国内外开展欠平衡钻井情况.doc

用空气/雾在老井中进行欠平衡开窗侧钻在美国一油田，使用空气/雾在下套管的Swan Lake-IST直井中进行欠平衡开窗侧钻，侧钻这口井的主要目的旨在减少原有井所钻Toolachee、Epsilon、Patchawarra和Tirrawarra地层的损害，并随钻发现产层，设计总井深为10092ft(3076m)。原有直井采用常规法钻成，并已进行了中途测试，测得的综合产气量为0.83MMscf/D(235103m3/D)。由于在直井段的套管被挤扁，如继续钻井需要较高的空气注入量，这与设计是不合理的，鉴于这问题，未钻到设计井深就完钻了。尽管如此，该井使用空气进行欠平衡侧钻，侧钻井段的裸眼流动测试，测得的产气量是原直井段综合产气量的10倍，效果显著，这也表明空气欠平衡侧钻明显地降低了地层损害。用雾钻井液进行欠平衡钻井1982年美国埃克森公司在得克萨斯州威乐逊县的玛萨里纳瑞克油田钻了24口井。该油田为裂缝性油藏，该油田为裂缝性油藏，油层孔隙度为4%9%，渗透率为0.0110-30.2510-3um2，井深为2500m左右。24口井中，采用两种钻井液体系钻进，一种为常规钻井液钻井，另一种为轻质钻井液钻井。其中21口井采用常规钻井液钻井（19口为普通钻井液，2口为加重盐水钻井液），3口采用轻质钻井液钻井（2口为雾化，1口为轻质盐水）。据奥斯丁白垩系地层完井的10井统计，其中用普通钻井液完井6口，开采24个月，占总开采量的18%，平均每井每月占总开采量的0.1%；而用雾化钻井2口，开采23个月，占总采开量的69%，平均每井每月占开采量的1.5%，比前者增加15倍。用氮气作为循环介质进行欠平衡钻井加拿大的一个欠平衡钻井例子是在Rigel Halfway Pool,实现了表皮伤害为零。产层是三叠系Halfway砂岩，平均渗透率为10010-3um2（国外规定渗透率小于100X10-3um2为低渗透油田），孔隙度为15%20%，采用天然气作为欠平衡钻井介质。钻井过程中，采用顶部驱动钻机，并可以连续溢流。岩屑随着油流到地面，岩屑上返速度高，减少了岩屑固相对产层的污染。正式投产时产量为邻近直井的10倍。随后，在附近又钻一口井，取得了类似的产量，验证了欠平衡钻井在这种地层中的增产效果。使用泡沫钻井液进行欠平衡钻井在美国得克萨斯州西南有个开采20年的老气田，储层压力降到11.6MPa,井深4267m，压力系数为0.272，这样低的压力，用常规钻井方式（普通钻井液钻井）和修井技术实际上是不可行的。因为水和钻井液会损害地层和淹没气井。所以在原来油井附近又钻了一口补充井，用稳定泡沫作为液钻生产地层，泡沫钻井液明显地降低了地层损害。在裸眼完井后还未进行酸化压裂，这口井的产气量就达到70800m3/D。使用充气钻井液欠平衡钻水平井在加拿大阿尔伯达的Camrose油藏，用充气钻井液钻成了一口水平井-Wainwright15B-44-4W4M，水平段长1800ft(548.64m)。该油藏属低压油藏，原来钻井中出现过严重井漏。该油藏特征如下：目前油藏压力-210psi(1.47MPa)原有油藏压力-580psi(4.06MPa)油藏顶部深度-2264ft(690.06m)溶解气-8890%C1,5%7%C2、C3和C4。油藏温度-70F（21.11）考虑到钻井液混合物井下着火的问题，测试确定了安全混合物的组成是85%空气、9%钻井液和6%碳氢化合物，为了安全考虑，最后将空气的体积分数降为70%。但是，为了满足欠平衡条件，需要95%的体积空气。后来考虑到安全因素，进一步作了测试，结果是将空气的体积数改为空气与氮气按60:40比例混合气体，按这种比例混合的气体与钻井液及井下的碳氢化合物组成的混合物不会在井下着火。该水平井完钻后经测试，其产量是该地区直井产量的2.5至6倍之间，钻井中实际氮气的用量与预计的用量相比，有较大的降低，从而节约了钻井费用。欠平衡钻井技术用于钻控井巴西利用欠平衡钻井优势在老油田钻井开发井获得成功，在此取得经验的基础上，又将该技术用于Parana盆地钻勘探井。该盆地位于巴西西南的延伸的高原地区。该盆地的地质特点是，上部为坚硬的玄武岩，下部为低压衰竭气藏，过去，由于常规钻井对地层造成严重的损害，中途测试均告失败。为了探测该地区的油气层及油气藏的分布范围，于1995年至1996年相继钻成了三口控井（其中2口直井，1口定向井）。