充氣欠平衡鉆井技術(shù)課件

1、充氣欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)言人：馬金山講座之五第1頁，共71頁。充氣欠平衡鉆井技術(shù)特點(diǎn) 第2頁，共71頁。 充氣鉆井液鉆井指的是一種以流體（水或鉆井液）為基礎(chǔ)，為了降低井眼內(nèi)的靜液柱壓力，將氣體在一定的壓力下注入其中，充氣液體鉆井類似于氣舉井的情況，產(chǎn)生的當(dāng)量循環(huán)密度通常為0.501.03 g/cm3，氣體體積占總體積數(shù)低于55%。充氣鉆井液是以氣體為分散相，鉆井液為連續(xù)相的氣液均勻混合體系。第3頁，共71頁。 充氣鉆井液的分散相氣體可以是空氣、天然氣、氮?dú)獾葰怏w；連續(xù)相可以是各種類型的常規(guī)鉆井液，也可以是淡水、清潔鹽水、地層水、柴油等液體，但作為連續(xù)相的鉆井液必須是易充氣、易脫氣且很穩(wěn)定。充氣鉆井

2、液入井前通過調(diào)整氣、液量來調(diào)整鉆井液的密度；返出井口后經(jīng)過地面除氣器，氣體從充氣鉆井液中脫離出來，以保證泵的正常上水。 第4頁，共71頁。充氣鉆井技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 第5頁，共71頁。 在0.551.03 g/cm3密度范圍內(nèi)能夠通過充氣進(jìn)行有效地調(diào)整，從而降低靜液柱壓力，實(shí)現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆井，保護(hù)油氣層；需要較高靜液柱壓力（而其他氣體系不能產(chǎn)生）的油氣藏，可以采用充氣鉆井液來鉆，從而最大程度地降低地層損害； 將充氣鉆井液應(yīng)用到其他氣體體系不能湊效的情況下，例如，在欠平衡鉆井過程中，能夠產(chǎn)出大量水的嚴(yán)重漏失地層，通過調(diào)整氣體體積和液量，可以在環(huán)空中獲得平衡狀態(tài)，從而既不漏失，也不井涌；對(duì)井塌等鉆井復(fù)雜

3、問題亦較泡沫有較強(qiáng)適應(yīng)能力；第6頁，共71頁?；嚎梢允倾@井液而不是水，因此可以在鉆穿水敏性地層時(shí)，維持井眼的穩(wěn)定性；減少鉆具磨損和井下鉆具著火的危險(xiǎn)；鉆井時(shí)效高，能大幅提高鉆機(jī)作業(yè)效率；保持較高的PH值用于克服內(nèi)在的腐蝕損害和對(duì)充氣鉆井液的破壞；消除了著火和灰塵危害，有利于保護(hù)環(huán)境；第7頁，共71頁?？捎糜谌魏晤愋偷牡貙?，包括硬地層、軟地層、干地層或濕地層，而空氣鉆井需要干燥的條件；根據(jù)壓力變化隨時(shí)調(diào)整注液量和液相密度控制井口和井底壓力的變化，阻止鹽水流入或井噴事故的發(fā)生；允許全井電測(cè)以及提高套管固井的成功率；易于施工，是費(fèi)用最低的低壓欠平衡鉆井技術(shù)，可以利用常規(guī)鉆井液，成本低，比泡沫類鉆井

4、流體節(jié)省資金。因此該技術(shù)應(yīng)用比較廣泛。 第8頁，共71頁。充氣鉆井技術(shù)缺點(diǎn) 需要增加氣體的注入壓力；如果充空氣需要進(jìn)行更廣泛的腐蝕控制；不適于高壓高產(chǎn)儲(chǔ)層；存在井壁不穩(wěn)定問題；遇到高壓水層會(huì)產(chǎn)生技術(shù)上的困難。 第9頁，共71頁。充氣鉆井適用地層： （1）堅(jiān)硬的濕地層； （2）溶洞、裂縫地層； （3）復(fù)雜地質(zhì)條件； （4）低壓產(chǎn)層。第10頁，共71頁。環(huán)空氣液混合流體特征分析 1994年Williams發(fā)表了氣液混合物兩相流流態(tài)結(jié)構(gòu)。液、氣經(jīng)過泡沫發(fā)生器的混合基本形成了比較均勻穩(wěn)定的混合物進(jìn)入鉆具內(nèi)，其結(jié)構(gòu)為泡狀流，是泡而不是泡沫。充氣鉆井液屬于塑性流體，隨著氣液比的增加，塑性粘度與動(dòng)切力增加；

