提 纲
国内外欠平衡钻井技术概况 大庆探井欠平衡钻井实施情况介绍 欠平衡钻井技术存在问题及下部发展方向
国内外水平井钻井技术概况 第二部分 水 平 井
第一部分 欠平衡井
大庆水平井钻井实施情况介绍
水平井钻井技术存在问题及下部发展方向
国内外欠平衡钻井技术概况
一、欠平衡钻井（UBD）定义
欠平衡钻井指在钻井过程中钻井液柱压力低 于地层压力、允许地层流体进入井筒，并可将 其循环到地面的可控制的钻井技术，即： PmE﹤PP 一般要求：PP-PmE=ΔP ， ΔP=0.7～7MPa。
4、气体钻井专用设备
现场设备
空压机
增压机
5、气体钻井流程
RCD
钻井泵
分离器
增压机 欠平衡节流管汇 膜制氮
气体流量计
钻屑处理
空压机
液氮
6、气体钻井流体力学参数设计
● 确定携带钻屑所需的最小气体排量qgmin。
● 计算井底压力PB。
● 计算钻柱内钻头处压力Pa。
● 计算注入压力Pj。
● 由设计最小气体排量qgmin、注入压力Pj选择压
中石油2000-2006年欠平衡钻井数量分布表
140 120 100 80 60 40 20 0 19 14 14 40 50 50 120
2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年
八、气体钻井简介
1、适合条件
● 地层岩石坚硬
● 井壁稳定性强
● 较少的地层流体侵入
●空气钻井难点之五——防止井喷发生
UBD最大优势是将“井控”变为钻进过程“井内流体
控制”，即边喷边钻，从而有效地保护和发现油气层，同 时也增加了井控工作难度。 由于UBD过程始终是井内流体及压力控制问题，与常 规钻井不同之处，必须选择配制两个控制系统A和B。
A.控制系统：控制环空压力和引导返出的多相流体进
空气锤
●欠平衡专用工具
六方（三方）方钻杆、滚子方补心、钻具强制式回压阀、 空气锤、空气螺杆钻具、空气震击器及减震器、欠平衡井 底压力采集系统、气体监测仪器等。
五、欠平衡钻井工艺流程
欠平衡钻井地面设备配套井场布置图
六、欠平衡钻井数据自动采集与分析系统
传
参数录入 数据采集
感
器
处 理 数 据 时 间 同 步
● 具有中低孔隙压力的地层。
● 缺水干旱地区。
● 对水基或油基钻井液敏感的地层。
2、空气钻井优势
●空气钻井可以大幅度提高钻井速度。 ●空气钻井在克服严重井漏、溶洞性漏失方面有着不可替代 的优势，对水敏性垮塌地层更加有效。
●空气钻井有利于储层保护，基本不会对储层造成损害。
●对于低压、低渗、低产“三低”储层比常规泥浆钻井有更 大优势。 ●可提高钻头使用寿命 ，对付硬地层钻进的能力显著提高。 ●空气钻井气源便利，经济。
成泥包，也能在井壁上形成保护膜，钻具上已经形 成的泥块也易掉下来。而且具有很好的润滑性能， 降低摩阻，在有井斜时效果更明显。
地层中等流量出水的后果与处理
• 中等水量最明显的表现是注入压力升高，钻屑突然停止上 返，钻速降低，继续注入气体，排出管出口出现液体。发
生岩屑结团的危险性较小，因为在空压机功率足够的情况
入地面控制，分流系统。 B.控制系统：去除返出多相流体中的气相、固相、油、 回收钻井液相的控制，分流系统。
气体钻井钻屑变成粉末，因此岩屑录井获得大岩屑困难， 同时不能采用常规的录井方法进行录井。 主要原因： • 钻屑被钻头重复研磨变碎； • 钻屑在上升至地面的过程中彼此碰撞，并同钻具、井壁碰撞
变碎 ，更重要的是由于钻具旋转，钻屑被磨碎；
• 到达井口的钻屑经过90度转弯，冲击井口和排出管线而变碎。
●空气钻井难点之四——防止井下爆炸
风机和增压器。
7、气体钻井技术难点
●地层出水是最大的障碍之一
当钻遇水层，湿岩屑会粘附在一起，在钻杆外壁和井壁上
形成泥饼环，不能被空气从环空中带上来，阻止了空气流动并 产生卡钻。为了有效的防止水侵，必须了解水层的位置，水的 流量和成分，这样可以很快采取措施。
• 小流量：地层出水量低于0.477m3/h ； • 中等流量：出水量0.477—7.95m3/h ； • 大流量：出水量大于7.95m3/h 。
• 易鉴别返回的地层流体
• 不会对油气生产系统和炼油作业造成有害物质
● 充 气 钻 井
液相中充入气相（氮气、空气）的两相流体作 为钻井循环介质获得欠压差值的欠平衡钻井，其 中液相是连续相，气相为分散相。
充气钻井一般应用于地层（储集层）压力梯度
小于1.0的地层。
四、欠平衡主要装备及工具
●气体钻井专用设备（空气压缩机组、氮气发生器、尾气发
过、欠平衡钻井井壁受力状态
●
地层流体从井壁急剧进入井筒，压力梯度引起的井眼拉伸 破坏和剥落。
拉伸长破坏带