钻井中采用了泡沫钻井液和充氮钻井液，采用的等效循环密度为5.01bm/gal(0.6g/cm3)和7.21bm/(0.86g/cm3)，欠平衡钻井深度范围为150m至3794m，钻井所获得的结果是：提高了上部坚硬玄武岩的机械钻速，钻速为常规钻井的24倍；对衰竭低压地层无损害或损害极小；随钻已探测到各个地层的天然气显示；已探测到原来未预计到的含烃地层；获得了较好的测井结果；在钻第一口初探井的同时生产气。使用空气欠平衡钻探井由美国Santos公司提供了一个使用空气进行欠平衡钻气探井的例子。该井为Barrolk3号，钻该井主要目的是空气欠平衡钻Toolachee砂岩地层，以减少对该地层的损害，并评价该储藏不损害的可能性。该进采用常规钻井方法钻到Toolachee地层（目的层）的项部8432ft(2567m)深处，下套管并注水泥固井，然后，在此处转换为空气欠平衡钻井方法钻井，钻6(152.4mm)井眼，直钻到8531ft(2600m)目的深度，并用不压井完井方法完井。在使用空气钻井期间，随钻上现了几个气显示，并成功地进行了流行测试，由于这样，节约了常规钻井中进行裸眼测试所花的费用，最后的压力测试也表明，该地层具有较大的开采潜力。边喷边钻在美国路易斯安那Terrebonne Parish的一口井，套管已下至16500ft（5029m），在15450ft(4709m)处，在15450ft(4709m)处，套管被挤毁。然后，在15378ft(4678m)处进行了三次开窗侧钻，但三次开窗侧钻作业中，采用常规钻井方法，因严重的压差卡钻及井眼告失败，后决定在14500ft(4419.6m)处进行第四次开窗侧钻，在第四次作业中，为解决上述问题，决定用边喷边钻欠平衡钻井方法，将钻井液密度由原来的17.5ppg(2.09g/cm3)降到16.5ppg(1.97g/cm3)，由水基钻井液改为油基钻井液。另外的措施是，缩短底部钻具组合长度，未合作钻柱稳定器，钻井中合作旋转防喷器装置，采用这些改进的方法后，第四次侧钻作业成功地钻到了目的层，未发生卡钻等问题。在墨西哥南部一油田，该油田的主产层属裂缝发育的碳酸盐衰竭气藏，其厚度为600ft(183m),位于真垂深度约8000ft(2438m)。该气藏上方是高压页岩地层，下面是常压的可渗透的含水砂岩。该气藏含HS达3%。在过去，该油田开发井的钻井采用常规方法，有的井套管下到产层上方，当钻到套管鞋下面100ft（30m）范围内时就发生严重的井漏，由于井漏，液柱压力下降到低于平衡点，使井眼环空压力升高到2500psi(17.5MPa)，导致严重的井控问题，迫使钻井停止，由于这样，有的井只能在部分可达到井段范围内完井，有的井只能堵塞或报废。为了克服上述井控问题，同时为了通过该漏失衰竭气层钻入一个较深的（11000ft(3352.8m)）新的目标地层，采用了边喷边钻欠平衡钻井技术。其程序是，用常规方法钻到漏失衰竭地层上方并下入98（244.47mm）套管，然后在套管鞋以下，使用密度为7.5ppg(0.9g/cm3)的油基钻井液进行边喷边钻，当钻到漏失的裂逢发育的碳酸盐地层时，地面套压最大时达到2500psi(17.5MPa),此时只出现了小量漏失，然后用7(177.8mm)尾管下到该层段以下并固井，最后成功地将6(155.5mm)井眼钻到了较深的新的目标地层。用边喷边钻欠平衡方法对这一井段钻井完井，只用了6天时间，而邻井用常规钻井方法则需要60天，大大节约了时间，降低了钻井成本。欠平衡连续油管钻井1995年，加拿大Morrison石油公司，在阿尔伯达南部的Mannvile油藏，为了加速开发这严重枯竭的油藏（该油藏在真重深度946m处的地层压力为4.5MPa5MPa），提高钻井的效率，改善总的采收率，选择了欠平衡连续油管重新进入钻水平井技术，所钻的Turin2-21井，获得成功，取得较大的经济效益。该井与原井眼相比，产量增加了8倍，油气储量增加了35%。该井钻井程序是，使用修井机重新入井在898m处进行开窗侧钻，造斜至1040m测量深度（真深度为1003.4m），造斜结束后，换用连续油管钻机，使用60.3mm连续油管，121mm钻头进行水平钻进，钻到1405m测量深度（直垂深度为1014.1m），水平段总长365m，水平段平均机械8m/h，使用的钻井液为油/氮，注入速度范围为0.35/15m3/min至0.25/20m3/min。