新编全过程欠平衡钻井讲稿课件.ppt

1、全过程欠平衡钻井全过程欠平衡钻井meibo6162 提提 纲纲一、全过程欠平衡钻井概念一、全过程欠平衡钻井概念二、不压井作业方法二、不压井作业方法 三、三、套管阀及其工作原理套管阀及其工作原理四、四、不压井作业压力控制原理不压井作业压力控制原理 五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题六、结语六、结语 什么叫全过程欠平衡钻井什么叫全过程欠平衡钻井?v国内开发部门首先提出了国内开发部门首先提出了“全过程欠平衡钻井全过程欠平衡钻井”的概念，这一概念的概念，这一概念来自于来自于“全过程油气层保护全过程油气层保护”概念的类比。概念的类比。v所谓全过程欠平衡钻井指的是从钻开油气层直到完井交井

2、都要实现所谓全过程欠平衡钻井指的是从钻开油气层直到完井交井都要实现欠平衡。欠平衡。生日礼物送什么最好生日礼物送什么最好meibo6162meibo6162 v全过程欠平衡钻井指的就是欠平衡钻井全过程欠平衡钻井指的就是欠平衡钻井(Underbalaned drilling)Underbalaned drilling)和欠平衡完井和欠平衡完井(Underbalanced completion)Underbalanced completion)，国外虽然没有全过程国外虽然没有全过程欠平衡钻井的概念，但有欠平衡完井、欠平衡作业欠平衡钻井的概念，但有欠平衡完井、欠平衡作业(Underbalanced U

3、nderbalanced operation)operation)的概念，意义差不多。的概念，意义差不多。一、一、概念概念 v从本质上看不压井作业是核心，不压井作业包括：从本质上看不压井作业是核心，不压井作业包括：不压井起下钻不压井起下钻不压井测井不压井测井不压井下入筛管或尾管不压井下入筛管或尾管不压井下入完井管柱等不压井下入完井管柱等v除非在不压井起下管柱时，井仍然生产或流动（这只在气体、雾化、除非在不压井起下管柱时，井仍然生产或流动（这只在气体、雾化、泡沫钻井中实行），否则在关井状态下是很难实现欠平衡条件的，泡沫钻井中实行），否则在关井状态下是很难实现欠平衡条件的，因此不压井作业的叫法更合

4、理。因此不压井作业的叫法更合理。一、一、概念概念 上顶力上顶力 井口压力会给井内的管柱施加一个向上的力。井口压力会给井内的管柱施加一个向上的力。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 27854.0dpFa式中：式中：F上顶力，上顶力，kN；pa井口套压，井口套压，MPa；d管柱接头或接箍外径，管柱接头或接箍外径，mm。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 “管轻管轻 ”起钻后期，随着管柱重量的减轻，管柱的浮重不足以克服井压造成的起钻后期，随着管柱重量的减轻，管柱的浮重不足以克服井压造成的上顶力，如果不采用强行起下钻装置给井内管柱施加向下的压力，管上顶力，如果不采用强行起下钻装置给井内管柱施加向

5、下的压力，管柱将被顶出井外。这种现象国外叫柱将被顶出井外。这种现象国外叫“管轻管轻（Pipe lightPipe light）”。“管重管重 ”管柱浮重大于上顶力叫管柱浮重大于上顶力叫“管重管重(Pipe weight)Pipe weight)”。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 过胶芯起下钻过胶芯起下钻v在管重状况下，通过旋转控制头或旋转防喷器胶芯密封井口，可以在管重状况下，通过旋转控制头或旋转防喷器胶芯密封井口，可以将管柱起出来，这种作业方式叫过胶芯起下钻将管柱起出来，这种作业方式叫过胶芯起下钻（StrippingStripping）。v低气油比或低产井，井口压力不高，可以过胶芯起下整

