成本，可以选择氮气与空气的混合物。混合物中的空气浓度应低于8%，即注入混合物中空气体积低于38%，氮气体积高于62%。 1994年研究人员发现在水中充入60%的空气和40%的氮气混合物能有效的防止重油井着火。 有报道硫化氢能够降低气体混合物中氧的浓度。 乳化液 地层中的乳化液是很棘手的。当地层水流进油基、充气的液体中或油流进水基、充气的液体中时，就会形成乳化液。 乳化液会导致高的、无规律的环空压力损失，这不仅会增加维持设计的欠压值需要的注气速度，而且会使保持稳定的井眼压力变得非常困难。 通常，增粘剂和控制漏失的聚合物的使用会促进油水乳化的发生。 如果在井底有