5、隨著溫度的升高，相同的氣液比下的充氣鉆井液粘度下降，動(dòng)切力下降。從井底環(huán)空到井口的上返過程中，混合物結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)中變化中，流態(tài)為非線性兩相流。隨著液柱壓力降低、溫度的下降，小氣泡結(jié)為大泡，混合物中氣體體積增加，由泡狀流變?yōu)槎稳?，再進(jìn)一步變?yōu)檫^度流。井筒中上部為段塞流和過度流段，該井段為流態(tài)不穩(wěn)定區(qū)。混合物到達(dá)井筒上部井段，氣泡體積更大，形成環(huán)狀流，流速增加。 第11頁，共71頁。氣液混合物兩相流流態(tài)結(jié)構(gòu) 過渡流環(huán)狀流段塞流泡狀流第12頁，共71頁。1.818180180018000180181.8. 18環(huán)狀流區(qū)AABBC環(huán)空維持氣液混合的極限返速分區(qū)液體返速（m/min）氣體上返速度（mm

6、in）泡狀流區(qū)段塞流區(qū)過度流區(qū)第13頁，共71頁。環(huán)空氣液兩相流分布情況井筒中上部彈狀流、渦狀流井筒下部泡狀流井筒上部環(huán)狀流第14頁，共71頁。環(huán)空內(nèi)氣液比、氣體百分比隨井深的變化地面Q = 91%R = 1.4/1600m Q = 18%1200m Q = 8%1800m Q = 5%2400m Q = 3%300m Q = 58%R = .23/1基液密度：1.08g/cm3R = .09/1R = .05/1氣體/泥漿比率 = 10/1R = .03/1在井深2400米處的混合物中氣體體積占3%，到井深600米處氣體體積占18%；而井深300米處氣體體積急劇變大，氣體占58%，由600米

7、到300米氣體體積增加了2.22倍；到井口處氣體體積占91%，比井底的泡沫體積增加30倍。 第15頁，共71頁。舉例說明 泡沫的地面密度為s,基漿密度為l，泡沫質(zhì)量為，那么基漿（液體）的體積分?jǐn)?shù)為1-，它們之間的關(guān)系為：sl（1-）g. 其中，g為地面氣體密度，與l相比，g（0.00129kg/l）可以忽略不計(jì)，所以，上式可簡化為：sl（1-）第16頁，共71頁。3000米的井深1. 0的“基漿” 在地面的氣液比： 25:1 ，泡沫質(zhì)量為96.15%,此時(shí)的泥漿幾乎全是氣體，密度0.0385; 在井底氣液比： 1:99 ，泡沫質(zhì)量1 %，泥漿密度為0.99，與基液幾乎相同。而氣體密度大約為0.

8、37。第17頁，共71頁。T ZT ZP V*11*11*22*22=P V基本計(jì)算公式:式中：P1井筒某點(diǎn)壓力，Mpa；P2井筒另一點(diǎn)壓力，Mpa；V1井筒某點(diǎn)氣體體積，m3；V2井筒另一點(diǎn)氣體體積，m3；T1井筒某點(diǎn)熱力學(xué)溫度，K;T1=273+t1，t1-井筒某點(diǎn)溫度，；T2井筒另一點(diǎn)熱力學(xué)溫度，K。T2=273+t2，t2-井筒另一點(diǎn)溫度，；Z1、Z2修正系數(shù)。第18頁，共71頁。充氣鉆井液井筒壓力計(jì)算 充氣鉆井的注氣量、注液量、井筒流體柱壓力、循環(huán)壓耗、注入壓力 （泵壓）、當(dāng)量密度計(jì)算與模擬均需要專門軟件。環(huán)空井底壓力能夠通過調(diào)整液相密度、注液量和注氣量以及通過調(diào)整井口回壓來實(shí)現(xiàn)控制