6、个管柱。低气油比或低产井，井口压力不高，可以过胶芯起下整个管柱。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 强行起下钻强行起下钻v在管轻状况下，必须使用强行起在管轻状况下，必须使用强行起下钻装置才能起下管柱，这种作下钻装置才能起下管柱，这种作业叫强行起下钻业叫强行起下钻（SnubbingSnubbing）。v通常起钻前期采用过胶芯起钻，通常起钻前期采用过胶芯起钻，当快发生管轻时装上强行起下钻当快发生管轻时装上强行起下钻装置进行强行起钻作业。装置进行强行起钻作业。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 井下隔离井下隔离v井下隔离法随技术套管下入一个套管阀，套管阀可以井下隔离法随技术套管下入一个套管阀，套

7、管阀可以通过控制管线进行打开和关闭。通过控制管线进行打开和关闭。v当管柱在套管阀之下时，套管阀处于开位，这时需采当管柱在套管阀之下时，套管阀处于开位，这时需采用过胶芯起下钻。用过胶芯起下钻。v当管柱位于套管阀之上时，套管阀处于关位，这时井当管柱位于套管阀之上时，套管阀处于关位，这时井下已被隔离，可以敞开井口起下钻。下已被隔离，可以敞开井口起下钻。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 v下钻时，按常规方法下钻至阀板上部，关井口防喷器，操作地面控下钻时，按常规方法下钻至阀板上部，关井口防喷器，操作地面控制装置打开阀板，钻具可以带压下入井底，继续欠平衡钻进。制装置打开阀板，钻具可以带压下入井底，继续

8、欠平衡钻进。v需要起钻时，带压起钻至阀板上部，操作地面控制装置将阀关闭，需要起钻时，带压起钻至阀板上部，操作地面控制装置将阀关闭，这样井内压力被隔绝在阀下面，敞开井口，按常规方法起钻。这样井内压力被隔绝在阀下面，敞开井口，按常规方法起钻。二、二、不压井作业方法不压井作业方法 比较比较v过胶芯起下钻和强行起下钻方法，都是在井口用胶芯进行隔离，其过胶芯起下钻和强行起下钻方法，都是在井口用胶芯进行隔离，其不足之处是起下不规则底部钻具组合时要用多个防喷器交替使用才不足之处是起下不规则底部钻具组合时要用多个防喷器交替使用才能完成，作业程序非常复杂。如果不规则钻具长度大于防喷器之间能完成，作业程序非常复杂

9、。如果不规则钻具长度大于防喷器之间的高度，则无法进行作业。对于带孔的筛管，胶芯密封更是无法胜的高度，则无法进行作业。对于带孔的筛管，胶芯密封更是无法胜任。任。生日送什么礼物好生日送什么礼物好meibo6162meibo6162 v套管阀的下深大于管轻的深度，不需要强压装置，减少了带压作业套管阀的下深大于管轻的深度，不需要强压装置，减少了带压作业的时间，提高了不下井起下钻的效率。另外，因带压作业的时间减的时间，提高了不下井起下钻的效率。另外，因带压作业的时间减少，井口压力也相应要低些。少，井口压力也相应要低些。井下隔离系统是井下隔离法全过程欠平衡井下隔离系统是井下隔离法全过程欠平衡钻井技术的一种

10、主要工具。钻井技术的一种主要工具。三、套管阀及其工作原理三、套管阀及其工作原理主要构成主要构成套管阀主体套管阀主体地面控制装置地面控制装置管线束管线束井口井口 套管悬挂器套管悬挂器通向套管阀的管线束通向套管阀的管线束定位反旋转销钉定位反旋转销钉通向控制设通向控制设备的管线束备的管线束锁紧螺栓锁紧螺栓供压管线束供压管线束套管头安装部件套管头安装部件套管悬挂短节套管悬挂短节拼接短节拼接短节张开锁定工具张开锁定工具井下套管阀安装井下套管阀安装1 1、将井下套、将井下套管阀连同套管管阀连同套管下至预先设计下至预先设计的深度，该深的深度，该深度应在钻具发度应在钻具发生失重位置以生失重位置以下。下。2 2

