•低渗透油藏
纯70-平1井 该井水平段沙四段地层压力系数1.51 ，
纯97-5井
沙四段地层压力系数1.14－1.16，采用 密度为1.06至1.07 的钻井液，钻进中 火炬自动点火，火焰高2~米，实现了 边喷边钻，收到了解放油气层、提高钻 速的明显效果，为应用欠平衡钻井技术 开发低渗透砂岩油藏进行了成功的尝试。 投产后日产 16吨，为邻井的34倍。
轻泥浆替出 重泥浆； 继续下钻。
保保 护护 液液
十、欠平衡钻井现场应用
•火成岩储层
商741-平1井
该地区地层压力系数1.055，常 规钻井严重井漏，充氮气欠平衡 钻进，基浆密度1.03 ，充气量 200 Nm3/h，动欠压3.1MPa； 投产后初产71t/d，已累产6500t， 为邻井产量的3～5倍。
采用聚合醇钻井液欠平衡钻进，控制泥浆
密度1.42 g/cm3，静欠压2.33MPa，动欠 压1. 19MPa，钻进中火炬点火，投产后日 油23吨，为邻井的3倍。
•南方海相地层
云参1井是中石化集团公司重点探井， 设计井深3500m，实测地层压力系数 0.952～0.745,钻进中漏失严重;应用 充气欠平衡钻井技术，钻井液密度 1.01～1.03g/cm3,充气量1200Nm3
罗151-11井
使用硬胶泡沫钻井液，地层压力 系数0.96,静欠压1.19MPa;完井
投产日产油18t，是同地区同期
完成常规井产量的两倍。
•灰岩裂缝性油藏
埕北244井
本井钻至奥陶系灰岩 先发生井漏，又发生 井涌，应用欠平衡钻 井技术，解决了既漏 又涌的难题，顺利地 完成了高漏失地层的 钻探任务，取准取全 了地质资料，并取得 φ10mm油嘴235.2t/d油、 6940m3/d气的高产。
空压机
流量计
液气分离器
三 通
振动筛
排气 管线
第二部分钻井液地 面循环系统
脱油 装置 泥浆 井对充氮气钻井液基浆的要求
1、 抗油气污染能 力强，气侵后不稠 2、 适当的粘 度和切力，具 3、 低失水，防塌 能力强，具有抑制
化，可用机械方法
除气，具有良好的 流动性
有悬浮和携带
岩屑的能力
泥岩夹层水化膨胀
或坍塌掉块的能力
4、满足油气层保 护的要求
八、欠平衡钻井装备
1、防喷器组 典型的欠平衡钻井防喷器组是 由单闸板＋双闸板＋环形防喷 器组成的 2、旋转控制头或旋转防喷器
欠平衡压力钻井的井口控制设备
旋转控制头
旋转防喷器
九、欠平衡钻井作业
1、欠平衡作业前要考虑的问题 • 每一层的地层压力 • 地层产出的流体类型、产量及是否有酸性气体 • 防喷器是否按标准进行了试压
九、欠平衡钻井作业
重泥浆帽法起下钻方式的操作要领：
将清洁的与地层配伍的保护液泵入油层 部位，使之充满 裸眼井段； 用旋转控制头将钻具起至技套内； 泵入重泥浆，在上部井段形成重泥浆帽 起出轴承总成， 正常起下钻；
泥浆帽 技 技 套 套
下钻至重泥浆帽底部，接方钻杆，开泵 循环，用欠平衡
云参1井
/h,有效地解决或减轻了井漏，满足了
钻井和地质录井的要求，成功钻达设 计井深。
设计软件，可进行欠平衡压力钻井 环空多相流设计、计算。
•研究动态的欠平衡钻井多相流水力
设计软件，在该软件中，考虑了油 气产量对环空循环压力的影响。
七、欠平衡钻井负压差和井口压力控制方法
•Flowdrilling欠平衡钻井： 通过调节钻井液密度和节流
•充气(氮气）欠平衡钻井： 依据多相流数值模拟或 多相流水力计算结果 , 通
处理。这样可及时发现和有效保护油气层，同时可显著提高钻进速度。
技术关键：
1）地层孔隙压力和坍塌压力的准确预测
2）钻井液类型选择和密度等性能的控制 3）井口压力的控制及循环出井的流体的处理
4）起下钻过程的欠平衡
5）井底有效压力的计算与监测 6）井壁稳定
7）完井
泵入钻井液
常规钻井：
液柱压力>地层压力 • 在井底形成一个正压差 • 钻井液侵入地层对油层 造成污染
《油气井工程设计与应用》
Design and Application of Oil and Gas Well Engineering
第十一章 欠平衡压力钻井
主讲：刘瑞文
一、欠平衡压力钻井的概念
在井底有效压力低于地层压力的条件下进行钻井作业。在井下，允许地层 流体进入井内；在井口，利用专门的井控装臵对循环出井的流体进行控制和
3） 低压储层 V孔<1.05
低压欠平衡钻井

气体注入方式
立管注气法
