杜新軍

中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院 (遼寧 盤錦 124010)

全過程欠平衡技術(shù)在陳古1-1井的應(yīng)用

杜新軍

中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院 (遼寧 盤錦 124010)

陳古1-1井采用合理的工程設(shè)計(jì)參數(shù)，滿足實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡的條件；采用套管閥技術(shù)，解決欠平衡鉆井中鉆柱易被頂出井口、鉆柱無法二次入井等問題；通過適時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流閥來調(diào)節(jié)立壓，從而控制井底欠壓值始終在合理的范圍之內(nèi)。陳古1-1井通過采用全過程欠平衡技術(shù)，有效保護(hù)油氣層，提高單井產(chǎn)量，提高機(jī)械鉆速。

全過程欠平衡鉆井 欠壓值 套管閥 節(jié)流閥

隨著鉆井技術(shù)水平提高和應(yīng)用范圍的拓展，欠平衡鉆井技術(shù)以其優(yōu)良的鉆探效果被業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可，在進(jìn)行欠平衡鉆井過程中，為確保鉆井流體不對儲層產(chǎn)生污染，最好的辦法就是做到從鉆開油氣層到完井過程中都要保持井底的欠平衡狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡鉆井[1]。該技術(shù)與一般欠平衡鉆井技術(shù)的區(qū)別主要表現(xiàn)在整個(gè)鉆、測、完井作業(yè)過程中井底壓力始終小于或者等于地層孔隙壓力。全過程欠平衡技術(shù)利用高壓旋轉(zhuǎn)防噴器、井下套管閥、節(jié)流管匯、氣液分離器等一系列欠平衡地面和井下專用工具設(shè)備，通過井口壓力和鉆井液密度的控制，在鉆、測、完井過程中保持井底處于平衡或者負(fù)壓差狀態(tài)，從而避免鉆井液侵入油層，允許地層流體進(jìn)入井筒，最終達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層的目的[2]。陳古1-1井采用全過程欠平衡技術(shù)取得良好鉆探效果，獲得較高的油氣產(chǎn)量。

1 陳古1-1井基本情況

陳古1-1井位于遼河坳陷西部凹陷興隆臺潛山帶陳古潛山陳古2塊，是遼河油田部署在興隆臺潛山帶陳古2塊一口重要的評價(jià)井。陳古1-1井鉆遇地層自下而上依次為：太古界、中生界、新生界古近系沙河街組三段、一段+二段、東營組、新近系館陶組,主要含油目的層是太古界潛山儲集層，油藏類型為裂縫型塊狀底水油藏，地層壓力系數(shù)為1.094。其鉆探目的是為了進(jìn)一步落實(shí)興隆臺潛山帶陳古2塊潛山油藏的含油氣情況、產(chǎn)能及油水界面位置，提高該塊油藏的井控程度，完善探明石油地質(zhì)儲量計(jì)算參數(shù)，為興隆臺潛山帶整體上報(bào)探明儲量提供依據(jù)。

2 工程設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 井身結(jié)構(gòu)

陳古1-1井鉆進(jìn)過程中，地層復(fù)雜程度高，在欠平衡作業(yè)中，容易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、井塌、井漏等問題，極可能造成嚴(yán)重的鉆井事故。考慮以上各方面因素，在通過套管強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)上，我們提出了以下井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，見表1。

2.2 鉆井液

影響鉆井液密度選擇的參數(shù)是欠平衡井段的最小地層壓力、設(shè)計(jì)負(fù)壓值、環(huán)空摩阻及井深。準(zhǔn)確求取摩阻和地層壓力以及可能進(jìn)入的流體性能、能量對鉆井液密度選擇是很重要的。

根據(jù)地層壓力系數(shù)預(yù)測結(jié)果，本井預(yù)測太古界最高壓力系數(shù)為1.094，因此本井欠平衡循環(huán)介質(zhì)原則上選用液基鉆井液體系，鉆井液密度確定為1.02g/cm3。為了確保欠平衡鉆井的順利進(jìn)行，本井三開選用無固相鉆井液體系，見表2。