11、、打开套管阀、打开套管阀4 4、将钻具下入井、将钻具下入井眼，钻穿水泥塞，眼，钻穿水泥塞，钻入地层。钻入地层。注：阀一旦打开，注：阀一旦打开，套管阀可为钻具套管阀可为钻具提供充分的井眼提供充分的井眼通道通道 。3 3、将插入式固井、将插入式固井工具下到阀板以工具下到阀板以下固井。下固井。永久式安装永久式安装管线束管线束套管阀及管套管阀及管线束随技术线束随技术套管下入到套管下入到一定深度，一定深度，并与技术套并与技术套管一起封固管一起封固在井底。在井底。安装方式安装方式旋转防喷旋转防喷器密封井器密封井口，将钻口，将钻具带压起具带压起至套管阀至套管阀以上以上关闭套管关闭套管阀，泄掉阀，泄掉套管阀以

12、套管阀以上的套压上的套压按常规作按常规作业方式，业方式，从井中起从井中起出钻柱出钻柱工作过程工作过程起起 钻钻按常规作业按常规作业方式，将钻方式，将钻柱下至套管柱下至套管阀以上。阀以上。关闸板防喷关闸板防喷器，增井压器，增井压至压力相当至压力相当可打开套管可打开套管阀为止。阀为止。打开套管阀打开套管阀将井口压力将井口压力降至安全流降至安全流动压力。动压力。打开闸板防打开闸板防喷器，关旋喷器，关旋转防喷器。转防喷器。下钻。下钻。下下 钻钻管线束包括两条独立的压力管线管线束包括两条独立的压力管线。第一条管线用于传递压力打开套管阀。第一条管线用于传递压力打开套管阀。第二条管线用于传递压力关闭套管阀。

13、第二条管线用于传递压力关闭套管阀。1/4”1/4”钢管钢管5/16”5/16”Mono(Mono(电缆电缆)缆芯钢丝绳缆芯钢丝绳高密度聚胺脂高密度聚胺脂管线束管线束经特殊设计，用于保护管线束和将其卡在套管上经特殊设计，用于保护管线束和将其卡在套管上保护槽保护槽套管接箍套管接箍控制线控制线管线束保护装置管线束保护装置固定位于套管顶部及套管阀正上方的管线束的末端。固定位于套管顶部及套管阀正上方的管线束的末端。控制线控制线通到井口或套通到井口或套管阀的钢管管阀的钢管同轴电缆同轴电缆悬挂块悬挂块悬挂块悬挂块悬挂短节悬挂短节用来通过管线束将操作压力施加在套管阀上。用来通过管线束将操作压力施加在套管阀上。

14、地面控制装置地面控制装置集装箱化的支持设备集装箱化的支持设备自装便携式工房，包括了用于服自装便携式工房，包括了用于服务和测试套管阀所需要的设备务和测试套管阀所需要的设备井口井口 套管悬挂器套管悬挂器通向套管阀通向套管阀的控制线的控制线定位反旋定位反旋转销钉转销钉通向控制设通向控制设备的控制线备的控制线锁紧锁紧螺栓螺栓供压控制管线供压控制管线井口通过系统井口通过系统使管线束的控制管线从套管通过井口联结到地面使管线束的控制管线从套管通过井口联结到地面控制装置的一套系统，而不需要停钻和重新测试控制装置的一套系统，而不需要停钻和重新测试防喷器组。防喷器组。锁定开启工具锁定开启工具根据需要，将套管阀永久

15、锁定根据需要，将套管阀永久锁定在开启位置的工具在开启位置的工具 不压井起下钻时，理想的压力控制状态是保持井底压力与不压井起下钻时，理想的压力控制状态是保持井底压力与地层压力平衡：地层压力平衡：四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 pbpp 溢流在井底时的压力关系：溢流在井底时的压力关系：Dppmap0098.00 p pa0a0初始关井套压，等于静止欠平衡压力，初始关井套压，等于静止欠平衡压力，1 1MPaMPa 气体在滑脱过程中的压力关系：气体在滑脱过程中的压力关系：四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 井口所施加的套压大小与气柱膨胀的高度有关：井口所施加的套