地层流体急剧进入井筒引起井眼拉伸张力破坏
● 气体钻井循环系统的波 动性引起井眼的不稳定性
接单根井底激动压力曲线
钻进及起下钻井底激动压力曲线
地层流体进入井筒引起的激动压力曲线
●空气钻井难点之三--岩屑录井困难
影响气体钻井井壁稳定性分析
●
低井底压力增大了井眼周围的剪切应力
在许多情况下，气体钻井井眼失稳是由于井内压力低于井 眼坍塌压力引起的。如在2134m井深的气体钻井中，当注气 体积流量Qgo=48.87m3/min，井底有效液柱压力0.4697MPa， 在地层压力PP=16.75MPa时，井底欠压差值△P=16.28MPa。
地层坍塌，而且空压机功率不能满足将水吹至地面。但 是由于井内水多，钻屑被稀释，不会使岩屑黏结成块。
• 处理方法：加入泡沫剂，变成泡沫钻井或转为用泥浆钻 井 。
● 空气钻井难点之二---地层坍塌
地层坍塌：因井筒内空气柱几乎对地层无作用 力，因此靠静液柱压力来平衡坍塌压力的地层不能 用气体来钻。国内外多口钻井实践证明，在气体钻 井时有坍塌层会引起严重卡钻。
●气 体 钻 井
利用干气（如空气、天然气、氮气、烟道气等）作为 循环介质的UBD钻井方式。 由于气体密度小，气体钻井中井内筒静水液柱压力大 大低于常规钻井流体静水液柱压力，因而极易在井底形
成欠压差值，这样不但能有效防止液相和固相进入储集
层，保护储集层，而且能极大提高钻速。实践表明气体
钻井比常规钻井液钻井提高钻速3～4倍以上。
● 雾 化 钻 井
液相以非连续液滴的形式存在于连续气相中作为循环 介质的钻井称为雾化钻井。 “雾”——指非乳化液相的体积分数小于2.5%，它将 以非连续液滴的形式存在于连续气相中，这种低液相体积
分数的钻井流体称为雾。 雾化钻井在一定程度上能克服
地层出水问题，并具有气体钻井的优点。 作业程序：用小型小缸泵将液体低速注入循环气体中。 注入液相通常为水、表面活性剂及防腐剂，有时加入聚合 物或盐以防止水敏性页岩与钻井流体间的作用。
三、平衡钻井（UBD）分类
气体钻井（空气、天然气、氮气、烟道气） 雾化钻井 充气钻井 泡沫钻井 玻璃微珠、塑料微珠钻井 钻井液
类 型 气体钻井 雾化钻井 密度g/cm3 0.001～0.01 0.01～0.03
充气泥浆钻井
泡沫钻井 玻璃微珠、塑料 微珠钻井 钻井流体
0.45～0.9
0.032～0.064 ﹥0.7 按压力梯度设计
泥饼环的形成及产生的后果
a) 差的清洗井眼效果
b) 形成泥饼环
c) 发生井下爆炸和着火
d) 发生卡钻
地层小流量出水的后果与处理
根据国外的经验，对付小于0.318m3/h的出水量使 用化学干粉能很好解决这个问题。最常用的是硬脂 酸钙、硬脂酸锌。另外一种是硅胶，它是一种极细
的吸水性颗粒。这些粉末包在岩屑的外面，不会形
● 泡 沫 钻 井
稳定泡沫是由气体（连续相）、液体（分散相）和表 面活性剂配制而成的一种流体，以这种流体作为循环介质 而获得欠压差的欠平衡钻井为泡沫钻井。有以下优点: • 循环压力低，减少了储层损害和漏失问题
• 钻入衬套时，在非胶结地层没有小孔冲蚀
• 优良的携岩能力，是水的7-8倍 • 低压缩要求
特殊工艺井钻井工艺技术
前
言
特殊工艺井一般指欠平衡井、水平井、大位 移井、分支井、小井眼井、套管钻井等。特殊工 艺井工艺复杂，施工难度大，几乎应用了目前世 界上90%的最前沿的钻井完井技术。随着油田勘 探开发得逐步深入和扩展，钻特殊工艺井数量越 来越多，掌握特殊工艺井技术势在必行。利用这 个机会，重点介绍一下欠平衡井和水平井钻井工 艺技术。
凉高山地层进行过试验，当时只是用清水钻进，进行“边
喷边钻”。90年代:塔里木油田解放128井欠平衡钻井的成
功，给我国欠平衡钻井推向了一个新的阶段。 目前，我国各海上、陆地油田已引进各种类型旋转防喷 器近40套，共进行了120多口欠平衡钻井试验。国内克拉 玛依、四川、胜大港等先后开展了现场试验。大港油田板 深7井、板深8井是国内最成功的范例，发现了亿吨级油气 田。
国外欠平衡钻井一览表
35.0%
30.0%
25.0% 20.0% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0%
百分率 欠平衡井数
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
●我国早在60年代，已在四川油田磨溪构造的大安寨、
二、欠平衡钻井（UBD）的优点
● 防止和减少压差卡钻及井漏
压差粘附卡钻是由正压差引起，因此在易压差粘附卡钻井段、 地区，可防止压差粘附卡钻。同时也可用欠平衡钻井钻易破