2.3 欠平衡鉆進(jìn)鉆具組合

鉆具組合設(shè)計(jì)原則：能夠在井底負(fù)壓差下接單根；能夠滿足中途測試要求；鉆具盡量光滑滿足旋轉(zhuǎn)防噴器密封要求；鉆具結(jié)構(gòu)盡可能簡化；鉆具抗拉強(qiáng)度、抗擠強(qiáng)度符合要求。從以上鉆具組合設(shè)計(jì)原則和經(jīng)濟(jì)效益兩方面進(jìn)行考慮，鉆具組合選擇為：152.4mm鉆頭+120.7mm浮閥1個(gè)+120.7mm鉆鋌12根+120.7mm箭形回壓凡爾1個(gè)+88.9mm （18°斜坡）加重鉆桿15根+120.7mm投入式止回閥1個(gè)+88.9mm(18°斜坡)鉆桿+旋塞+方鉆桿。

表1 陳古1-1井井身結(jié)構(gòu)表

表2 無固相鉆井液性能表

3 套管閥的使用

3.1 套管閥的作用原理

套管閥是配合井口旋轉(zhuǎn)防噴器實(shí)現(xiàn)全過程欠平衡作業(yè)的特殊工具。在需要實(shí)施全過程欠平衡作業(yè)的井中，先將套管閥預(yù)置在上層套管的某一位置，當(dāng)起下鉆、電測或下篩管時(shí)，可以根據(jù)需要，利用套管閥將井筒上下分隔開，由此完成其相關(guān)工具、儀器的起下作業(yè)。在欠平衡作業(yè)正常鉆進(jìn)過程中，套管閥處于開啟狀態(tài)，對鉆進(jìn)作業(yè)不產(chǎn)生任何影響；當(dāng)提鉆至套管閥以上某一位置時(shí)，將其關(guān)閉以達(dá)到控制井內(nèi)流體和壓力的目的，這樣就可安全、順利完成提鉆作業(yè)；當(dāng)需要下鉆、下電測儀器或篩管時(shí)，在鉆頭、電測儀器或篩管下至套管閥以上某一位置時(shí)，將其打開即可使井眼暢通，完成后續(xù)作業(yè)，見圖1。

3.2 套管閥的使用特點(diǎn)

在欠平衡鉆井過程中，若需要起下鉆換鉆頭或調(diào)整鉆具組合，以及進(jìn)行電測或篩管完井作業(yè)，往往先壓井后再進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。因?yàn)椋孩倬谪?fù)壓差較大，鉆柱提至井筒上部時(shí)，鉆柱重量不足以克服井內(nèi)鉆井液對其產(chǎn)生的上浮力，致使鉆柱被頂出井口；②井口以上鉆柱重量不足將導(dǎo)致其無法二次入井；③電測儀器的重量比鉆柱還輕，更是無法入井；④若采用篩管完井作業(yè)時(shí)，井口將會失控或無法將篩管下入井內(nèi)。套管閥作用就是解決上述問題。陳古1-1井起下鉆過程中，共開關(guān)套管閥2次，每次開關(guān)返出油量符合設(shè)計(jì)要求，正常開關(guān)。

4 節(jié)流閥的使用

4.1 井底欠壓值的選擇與控制

欠平衡鉆進(jìn)過程中，由于油氣侵入及上升，環(huán)空壓力下降，井底欠壓值隨之增大。過大的井底欠壓值易造成井壁失穩(wěn)或井口壓力過大，給欠平衡鉆井帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。因此，欠壓值的準(zhǔn)確選擇對欠平衡鉆井至關(guān)重要，欠平衡鉆井井下動態(tài)液柱壓力應(yīng)低于孔隙壓力，必須大于坍塌壓力[3]。井下動態(tài)液柱壓力等于環(huán)空靜液壓力、環(huán)空摩阻、井口套壓之和。根據(jù)井底壓力、液柱壓力、地層的坍塌壓力，考慮單位負(fù)壓值下的產(chǎn)油氣量、隨鉆產(chǎn)油氣量、井口設(shè)備的除氣液能力等，選擇井底負(fù)壓值在0.5～3.5MPa之間。

在欠平衡鉆井過程中，通過適時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流閥調(diào)整立壓，從而控制井底欠壓值始終在合理的范圍之內(nèi)。

4.2 節(jié)流閥調(diào)節(jié)原則

受井口裝置、地質(zhì)條件等因素的制約，井口壓力須保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，井底欠壓值不能過大也不能過小，須通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制井口壓力和井底欠壓值。在調(diào)節(jié)節(jié)流閥時(shí)需收集立壓、套壓、產(chǎn)油（氣）量、鉆井液密度等相關(guān)參數(shù)，并制定相關(guān)操作規(guī)程[4，5]。