16、压大小与气柱膨胀的高度有关：hDppmap0098.0hppmaa0098.00 气柱滑脱到井口时，套压最大。气柱滑脱到井口时，套压最大。四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 PpPpPaPa套管阀套管阀 气体在环空时的气体高度按下式计算：气体在环空时的气体高度按下式计算：四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 式中：式中：V V气体体积，气体体积，m m3 3；V Va a环空单位长度容积，环空单位长度容积，m m3 3/m/m。aVVh 气体体积根据地面钻井液的增量估算。气体体积根据地面钻井液的增量估算。四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 P

17、aPaPa套管阀关闭PpPpPp 气体在钻头以下时的气体高度为：气体在钻头以下时的气体高度为：四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 式中：式中：V V气体体积，气体体积，m m3 3；V Vh h井眼单位长度容积，井眼单位长度容积，m m3 3/m/m。aVVh假定气柱滑脱到井口时的套压为假定气柱滑脱到井口时的套压为8 8 MPaMPa，气柱的高度为气柱的高度为693.48693.48m m，体积体积9.5 9.5 m m3 3，此时气柱的压力为此时气柱的压力为8 8MPaMPa，其标准状态下的气体量为其标准状态下的气体量为769.5 769.5 m m3 3。假定气柱滑脱到井

18、口时的套压为假定气柱滑脱到井口时的套压为21 21 MPaMPa，气柱的高度为气柱的高度为1981.381981.38m m，体体积积27.127.1m m3 3，此时气柱的压力为此时气柱的压力为2121MPaMPa，其标准状态下的气体量为其标准状态下的气体量为5718.1 5718.1 m m3 3。由上分析可知，井内气体越多，井口压力越大，只要在起钻前尽量将由上分析可知，井内气体越多，井口压力越大，只要在起钻前尽量将气体循环出来，井口压力就不会太高。气体循环出来，井口压力就不会太高。四、四、不压井不压井作业作业压力控制原理压力控制原理 （一）管轻（一）管轻 应不断校核井压所造成的上顶力大小

19、，以便在合适时机安装强行起下应不断校核井压所造成的上顶力大小，以便在合适时机安装强行起下钻装置。钻装置。如果采用套管阀，应预测可能产生的最高套压，套管阀的下入深度应如果采用套管阀，应预测可能产生的最高套压，套管阀的下入深度应大于发生管轻的深度。大于发生管轻的深度。如果套压不高，可考虑全井实行过胶芯起下钻，但起钻时应灌重钻井如果套压不高，可考虑全井实行过胶芯起下钻，但起钻时应灌重钻井液，确保起完钻后，井底压力与地层压力平衡。液，确保起完钻后，井底压力与地层压力平衡。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（二）（二）起钻起钻 起钻及时灌入钻井液，可以避免新的地层流体进入井内。起钻及时

20、灌入钻井液，可以避免新的地层流体进入井内。最好是连续灌浆，但是在关井条件下，很难进行连续灌浆。最好是连续灌浆，但是在关井条件下，很难进行连续灌浆。自动灌注钻井液装置在有井压时，由于离心泵不能承压，无法用来灌自动灌注钻井液装置在有井压时，由于离心泵不能承压，无法用来灌浆。浆。如果是电动钻机或钻井泵可以实现无级调速，可以通过冲数计量灌入如果是电动钻机或钻井泵可以实现无级调速，可以通过冲数计量灌入量，否则，应配备水泥车灌泥浆。量，否则，应配备水泥车灌泥浆。灌浆量除了起出钻柱的排代体积外，还要加上钻柱内容积。灌浆量除了起出钻柱的排代体积外，还要加上钻柱内容积。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应