9、。特別需要指出的是，當(dāng)注液量一定時(shí)，隨著注氣量的增加，環(huán)空壓耗增加，因此存在著最佳注氣量范圍，現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。最好在鉆具組合中安裝隨鉆壓力檢測(cè)儀（PWD），實(shí)時(shí)檢測(cè)井底壓力，判斷欠平衡狀態(tài)，指導(dǎo)施工。第19頁，共71頁。注氣量與壓力關(guān)系 (Saponja, 1995)1614121086420 環(huán)空井底壓力 2100m (MPa)氮?dú)庾⑷肓?(st m3 /min )20104050300 最佳點(diǎn)在一定的液體注入量條件下，降低流體密度所需的最小注氣量。 摩阻控制區(qū)浪費(fèi)氣量比較穩(wěn)定氣體注入量使井底壓力增加靜液柱壓力控制區(qū)不穩(wěn)定壓力變化大氣體注入減小井底壓力注油量 200 L/min1

10、39.7 mm (5-1/2”) 套管120.7 mm (4-3/4”) 水平井眼第20頁，共71頁。最佳注入量 當(dāng)液柱壓力所減少的量與環(huán)空摩阻增加的量相互平衡抵消時(shí)，此時(shí)的氣體注入量既為最佳注入量（最佳循環(huán)點(diǎn)）。臨界值決定于環(huán)空幾何形狀、井深和液體密度。 在設(shè)計(jì)和鉆井過程中，必須確定井眼內(nèi)是靜液柱壓力控制狀態(tài)還是摩阻壓力控制狀態(tài)。因?yàn)樵黾託怏w的注入量并不總是使井底壓力減少，反而造成因過多的增加氣體泵入量，而增加成本。 第21頁，共71頁。 為了正確地設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)對(duì)作業(yè)的各種限制和控制井底環(huán)空壓力等，必須考慮地層流體的流入對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的影響。對(duì)各種地層流體的流入進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定其對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的影響和

11、對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的各種限制是很重要的，實(shí)現(xiàn)必須充分考慮。 第22頁，共71頁。在靜液柱壓力控制狀態(tài)，氣體、液體注入量與井底壓力之間的互動(dòng)關(guān)系 較小的氣體注入量或者地層流體流入量的變化將導(dǎo)致較大的井底壓力變化； 地層氣體的流入可能導(dǎo)致井底溫度的降低，降低（原文為增加）井內(nèi)的壓力梯度，導(dǎo)致更多的地層氣體的產(chǎn)生等等。井內(nèi)氣體（注入的/或地層流入井內(nèi)的）少量的變化可能引起井底壓力的急劇變化，井內(nèi)壓力的波動(dòng)對(duì)所有已鉆開的地層產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致過平衡或井眼不穩(wěn)定。在靜液柱壓力控制狀態(tài)，液體更容易在環(huán)空聚集和滯留，形成段塞流。 第23頁，共71頁。在摩阻壓力控制狀態(tài)下 循環(huán)系統(tǒng)更穩(wěn)定；氣體注入量的變化引起井底壓力

12、波動(dòng)??；在地層氣體進(jìn)入井內(nèi)時(shí)，井內(nèi)氣體量的增加將使井底壓力適度的增加，同時(shí)也阻止了地層氣體向井內(nèi)的流入。在摩阻壓力控制狀態(tài)，地層流體向井內(nèi)的流入得到控制而且進(jìn)入井內(nèi)的量最少；在摩阻壓力控制狀態(tài) ，如果液體注入量較大，則循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可以不必考慮其影響 。第24頁，共71頁。液、氣注入量對(duì)井底壓力的影響16 14 1210 8 6 4 2 0 環(huán)空井底壓力 2100m (MPa)氮?dú)庾⑷肓?( m3 /min)20104050300注入柴油139.7 mm 套管120.7 mm 水平井眼注入油量 100 L/min200 L/min300 L/min 最佳注入量 第25頁，共71頁。需要的

13、氣體標(biāo)準(zhǔn)量計(jì)算圖表 (After Phillips Pet. Co.)32283.50252118141173006002700300090012001500180021002400每方泥漿需要的氣體量（ m3 ）鉆井深度（ 米）設(shè)計(jì)充氣液密度1.200.50.60.05需要降低的密度0.50.360.240.12第26頁，共71頁。注氣方法 包括通過鉆桿和井下環(huán)空注氣兩種方式。井下注氣是通過寄生管、同心管在鉆進(jìn)的同時(shí)往鉆井液中注氣。 第27頁，共71頁。注氣方式鉆桿注入 寄生管同心套管氣體寄生管氣體同心管氣體鉆桿第28頁，共71頁。鉆桿注氣法 工藝流程：來自氣體注入設(shè)備的壓縮氣體與來自液體注