隨著油氣侵入量的增大，環(huán)空液柱壓減小，井底欠壓值增大，同時(shí)由于大量油氣的侵入，套壓隨之升高。為使井底欠壓值穩(wěn)定在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，應(yīng)關(guān)小節(jié)流閥，使泵壓升高。由于需要一個(gè)循環(huán)周才能將侵入的油氣帶出來，控制效果只有在一個(gè)循環(huán)后才能顯示出來，因而在這期間，決不能因油氣量的增加而繼續(xù)增大回壓，以免造成過平衡鉆進(jìn)或壓死目的層。

在欠平衡鉆進(jìn)時(shí)，排量不變，如果泵壓下降，在排除鉆頭水眼、鉆具或泵等設(shè)備故障的前提下，可以判斷為鉆遇油氣層，因?yàn)橛蜌庵诃h(huán)空中上升、膨脹而造成液柱壓力降低。此時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥使泵壓回升到原值，以便控制井底壓力不變。

5 現(xiàn)場效果

陳古1-1井2010年2月某日開鉆，9月某日完鉆。10月某日壓裂后，獲得了日產(chǎn)液127m3，日產(chǎn)油91.2t，日產(chǎn)氣9 600m3的高產(chǎn)。8月某日三開采用無固相鉆井液體系鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中，平均鉆時(shí)21.16min/m，密度控制在 1.00～1.02g/cm3，黏度在 20～25mPa.s，鉆井過程中工程無異常變化，較好控制鉆井液密度，有效保護(hù)油氣層。三開全過程欠平衡鉆進(jìn)井段4 410.02～4 821.91m，進(jìn)尺 410.98m，純鉆進(jìn)時(shí)間145.31h，平均機(jī)械鉆速2.83m/h。

6 認(rèn)識與結(jié)論

（1）陳古1-1井三開采用無固相鉆井液體系，密度控制在1.00～1.02g/cm3，從進(jìn)入油層段開始直到完井，始終保持欠平衡狀態(tài)，有效的保護(hù)油氣層。套管閥的使用，可以解決全過程欠平衡中遇到的一系列問題，保證全過程欠平衡鉆井的順利進(jìn)行。欠壓值是欠平衡技術(shù)中的一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，在欠平衡鉆井過程中，通過適時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流閥來調(diào)節(jié)立壓，從而控制井底欠壓值始終在合理范圍內(nèi)。

（2）欠平衡鉆井技術(shù)與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，可以提高機(jī)械鉆速（9%以上），可以提高單只鉆頭的鉆進(jìn)進(jìn)尺（70%以上），降低鉆頭成本（55%以上），減少鉆頭使用數(shù)量，增加純鉆時(shí)間，節(jié)約鉆井成本。陳古1-1井應(yīng)用全過程欠平衡鉆井技術(shù)，成功穿越太古界、中生界、新生界、新近系館陶組等復(fù)雜地層，未發(fā)生鉆井事故。說明全過程欠平衡鉆井技術(shù)可以有效的解決太古界潛山井漏、井塌等鉆井難題。

[1]李曉軍.對全過程欠平衡鉆井技術(shù)的認(rèn)識及現(xiàn)場實(shí)踐[J].新疆石油科技,2009,19(1):8-11.

[2]楊振平.欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)[J].內(nèi)蒙古石油化工,2006（8）:74-76.

[3]周英操.欠平衡鉆井技術(shù)在大慶油田衛(wèi)深5井中的應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào)，2003,24（6）：90-93，97.

[4]萬幫烈.單螺桿式水力機(jī)械[M].東營:石油大學(xué)出版社,1993.

[5]陳憲侃,葉利平.地面驅(qū)動單螺桿泵桿柱的組合設(shè)計(jì)[J].石油鉆采工藝,1995,17（4）:78-83.

Chengu 1-1 well has rational engineering design parameters,and it meets the needs of the conditions of whole-process under-balanced drilling.The problems that drilling string is easily ejected from wellhead and cannot enter to hole again in underbalanced drilling are solved by using casing valve technique.The downhole under-balance pressure value is controlled in a rational range by timely adjusting standpipe pressure using throttle valve.The application of whole-process under-balanced drilling technique to Chengu 1-1 Well effectively protects oil/gas reservoir,increases penetration rate and the output of single well.

whole-process under-balanced drilling;under-balance pressure value;casing valve;throttle valve

杜新軍（1983-），男，工程師，主要從事鉆井工程設(shè)計(jì)與完井設(shè)計(jì)工作。

左學(xué)敏

2012-09-10▌