21、考虑的问题（二）（二）起钻起钻 推荐一种连续憋灌的方法，通过钻井泵、压井管汇、四通、节流管汇、推荐一种连续憋灌的方法，通过钻井泵、压井管汇、四通、节流管汇、地面分离系统、循环罐的循环回路，连续灌浆，调节节流阀施加一定地面分离系统、循环罐的循环回路，连续灌浆，调节节流阀施加一定的井压确保井底压力平衡。的井压确保井底压力平衡。这种方法要求节流阀性能良好。怎样送礼这种方法要求节流阀性能良好。怎样送礼meibo6162meibo6162 当井压较高时，不应采用节流法，应实行关井法起钻。当井压较高时，不应采用节流法，应实行关井法起钻。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（三）下钻（三）下

22、钻 与起钻相反，下钻时要释放出与下入钻具排代体积和钻具内容积相与起钻相反，下钻时要释放出与下入钻具排代体积和钻具内容积相等的钻井液，为此要配置一个钻井液计量罐，准确计量钻井液的释等的钻井液，为此要配置一个钻井液计量罐，准确计量钻井液的释放量。放量。当钻具插入到气柱中时，气柱变长，井口压力升高。当钻具插入到气柱中时，气柱变长，井口压力升高。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（四）圈闭压力与气体膨胀（四）圈闭压力与气体膨胀 在起下钻过程中，如果灌入或释放的钻井液与起出或下入钻具排代在起下钻过程中，如果灌入或释放的钻井液与起出或下入钻具排代体积和钻具内容积严格一致的话，起下钻过程实

23、质上一直处于关井体积和钻具内容积严格一致的话，起下钻过程实质上一直处于关井状态，井压会随着气体的滑脱逐渐上升，这也就是不压井作业过程状态，井压会随着气体的滑脱逐渐上升，这也就是不压井作业过程中井压较高的原因。中井压较高的原因。如果不让气体膨胀，井底压力将会越来越高，严重时会憋漏地层。如果不让气体膨胀，井底压力将会越来越高，严重时会憋漏地层。因此必须释放一定量的钻井液让气体膨胀。因此必须释放一定量的钻井液让气体膨胀。目前一种错误认识认为越放井压越高，不应释放钻井液。其实井压目前一种错误认识认为越放井压越高，不应释放钻井液。其实井压上升的直接原因是气体带压滑脱上升，释放钻井液的目的是控制井上升的直

24、接原因是气体带压滑脱上升，释放钻井液的目的是控制井底压力与地层压力平衡。但是气体膨胀后，滑脱速度会加快。底压力与地层压力平衡。但是气体膨胀后，滑脱速度会加快。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（五）井口压力过高时的处理（五）井口压力过高时的处理 旋转控制头或旋转防喷器的额定动压是有限的，而且井口压力过高，旋转控制头或旋转防喷器的额定动压是有限的，而且井口压力过高，带压作业的风险也随之增大，因此，一般井口压力超过带压作业的风险也随之增大，因此，一般井口压力超过8 8 MPaMPa时，应时，应向井内挤注重钻井液来降低井口压力。如果气体没有接近井口，重钻向井内挤注重钻井液来降低井口

25、压力。如果气体没有接近井口，重钻井液的滑落很慢，释放压力时可能又会回放出来。井液的滑落很慢，释放压力时可能又会回放出来。目前有一种错误认识，认为往井内挤是向地层挤，如果地层破裂压力目前有一种错误认识，认为往井内挤是向地层挤，如果地层破裂压力太高，挤不到地层里去。这是与压回法压井概念相混淆的表现，挤重太高，挤不到地层里去。这是与压回法压井概念相混淆的表现，挤重钻井液是使气体压缩，而不是将地层压漏，如果气体带有很高的圈闭钻井液是使气体压缩，而不是将地层压漏，如果气体带有很高的圈闭压力，几乎不可压缩的话，则很难挤进去，但是如果气体已经充分膨压力，几乎不可压缩的话，则很难挤进去，但是如果气体已经充分膨