1996年11月，加拿大Apache公司采用欠平衡加续油管钻井技术在加拿大卡尔加里西北的Harmatten气田钻成一口气井-11-18井。该井真垂深度为2572m，这是加拿大目前采用欠平衡连续油管技术成功钻成的一口最深的水平气井。该井所在气藏地质属灰岩和多孔白云岩组成的白云石化的浅水碳盐岩，气藏厚度高达20m，孔隙度达20%，平均为10%，气藏含硫量为0.5%。该气藏于1967年开始生产，当时地层的初始压力为23.5MPa，目前压力为16.8MPa（压力梯度为0.0065MPa/m)，已属低压气藏，为了开发这低压的剩余储量，选择了欠平衡加续油管钻井技术，其目的是确保地层不会损害，在钻井过程中维持欠平衡条件；可进行实时定向、环空压力和伽马射线等的测量；降低钻井中的井漏及压差卡钻，维持适当的井控。1995年12月，央英国用欠平衡油管钻井技术钻了一口多侧向水平井，使产量提高400%。该井按计划从原井眼侧钻457.2m，造斜率小于20/30m。钻具组合为:98.4mmPDC钻头+53.98mm带有导向工具的无磁钻铤+73.0mm分离短节+73.0mm双回压阀+73.0定向工具+50.8mm连续油管。在国内，主要在四川，早在20世纪60年代就开始了边喷边钻作业实践，在90年代中后期，该技术在国内迅速发展，并已取得显著的成效。尽管如此，与国外相比，国内欠平衡钻井技术在规模及装备方面存在较大差距，基于上述情况，提出如下建议：1.进一步研究欠平衡钻井工艺技术。虽然国内对欠平衡钻井技术已进行了一些理论上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范围较窄，过去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡条件下的边喷边钻技术上，其它方式的欠平衡钻井技术，如使用空气、氮气、泡沫、充气钻井液进行欠平衡钻井，还很少涉及到，或者还没有深入地涉及到，所以需扩大研究内容。2.欠平衡钻井是一项技术性强、风险性大、施工难度高的系统工程，为确保施工安全，达到预期的欠平衡钻井的效果，做到有预见性和科学性，在欠平衡钻井中应开展数值模拟研究，在研究中需建立精细的多个数学模型进行欠平衡钻井数值模拟，以此优化各项钻井参数，为欠平衡钻井设计和施工提供科学依据。3.国外欠平衡钻井主要用于钻水平井，因水平井段暴露在钻井液中的地层面积较多，时间也较长，易于被污染，而欠平衡钻井具减少地层损害的最大优势，由此可获得巨大效益，对于这种情况，国外已有较多的钻井事例。而国内目前已由用欠平衡钻的井多数是直井，为了进一步增大欠平衡钻井的效益，国内应扩大欠平衡钻井技术的应用研究，使其不仅适用于直井，也适用于水平井和定向井。4.国外在欠平衡钻井技术的应用中，重视欠平衡钻井技术的选择和正确的设计，这也是欠平衡钻井成败的关键，这点也值得我们重视。5.国内虽然利用欠平衡钻井技术钻了一定数量的井，但与国外，特别是加拿大和美国的欠平衡钻井数相比，差跟甚大，所以应增大欠平衡钻井井数，以提高欠平衡钻井的规模效益。6.欠平衡完井，是欠平衡钻井的延伸，如欠平衡钻井后不能进行欠平衡完井，那么，欠平衡钻井就失云了应有的作用。这方面的技术，国内虽然有一些简单的完井方法，但非常欠缺，急需研究提高。7.随着欠平衡钻井技术的发展外发展了一些较先进的欠平衡钻井地面设备，如旋转防喷器（额定的动密封压力已达17.5MPa）、闭式四相分离处理系统等，这为安全、有效地欠平衡钻井提供了必要条件，有些设备国内有些油田已引进。而国内也早在80年代就开始进行研制旋转防喷器和钻井液/气体分离器，但这些设备在某些设计结构上及技术指标上，与国外相比，还有一些差距，因此，还需在吸收国外设备先进技术的基础上，加强国内的研制工作，使其系列配套，满足欠平衡钻井的需要。8.在使用可压缩性气体或充气钻井液的钻井中，应用常规的脉冲随钻测量工具和泥浆马达受到限制。虽然国外在这方面作了研究改进，发展了电磁随钻测量工具和空气马达，但电磁测量工具受一定深度的限制，空气马在使用寿命还存在一定问题，在这些方面，国内可作一些探索性的研究。9.欠平衡连续油管钻井技术与常规钻井技术相比，具有钻井效率高，在整个作业过程中因不连接钻杆，可始终保持负压条件，能有