14、入設(shè)備的液體經(jīng)過混合裝置的混合，形成均勻的氣液兩相流體，通過立管、鉆具內(nèi)、鉆頭到井筒環(huán)空，再經(jīng)過井口、節(jié)流管匯（或直接通過旋轉(zhuǎn)頭側(cè)口、排放管線）進(jìn)入分離系統(tǒng)（或經(jīng)過密閉循環(huán)系統(tǒng)）進(jìn)行氣、液、固分離。 第29頁，共71頁。第30頁，共71頁。第31頁，共71頁。立管注氣選擇噴嘴大小確定旁通氣量噴嘴與鉆頭噴嘴類似旁通噴射短節(jié)第32頁，共71頁。特 點(diǎn) 工藝簡單、應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是在鉆井過程中注氣、注液的不連續(xù)性（接單根，起下鉆等），井底壓力會(huì)因?yàn)槟Σ翂航迪Ф档?，其結(jié)果導(dǎo)致已鉆開的儲(chǔ)層的出油量、出氣量增加，在鉆開的長水平井段后效更加明顯，即接一個(gè)單根出現(xiàn)一個(gè)井口高壓單根峰，給井口壓力控制和油、氣、

15、鉆井液的分離帶來困難；由于停止循環(huán)，鉆具內(nèi)外的鉆井液發(fā)生液氣分離，靜液壓力剖面發(fā)生變化，井筒上部是氣，下部是液體。因?yàn)榫矁?nèi)處于“活”的狀態(tài)，當(dāng)?shù)貙又怀鲇?、水時(shí)，環(huán)空靜液柱壓力增加。當(dāng)重新建立循環(huán)后，主要摩擦壓降作用在井的下部，而且鉆具內(nèi)下部的液體段塞先被泵入環(huán)空，這樣就增加了環(huán)空液柱壓力和流動(dòng)阻力（ECD增大），井底出現(xiàn)壓力激動(dòng)，有可能導(dǎo)致出現(xiàn)過平衡。所以應(yīng)盡量減少接單根時(shí)間，使用頂驅(qū)能夠部分避免這種情況。第33頁，共71頁。只有使用連續(xù)軟管才能 避免上述問題的發(fā)生。為了減輕“單根峰”的程度和避免出現(xiàn)過平衡，在接單根和起下鉆時(shí)可以采用敞開或關(guān)閉井口環(huán)空的方法。對(duì)于儲(chǔ)層本身有能量的自噴井，應(yīng)敞

16、開井口以避免過高的套壓引起的不必要過高的井底壓力，維持環(huán)空流體流動(dòng)，限制氣液分離并保持環(huán)空鉆屑不斷返出井口；相反對(duì)于儲(chǔ)層能量不足的井，應(yīng)關(guān)閉井口環(huán)空，以減少環(huán)空流體分離和積存過大的環(huán)空氣液相能量，有助于消除液相段塞的形成。而高壓高產(chǎn)能的井關(guān)閉井口環(huán)空可以減少儲(chǔ)層油氣過多的進(jìn)入井筒，防止環(huán)空液相的消除，維持一定的液柱壓力，避免井口出現(xiàn)高壓。 第34頁，共71頁。鉆柱注氣優(yōu)點(diǎn)總結(jié) 它不需要任何井下輔助工具，因此其基本成本比其它注氣方式要低。由于充氣流體充滿了整個(gè)環(huán)空，因此獲得的井底壓力比氣體從旁路注入的要低。同一原因，任何特定的井底壓力需要的氣體注入速度比環(huán)空注氣的要低。在鉆頭處有較好的水力學(xué)。

17、第35頁，共71頁。鉆柱注氣缺點(diǎn)總結(jié)在接單根或起下鉆停止循環(huán)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)注氣，很難維持欠平衡狀態(tài)。循環(huán)停止時(shí)，可以維持欠平衡狀態(tài)，但不能有效地控制井底壓力。由于各種鉆柱單流閥使鉆柱中的氣體有一定壓力，因此在接單根或起鉆卸壓時(shí)要花一定的時(shí)間，這一操作比鉆柱中只有液體時(shí)要慢。流過鉆柱的是兩相流，產(chǎn)生比單相的液流更高的摩擦壓力損耗，因此，立壓將比環(huán)空注氣時(shí)的高。第36頁，共71頁。接單根時(shí)的井底壓力變化液柱壓力地層壓力在接單根之前注入氮?dú)庠诮訂胃鶗r(shí)形成的壓力峰值壓 力時(shí) 間第37頁，共71頁。時(shí)間 分鐘井眼清洗不足井眼發(fā)生堵塞地面壓力沒有增加環(huán)空壓力 （Mpa）地面壓力井底壓力起鉆壓力峰值55.