26、胀的话，应该能挤进去。胀的话，应该能挤进去。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（六）不压井测井（六）不压井测井 不压井带压测井作业需要安装专不压井带压测井作业需要安装专用的装置，一套不压井测井装置用的装置，一套不压井测井装置包括注脂头、防喷管、电缆防喷包括注脂头、防喷管、电缆防喷器和捕捉器四部分组成，如果采器和捕捉器四部分组成，如果采用套管阀方式进行不压井作业，用套管阀方式进行不压井作业，防喷管和捕捉器可以省略。防喷管和捕捉器可以省略。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（七）完井方式（七）完井方式 如果采用筛管完井方式，通过井口胶芯密封的不压井作业方法已经满

27、如果采用筛管完井方式，通过井口胶芯密封的不压井作业方法已经满足不了需要，可以采用套管阀不压井作业方法，套管阀的下深应大于足不了需要，可以采用套管阀不压井作业方法，套管阀的下深应大于筛管长度。筛管长度。如果采用强行起下钻方法，可以下入光管，然后再射孔，这种方法要如果采用强行起下钻方法，可以下入光管，然后再射孔，这种方法要准备套管胶芯和安装套管闸板。准备套管胶芯和安装套管闸板。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（八）下入完井管柱（八）下入完井管柱 如果需要下入完井管柱，需要事先安装油管头，因为在不压井条件下如果需要下入完井管柱，需要事先安装油管头，因为在不压井条件下下入油管后，需

28、要用油管挂座放油管，同时在拆井口时需要密封油管下入油管后，需要用油管挂座放油管，同时在拆井口时需要密封油管与套管的环空。与套管的环空。目前，采油井口与钻井井口不配套，压力、通径、法兰都不相配，钻目前，采油井口与钻井井口不配套，压力、通径、法兰都不相配，钻井井口目前都采用了井井口目前都采用了APIAPI标准，而采油井口大多采用机械部标准。对标准，而采油井口大多采用机械部标准。对于油井，钻井井口（套管头、防喷器、钻井四通）压力等级按地层压于油井，钻井井口（套管头、防喷器、钻井四通）压力等级按地层压力设计，而采油井口的压力等级按实际套压设计，往往要低一个压力力设计，而采油井口的压力等级按实际套压设计

29、，往往要低一个压力等级。等级。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题（八）下入完井管柱（八）下入完井管柱 由于安装了采油四通，增加了井口高度，因此要采用高底座的钻机。由于安装了采油四通，增加了井口高度，因此要采用高底座的钻机。另外防喷管线贴地面的需要，压井管汇与节流管汇应从采油或采气四另外防喷管线贴地面的需要，压井管汇与节流管汇应从采油或采气四通接出。通接出。不压井下入完井管柱时，由于内防喷的要求，需要安装油管回压阀，不压井下入完井管柱时，由于内防喷的要求，需要安装油管回压阀，但是完井管柱下入后需要投产，因此应采用一种临时性的油管回压阀，但是完井管柱下入后需要投产，因此应采用一种

30、临时性的油管回压阀，投产前能够打开采油通道。投产前能够打开采油通道。应安装油管闸板，另外还要准备油管胶芯。应安装油管闸板，另外还要准备油管胶芯。五、五、不压井作业应考虑的问题不压井作业应考虑的问题 国内的不压井作业属于起步阶段，目前只有四川开展国内的不压井作业属于起步阶段，目前只有四川开展了强行起下钻的应用研究，新疆进行了了强行起下钻的应用研究，新疆进行了2 2口井的套管阀应口井的套管阀应用，胜利石油管理局也即将开展井下套管阀的现场应用。用，胜利石油管理局也即将开展井下套管阀的现场应用。本文对不压井作业方法进行了总结，这将对该项技术在国本文对不压井作业方法进行了总结，这将对该项技术在国内的应用与研究具有一定的指导意义。内的应用与研究具有一定的指导意义。meibo6162meibo6162 六、六、结语结语 谢 谢！