膜氮 系统
第一部分 现场制氮充气系统 N2 第三部分混气装置及 两相流循环系统 第四部分井口装置及 两相流循环系统
增压机 立 混 管 气 装 置
N2
井口四通
气相和液相在
空气 控制阀
节流管汇 舌 型 阀
立管内混 合,MWD的使 用受到限制
油气层
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）。
充气钻井欠平衡压差一般取1.7 MPa～3.5 MPa
对于高渗高产地层，欠平衡压差要设计得小一些，而对于 低渗低产地层，欠平衡压差可以设计得高一些。
六、 钻井液循环压力的计算
这是一个复杂的课题，涉及到多相流的理论，国内外多采用 多相流数值模拟的方法进行求解。
• 美国莫尔工程公司 Mutelite 水力
（ 3 ）泄立压 ( 圈闭压力 ) ，直到与大气压相等；
九、欠平衡钻井作业
3、起下钻方法
•打泥浆帽部分压井
•打重塞子在井底平衡地层压力
•起钻时允许井溢流 •用井下压力阀将地层压力隔离
•强行起下钻
推荐使用打泥浆帽部分压井方法： •洗井 •将清洁或与地层配伍的完井液注入到油层部位 •用旋转控制头将钻具起至技套 •打重泥浆帽平衡地层压力 •正常起下钻
二、欠平衡钻井的优越性
2、良好的产层显示
欠平衡作业中由于钻井液循环压力低于地层压力，钻井过程
中地层流体会进入井眼。在井口可以检测产出液，可以提供良
好的产层显示；
二、欠平衡钻井的优越性
3、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。
回压控制井底压力；
过调节液体和气体流量控制
井底压力。
七、欠平衡钻井负压差和井口压力控制方法
1）正常压力储层 ： V孔=1.05 ~1.20 2）高压储层： V孔>1.20
Flowdrilling 欠平衡钻井
通过降低钻井液密度，使循环系统的压
力低于正钻地层的孔隙压力，井底处于欠 平衡状态。
国外普遍采用低压欠平衡钻井技术来开发低压油藏
平衡钻井技术
五、负压差设计
从理论上说，井眼压力应大于地层坍塌压力，且小于地层孔隙压力， 这界定了欠平衡压差的范围。
负压差的确定涉及多个因素，主要包括地面设备的分离能力、
井口装臵的承压能力、井壁稳定、气液两相流的不稳定性、速敏、 应力敏感性以及地层压力的不确定性等； 根据经验： 液体欠平衡钻井欠平衡压差一般取0.7 MPa～1.4 Mpa
油气层
泵入钻井液
欠平衡压力钻井
液柱压力<地层压力
在井底形成负压差，不仅可 极大地减轻钻井过程中钻井
以有效地防止钻井液侵入地层， 液对油气层的污染，对于提高
而且允许产层流体（石油和天 低渗透储层、潜山灰岩裂缝性 然气）流入井眼，在 油藏的产能以及探井的勘探成 井口有效
控制 功率具有十分重要的意义。 下循环到地面。
三、适合欠平衡钻井的地层
• 压力衰竭储层
• 低机械钻速的硬地层
适 用 于
• 井漏地层
• 老井重入和修井
• 敏感性损害地层 • 高渗高孔地层 • 裂缝和溶洞
三、适合欠平衡钻井的地层
• 高渗高压 • 未知储层或地层
不 适 用 于
• 高产 • 疏松地层 • 薄弱塑性地层，盐，膨胀页岩
• 有硫化氢
• 压力系数不同的多套储层
四、欠平衡钻井技术、负压差设计与控制 目前采用欠平衡压力钻井技术
1）控流钻井技术：使用常规钻井液（水基钻井液）进行 欠平 衡钻井：Flowdrilling
2）低压欠平衡钻井：干空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、
雾钻井泡沫钻井、充气钻井
欠平衡钻井两种主要的技术
在地层压力系数大于1.05 的地层 采用常规钻井液施工的控流欠平衡钻 井技术Flowdrilling 在地层压力系数小于1.05 的地层采用 充气(氮气）欠
• 旋转控制头压力级别
• 地面处理设备的处理能力 • 井队人员是否进行了培训
九、欠平衡钻井作业 2、接单根
控流钻井：
（1）停钻井泵；
（2）关闭环空, 防止两相流分离； （3）泄立压，直到与大气压相等； （4）接单根； （5）打开环空，开泵恢复钻进。
充气钻井
（1）先停泥浆泵，继续注气，直到氮气将充
气泥浆替出最上面一个回压凡尔； （2）关闭环空,防止两相流分离； （4）正常接单根，打磨钳痕； （5）打开环空，泵入氮气，再泵入泥浆，恢 复循环。