18、251.748.344.841.437.934.531.027.624.120.717.213.810.36.93.40第38頁，共71頁。循環(huán)開始出現(xiàn)的大的液體塞段 塞 流 態(tài)接單根作業(yè)環(huán)空摩阻為1.2Mpa井底壓力（Mpa）時(shí)間 分鐘7 6.35.64.94.23.5 2.8 2.1 充氣鉆井過程中井底壓力的變化第39頁，共71頁。鉆柱注氣缺點(diǎn)總結(jié)4.在環(huán)空注入和鉆柱注入中，可壓縮相（氣泡）會(huì)迅速減弱任何MWD的壓力脈沖信號(hào)，因此不能使用常規(guī)的脈沖MWD。鉆柱注入時(shí)，氣體和液體都要流過井下馬達(dá)，會(huì)降低馬達(dá)的效率，而且還會(huì)引起井下震動(dòng)，縮短了泥漿馬達(dá)和其它井下設(shè)備的使用壽命。5. 還會(huì)出現(xiàn)在

19、鉆頭或滲透性地層重新獲得汽化時(shí)，如果井眼壓力超過了地層壓力且流體漏失控制不好，注入的氣體就有可能進(jìn)入到揭開的滲透性地層而不會(huì)上升到環(huán)空。6.鉆柱注入使鉆柱腐蝕更快。第40頁，共71頁。環(huán)空注氣法 包括寄生管柱法和微環(huán)空注氣法兩種環(huán)空注氣工藝第41頁，共71頁。典型寄生側(cè)管充氣液表套鞋技套井筒水泥鉆具鉆井液壓縮空氣 寄生管(固定于技術(shù)套管側(cè))注入口套管鞋第42頁，共71頁。第43頁，共71頁。第44頁，共71頁。將U形彎頭上焊接在套管體上，避免焊接帶應(yīng)力集中寄生管注入裝置第45頁，共71頁。下端上端寄生管注入接頭 (Westermark, 1986)第46頁，共71頁。平行管柱注入接頭 (Tei

20、chrob)3”開口槽連接 2 1/16”管子第47頁，共71頁。寄生管充氣實(shí)例氣體2 1/16” 注氣管注入點(diǎn)750米8 5/8” 技套下深850米7 7/8”井眼氣液混合物第48頁，共71頁。工藝流程 寄生管柱注氣井下流程如圖所示，通過固定在套管外部的油管和注入接頭進(jìn)行注氣。注入接頭連接在套管上是管柱的一部分，油管用專門的卡箍固定在套管的外壁，同套管一起下入井內(nèi)并固結(jié)在水泥環(huán)中。注入的氣體在環(huán)空與返回的鉆井液相混合，從而通過降低注氣點(diǎn)以上的靜液柱壓力來降低環(huán)空井底壓力。當(dāng)水平井使用寄生管柱時(shí)，注氣點(diǎn)通常位于水平井造斜段的中點(diǎn)附近。第49頁，共71頁。同心管注入技術(shù)與寄生管注入技術(shù)相似，同心

21、管臨時(shí)下入井內(nèi)，氣體通過兩層套管環(huán)空注入井內(nèi)；單相鉆井液通過鉆柱注入井內(nèi)，可以使用常規(guī)定向井工具和測(cè)量儀器；與寄生管注氣方法不同之處是同心管可以重復(fù)利用。微環(huán)空注氣技術(shù)將兩層套管之間的空隙作為注氣通道在鉆進(jìn)過程中，注入的氣體在環(huán)空與返回的鉆井液相混合，從而通過降低注氣點(diǎn)以上的靜液柱壓力來降低環(huán)空井底壓力。注氣點(diǎn)位于水平井的“腳跟”附近。能安全地下入斜井或水平井中，并且能提供一個(gè)比寄生管柱注入更深的注入點(diǎn)。 第50頁，共71頁。第51頁，共71頁。第52頁，共71頁。同心套管注氣技術(shù) (Teichrob)N /空氣2N /水2N /空氣/水/油2444-mm 井眼339-mm 表套89-mm (

22、3-1/2 in.) 鉆桿244.5-mm (9-5/8 in.) 技套311-mm (12-1/4 in.) 井眼8-10 /30m 造斜率177.8-mm (7 in.) 同心管724 m MD at64 井斜角12 m 割縫接頭892 m MDat 90 井斜角694 m TVD150 m TVD, 150 m MD泡沫水泥割縫接頭在斜深 710 m井斜角 64 (660m TVD)TD = 1,440 m MD 在 90井斜角, 696 m TVD159-mm (6-1/4 in.)井眼直徑ooooo第53頁，共71頁。同心套管注氣井口裝置注入口244.5 mm套管切掉的長度,寬度76

23、.2 mm微環(huán)空200.1 mm444.5 mm為609.6 mm第54頁，共71頁。雙層鉆柱注氣技術(shù)泥漿入口空氣旋轉(zhuǎn)頭氣液混合物返出雙層旋轉(zhuǎn)5“ 同心管注入接頭4 1/2“ 常規(guī)鉆桿鉆鋌第55頁，共71頁。雙層鉆柱注氣技術(shù)與同心套管注氣技術(shù)相同；接單根期間停止注氣；需要特殊的方鉆桿，增加接單根時(shí)間；不常用。第56頁，共71頁。 兩種注氣方法都不能降低注氣點(diǎn)以下流體的密度。對(duì)環(huán)空注氣方法來說（假設(shè)泵入鉆柱的單相液體），只是降低注氣點(diǎn)以上井段的液柱壓力，為了獲得與鉆柱注氣方法相近的井底壓力降低效果，通常需要更高的注氣排量。環(huán)空注氣的工藝優(yōu)點(diǎn)是在接單根和起下鉆過程中可以繼續(xù)循環(huán)氣體，從而比使用鉆桿

24、注氣具有更低的壓力波動(dòng)；可以采用常規(guī)的動(dòng)力鉆具、MWD和鉆頭水利參數(shù)；氣體不接觸裸眼，如果有腐蝕僅是注氣點(diǎn)以上井眼溫度較低的部分。第57頁，共71頁。 環(huán)空注氣法在接單根，起下鉆時(shí)如果控制不好也可能同樣不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，也會(huì)導(dǎo)致井底壓力的某些變化。根據(jù)具體情況可以在注氣的同時(shí)通過調(diào)整井口的開啟程度，調(diào)整井底壓力。環(huán)空注氣法要求容納注氣管柱井眼尺寸的擴(kuò)大和增大注氣排量使成本增加。同時(shí)，對(duì)于許多已經(jīng)鉆成的井眼來說，由于沒有足夠的空間來容納注氣管柱，而無法采用環(huán)空注氣工藝方法。 第58頁，共71頁。 只有利用連續(xù)軟管進(jìn)行欠平衡鉆井作業(yè)時(shí)，才能獲得和維持穩(wěn)定的井底壓力條件。利用連續(xù)軟管鉆井不需要接單根

25、并且起下鉆時(shí)可以連續(xù)注氣。雖然利用連續(xù)軟管進(jìn)行欠平衡鉆井在井底壓力控制方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然處于開發(fā)的早期并且與鉆桿相比具有很大的機(jī)械限制因素。雖然國外公司已經(jīng)利用連續(xù)軟管和環(huán)空注氣技術(shù)進(jìn)行了欠平衡鉆井作業(yè)，但是由于成本和現(xiàn)場作業(yè)因素，到目前為止，鉆桿注氣技術(shù)仍是應(yīng)用比較廣泛的充氣欠平衡鉆井技術(shù)。 第59頁，共71頁。環(huán)空注氣與寄生管注氣對(duì)比優(yōu)點(diǎn)總結(jié)接單根或起下鉆時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)注氣。而液體循環(huán)可能要停止，并且井底壓力控制不完善。鉆柱中是單相流（液體），MWD系統(tǒng)可以使用，井下馬達(dá)工作效率高，井下震動(dòng)可能較低。 氣體注入點(diǎn)通常是在套管內(nèi)，注入的氣體不會(huì)流進(jìn)揭開的滲透地層。 盡管開始注氣的壓力

26、比鉆柱注入時(shí)要高（相同井深），但它通常在達(dá)到設(shè)計(jì)的井底壓力降時(shí)比立壓低，因此，環(huán)空注入需要的氣體壓縮功率可能比鉆柱注入還要小。如果注入的是壓縮空氣，不是所有的鉆柱都會(huì)暴露在有腐蝕性的氣化液體中。 第60頁，共71頁。環(huán)空注入技術(shù)與寄生管注入技術(shù)對(duì)比的缺點(diǎn)環(huán)空注入技術(shù)都需要較高的氣體流速，因此氣體成本較高。 (見圖)寄生油管注入或是暫時(shí)套管注入，都會(huì)產(chǎn)生額外的成本。在側(cè)鉆鉆井作業(yè)中，使用這些方法的可能性非常小，除非能起出已有套管或大直徑的油管。 在綁寄生油管柱的套管與外層套管及裸眼段間必須要足夠空間，以容納寄生管及其注入短節(jié)。第61頁，共71頁。預(yù)測(cè)井底壓力 （Mpa）立管注入寄生管注入技術(shù)條件

27、液體注入量：1.32m3/min井深：1828.8m井眼直徑：8 /1/2鉆桿直徑：4 1/2鉆桿直徑：6 1/4寄生管下深：609.6m空氣注入量(m3/分鐘)2.8 5.7 8.5 11.3 14.2 17.0 19.8 22.6 25.5 28.3 17.2413.810.36.93.45第62頁，共71頁。將寄生管柱隨套管慢慢下入，在下入時(shí)有機(jī)械損壞的危險(xiǎn)，在斜井中要特別注意。在套管上開口的注入短節(jié)可能是套管柱的薄弱點(diǎn)。 如果使用寄生管柱或小環(huán)空套管柱，能鉆成的井眼大小受到暫時(shí)套管的直徑偏差的限制。暫時(shí)套管外的環(huán)空體積比寄生管柱的大，這降低了氣體注入的速度及注氣速度改變引起的井底壓力，

28、井底壓力的控制就很困難。通常，在目標(biāo)段鉆成后要回收該套管，它花費(fèi)的時(shí)間將增加鉆井成本。第63頁，共71頁。對(duì)氣相的要求各種氣體都可以做為充氣鉆井液的氣相；在條件允許時(shí)應(yīng)選擇空氣；為避免井下燃燒爆炸和腐蝕，應(yīng)選擇氮?dú)狻⑻烊粴饣驈U氣；為避免井下爆炸，節(jié)約成本，可以選擇氮?dú)馀c空氣的混合物?；旌衔镏械目諝鉂舛葢?yīng)低于8%，即注入混合物中空氣體積低于38%，氮?dú)怏w積高于62%。 1994年研究人員發(fā)現(xiàn)在水中充入60%的空氣和40%的氮?dú)饣旌衔锬苡行У姆乐怪赜途?。有?bào)道硫化氫能夠降低氣體混合物中氧的濃度。第64頁，共71頁。最初，未加重的鉆井泥漿被用作充氣鉆井流體的液相，目前的趨勢(shì)是使用未增粘的流體，如

29、水、鹽水、柴油、原油或凝析油。如果可能，鉆井泥漿就不應(yīng)作為充氣鉆井中的液相。在欠平衡鉆井中，地層流體侵入是可能的，這將污染或沖淡泥漿，而要使該泥漿恢復(fù)原來狀態(tài)是很昂貴的（消除污染物，解決沖淡）?；簩?duì)將要鉆的任何產(chǎn)層應(yīng)該是無傷害的，并且與可能遇到的地層流體要配伍。，鉆井流體中的液相與地層流體可能在地層中、環(huán)空中和地面分離系統(tǒng)中發(fā)生反應(yīng)。只要井底處于欠平衡狀態(tài)，地層流體就會(huì)流進(jìn)井眼中并混合在鉆井流體中。因?yàn)樵诔錃忏@井時(shí)壓力不容易控制，所以，井眼中可能出現(xiàn)過平衡狀態(tài)，鉆井流體可能會(huì)周期性地流進(jìn)地層。而且，在鉆遇干氣層、含飽和氣的水層時(shí)，流體也可能從井眼流進(jìn)地層，即使是在欠平衡鉆井。 液 相第65頁