欠平衡讲座.ppt

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欠平衡钻井技术,一、欠平衡钻井装备二、欠平衡钻井工艺,一、欠平衡钻井装备1、概述,旋转防喷器美国ShafferPCWD型旋转防喷器Williams7100型旋转防喷器（另外，Williams公司还生产7000型、IP-1000型、8000型、9000型、9200型等旋转防喷器，其结构和工作原理与7100型相同。

）地面分离系统液气分离器（多数是美国Brandt公司生产）撇油罐（对原油与钻井液的分离）,1、欠平衡钻井装备概述,节流管汇及数据采集系统专用节流管汇地面数据采集系统（可在钻井作业时，通过与现有钻井控制与监测系统接口，提供实时信息，还可与动态多相流量模型接口，允许将实际参数与计算参数加以比较。

测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度等，并实时显示这些数据，可避免出现过平衡和井喷现象。

模拟软件美国Weatherford公司和Sigma公司等已研制成模拟软件，可帮助用户对欠平衡钻井作业进行液压设计和分析，确定使用哪种液体，用多少循环液才能清洗全井筒，以免井内岩屑积累过多，出现井下严重故障。

1、欠平衡钻井装备概述,测量技术采用可压缩性钻井液进行欠平衡钻井时常规测量技术不适用。

电磁波随钻测量仪的信号传输是通过地层而不是钻井液，因而可用于欠平衡钻井的测量作业，优先采用电磁波随钻测量仪其它制氮注氮设备、内防喷工具、燃烧管线、点火装置、泡沫注入设备、硫化氢报警装置等,2、ShafferPCWD型旋转防喷器,产品技术指标:

最大井口压力（静态）:

5000psi最大井口压力（动态）:

3000psi最大井口压力（封零）:

2500psi最大转速:

200rpm底部联接：

11”-5000psi法兰或双头螺栓135/8”-5000psi法兰或双头螺栓顶部联接：

11”-5000psi双头螺栓最大外径:

52”最大高度:

42.5”（双头螺栓式）或49”（法兰式）电源：

380V/50Hz或460V/60Hz设计温度:

-20C（-40C）+120C设计准则:

API16A,产品性能特点,该旋转防喷器具有旋转和万能两种功能.（可代替万能防喷器使用，总高度的降低使其适用于各型底座钻机）。

旋转防喷器的上部可以连接溢流管。

PCWD为主动式旋转防喷器.在钻井过程中，它可以自动补充密封胶芯的橡胶量，从而保持了良好的密封性能及较长使用寿命。

密封胶芯可封零还可封住任何截面形状的钻柱（包括四方钻杆），因此该系统与四方钻杆可正常地配合使用。

系统配置了高压储能器和备用的电源（或称不间断电源），保证了在常规电源失效时该系统仍可正常工作。

产品性能特点,11”通径可使各种钻头及井下工具通过，而不需任何拆装工作。

PCWD即可与转盘配合使用还可以和顶部驱动配合使用。

密封胶芯可开口，使更换胶芯时可把钻柱留在井中.（大量节省了现场操作时间）。

液压系统的压力始终大于井筒压力，以保证井筒中的钻井液不会侵入液压系统。

液压系统的压力可以人为地调节使设备达到最佳的密封及最小的胶芯磨损状态。

液压系统的优化设计使动密封两侧压差最小，从而延长了动密封的使用寿命。

3、液气分离器,作用：

是将井筒内循环出来的气体与液体分离。

结构：

一般为重力脱气型，采用交叉脱气、钻井液走曲径，见结构示意图。

循环系统为了防止钻井液进入主腔时产生水击，在主腔外设计有缓冲器，循环系统流程见流程图。

液气分离器循环系统流程图,混合液进口,缓冲器,主腔进口,脱气孔板,液固体出口,气体出口,4、撇油装置,4、撇油装置,作用：

将井筒循环出来的原油与钻井液分离，保持正常的欠平衡钻井施工。

工作原理：

流进本装置的混合液体，经过漫流作用，产生重力分离，之后进入撇油室，撇油器将浮于上部的原油撇去，砂泵将沉于底部的钻井液排出。

液体加热：

为防止冬季施工因液体冻结而造成循环中断，装置内设计两套独立的加热系统：

一是电加热系统，二是暖气加热系统。

加热系统可同时使用，也可单独使用。

撇油装置循环流程,5、欠平衡钻井监控系统,系统组成：

数据采集系统：

主要由立压、套压传感器和数据采集箱组成，其作用是采集立压、套压信号，把压力信号转变为电信号，并对电信号进行滤波、放大等电路处理。

数据处理软件：

对实时采集的电压数据信号进行数据分析，编制成相应的曲线，并在超过一定警戒时报警。

信号传输：

起到在传感器与数据采集箱以及计算机之间传输数据的作用。

5、欠平衡钻井监控系统,井口最大回压设计设计与控制原则：

为保证井口不失控，应在钻井过程中对井口施加一定的回压，以平衡部分地层压力，控制油气的侵入程度。

井口回压大小的控制应视旋转防喷器承压能力的大小而确定。

其原则是：

通过调节地面液压节流阀的开启程度，将井口回压控制在设定的安全工作压力范围。

井口最大回压计算流程见下图,6、欠平衡专用节流管汇,结构特点节流阀通径大。

常规钻井井控装备中节流管汇的节流阀通径为29/16，为满足欠平衡钻井过程中依靠节流阀的开启调节钻井液、油、气的循环的要求，节流阀的通径必须足够大，因此一般设计其通径尺寸为41/16。

三只节流阀，且其中2只为液动节流阀，一只为手动节流阀，比常规钻井用节流管汇多了一只液动节流阀。

这样就避免了在一只液动节流阀失效的情况下，需要手动操作节流阀的危险。

同时，增加一只节流阀后，即能满足大排量节流循环的需要，又增加了一只备用阀，使其工作安全性大大提高。

6、欠平衡专用节流管汇,结构特点低压区改为高压区。

常规钻井用节流管汇中节流阀下游的阀件为低压阀件，考虑到欠平衡钻井过程中井口压力高、工艺复杂，把低压区的阀件均设计为高压阀件，即节流阀前后阀件的额定工作压力一样，这样就提高了节流管汇的安全操作系数。

在汇流管上安装一只29/16平板闸阀。

打开此阀放掉钻井液，可防止在起下钻或其它非钻进、循环时节流管汇和液气分离器及管线内的钻井液冻结。

节流阀的阀芯设计为孔板式结构,6、欠平衡专用节流管汇,节流管汇结构示意图,6、欠平衡专用节流管汇,节流阀阀板、阀座结构,二、欠平衡钻井工艺1、欠平衡钻井主要技术措施,欠平衡钻井工艺要求：

如果钻迂高压水层,地层出水严重,则停止实施欠平衡钻井.因井裸眼段较长,如果井壁不稳定,掉块严重,则停止实施欠平衡钻井.如无油气显示,且出水少,此时井口无须进行回压控制,只进行导流.如原油大量进入井筒,则考滤回压以增加井内当量钻井液密度,减少产层原油进入进入井筒的量.,1、欠平衡钻井主要技术措施,欠平衡钻井工艺要求两台泥浆泵中的一台用以钻井循环，另一台接至压井管汇，并使两台泵始终处于完好状态，特别是处于待命状态的泥浆泵必须完好，随时可以投入工作。

井口防喷器组处于良好的工作状态，闸板防喷器备好半封、全封闸板总成。

应根据地层情况选择优质高校钻头及优选钻井参数钻井，在携岩能力允许的情况下，应尽可能提高机械钻速，以减少起下钻作业次数。

严格控制起下钻速度，防止抽吸及压力激动。

欠平衡钻井操作要求,A严格注意井口回压变化，不得在超过安全范围的高压情况下作业。

B在连接节流、压井管汇之前一定要校正好井口，偏差不得大于5mm,以防止钻具对胶芯的磨损和对旋转防喷器轴承的损害。

C严禁直台阶钻杆以下入方式通过旋转头，避免钻铤、扶正器等大直径钻具通过旋转头。

要通过旋转头的钻具经大钳上紧后要将接头上的牙痕锉平,钻具表面必须光滑。

D在旋转头使用期间必须保证润滑油的泵和冷却液的循环正常。

E旋转防喷器使用期间要随时检查、观察其使用情况，发现异常情况及时处理或报告。

2、欠平衡钻井施工预案,钻井液循环路线钻进时无溢流发生情况下钻井液循环流程：

泥浆泵方钻杆钻头环空旋转头震动筛循环罐（除砂器、除泥器）泥浆泵。

钻进时发生溢流情况下钻井液循环流程：

泥浆泵方钻杆钻头环空节流管汇（按水力计算结果控制回压）液气分离器撇油罐循环罐（除砂器、除泥器、常规除气器）泥浆泵。

2、欠平衡钻井施工预案,钻井液循环路线灌钻井液循环路线:

泥浆泵反循环压井管线钻井四通环空钻井四通节流阀震动筛循环罐泥浆泵。

反循环压井流程（投球打开旁通阀后）:

泥浆泵反循环压井管线钻井四通环空钻杆立管节流阀液气分离器撇油罐循环罐泥浆泵。

正常钻进时井口回压控制要求,应严格按水力参数计算结果，平稳操作节流阀控制井口回压，回压的控制原则是调节节流阀使立压等于正常溢流量时的立压。

应严格控制井口回压在3.5MPa以内，当回压升至4.0MPa时，必须起钻到套管内关井，调整钻井液密度，钻井液密度的调整原则是开泵循环时保证井底有0.5Mpa负压值，当井口回压降至安全压力时再继续钻进。

钻进中接单根操作程序,打完单根循环10分钟上提，坐斜坡钻杆专用吊卡，停泵，关闭节流阀。

打开回水管线，无钻井液流出后方可卸扣，否则应投球使投入式止回阀开始工作,或利用备用的下旋塞接入钻具中。

接单根。

用大钳上扣后，如有毛刺，要对接头表面进行修整。

上提方钻杆。

打开节流阀（全开），开泵，调节控制回压到正常控制值。

下放方钻杆使方部进入旋转头方钻杆驱动器后方可转动转盘。

钻进。

起钻操作程序,调节节流阀，使井底处于平衡状态，充分洗井两周，使返出钻井液密度与入口钻井液密度一致，确保无油气物质。

用压井液替出井内钻井液，压井后卸掉旋转防喷器胶心。

起钻时，连续灌浆（钻井液）。

起出的斜坡钻杆要和常规钻杆分开排放，以便起下钻溢流时强行下钻使用。

起出斜坡钻杆时，检查接头是否有毛刺，如有要用砂轮打掉。

每起钻10柱，灌满钻井液后停止起钻与灌浆，观察井口是否溢流。

如果溢流，根据起钻时出现溢流的处理程序执行。

起钻操作要平稳，防止抽吸。

并注意指重表吨位的变化。

起出钻头后，灌满钻井液、关上全封防喷器、节流阀。

下钻操作程序,打开全封防喷器。

下钻过程中，控制下钻速度，每柱不超过20秒,每500m向钻杆内灌一次钻井液。

每下入10柱钻杆，停下观察井口，如出现溢流，根据下钻时出现溢流的处理程序执行。

下钻到井底后,安装旋转防喷器胶心。

开泵洗井前,先灌满钻杆,然后转动转盘，破坏钻井液静切力。

全开节流阀，用正常排量洗井，把压井液替出，引导压井液到储备罐中。

可能会有严重的后效出现，应精心控制节流阀。

钻进前，调零钻压表。

起钻时发生井涌的处理程序,如果起钻时井眼总是满的、灌不进钻井液、灌入量少于起出钻具体积、灌满后23分钟井内还外流钻井液、以及泥浆灌液面没有减少都表明出现了井涌。

井涌发生时首先应关闭球形防喷器，求出套管压力然后根据井涌时的不同情况，依据尽快制止溢流的基本要求采取措施。

起钻时发生井涌的处理程序,井浆密度=钻井液密度该钻井液起钻时所占井筒体积百分数+重钻井液密度重钻井液所占井筒体积百分数。

如果溢流被及时的发现,侵入物还聚集在井底可采用平推法及时将井压住,具体方法如下:

接方钻杆关下旋塞关半封闸板防喷器经反循环压井管线顶入同溢流量同量的钻井液继续起钻。

起钻时发生井涌的处理程序,如果钻头位置套压102/（重浆密度-井浆密度）低泵速用反循环压井法注入:

套压102/（重浆密度-井浆密度）（环空截面积）方的重钻井液+套压102/（重浆密度-井浆密度）（钻杆内截面积）方的钻井液的同时使井口套压逐渐为零，井底达到近平衡状态。

全开节流阀，用正循环法从钻杆注入:

套压102/（重浆密度-井浆密度）（钻杆内截面积）方重钻井液。

（A.1）观察2-3分钟后如果仍有钻井液溢出则重复步骤，正常后可进行常规起钻作业。

（A.2）,起钻时发生井涌的处理程序,如果钻头位置套压102/（重浆密度-井浆密度），同时套压102/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置（钻具中斜坡钻杆总长）调整旋转防喷器的工作压力使其在正常压力工作状态。

控制节流阀使回压不变的情况下下入:

套压102/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置m的斜坡钻杆。

执行A.1A.2。

起钻时发生井涌的处理程序,如果钻头位置（钻具中斜坡钻杆总长）调整旋转防喷器的工作压力使其在正常压力工作状态。

控制节流阀在回压不变的情况下下入:

套压102/（重浆密度-井浆密度）-钻头位置-600m的常规钻杆（过钻杆接头时严格控制速度）后，下入斜坡钻杆。

执行A.1A.2。

空井时发生井涌的处理程序,如果溢流被及时的发现,侵入物还聚集在井底可采用平推法及时将井压住,具体方法如下:

关全封闸板防喷器经反循环压井管线顶入同溢流量同量的钻井液下钻。

否则按如下方法执行:

空井时发生井涌的处理程序,A.如果井涌严重,迅速关闭全封闸板防喷器，安装旋转防喷器胶心。

A.1.将第一柱钻铤下在全封闸板防喷器之上，关闭球形防喷器。

A.2.如果关井压力钻铤横截面积第一柱钻铤重量A.2.1.全开节流阀，调节球形防喷器的控制压力使其密封心子在微漏的情况下下入第一柱钻铤。

A.2.2.下入其它钻铤，直到钻铤重量关井压力钻铤横截面积。

A.3关闭节流阀。

A.4抢装旋转头密封部件，打开球形防喷器。

A.5其余执行下钻时发生井涌的处理程序,空井时发生井涌的处理程序,B.如果井涌不严重B.1直接下入第一柱钻铤。

B.2关闭节流阀。

B.3其余执行下钻时发生井涌的处理程序。

D.在缓慢上提钻具的同时低速开泵。

E.如果仍然井漏，按钻进时发生井漏的处理程序执行。

钻进中回压凡尔失效后的应急处理程序,如果钻具结构中有投入式止回阀,关旋塞在其上卸方钻杆后放球到旋塞内,接方钻杆、开旋塞、开泵使止回阀起作用即可,否则按如下方案执行:

回压凡尔失效后的接单根方法:

A.如果再钻一、两个单根后就要起钻，可用备用的下旋塞代替回压凡尔，即每接一次单根就要带入井内一个下旋塞。

B.如果还要钻进若干个单根，则每次接单根前都要提出井内上部的一个下旋塞，关闭旋塞后，再接单根，而后要再打开旋塞。

这样每一个旋塞可以保证接两个单根,套压较大时的压井作业程序,欠平衡钻井过程中的压井作业是在井口回压超过旋转防喷器耐动压的70%，或液气分离器超负荷工作时，为了保证安全作业向井内替入高密度钻井液的一种作业方法。

具体作业程序:

A.根据井口产液气量的大小重新确定一较小的负压值和预计的液气产量及回压值；B.由水力计算程序算出在该负压值下的压井钻井液密度；C.分别计算出压井钻井液循环到钻头和地面时的每一位置相应的井口回压的大小；D.根据以上数据，采用工程师法压井；E.压井结束后，井口还应维护A.步骤所算出的回压值，这时井内又重新建立了动态平衡。

防H2S措施,A在钻井偏房安装一固定式H2S探测测报警器，型号是GT-04，其工作环境温度为-10+40，测量范围为02000ppm，误差5%，传输距离1000m，且防水。

其两个探头分别安装在钻台井口部位和震动筛钻井液出口部位，以保证只要H2S达到5ppm，就立即报警。

B在现场提供欠平衡钻井技术服务人员，必须每人携带一只便携式H2S检测仪，内装9V电池，可连续工作1000小时，测量范围0-200ppm，报警范围5-30ppm，保证现场操作人员在任何场所随时都可以检测到H2S。

C配备3套防毒面具，保证在检测到H2S气体后，现场操作人员能够及时穿戴防毒面具，并对欠平衡钻井装备和井控装备进行操作等措施，保证现场施工人员和设备等整个工程的施工安全。

D配备3只对讲机，在发现H2S气体报警后，及时通知井队和钻井监督，并采取措施，防止H2S气体的进一步溢出和扩散。

2中11钻具组合,四开（5135-5700m）欠平衡钻进钻具结构149.2mm（57/8）钻头+120.7mm（43/4）钻铤3根+88.9mm（31/2）回压凡尔2个+120.7mm（43/4）钻铤3根+88.9mm（31/2）投入式旁通阀+120.7mm（43/4）钻铤9根+120.7mm（43/4）随钻震击器+120.7mm（43/4）钻铤2根+88.9mm（31/2）钻杆2000m+127mm（5）钻杆127mm（5）斜坡钻杆10600m+下旋塞51/4六方方钻杆上旋塞。

3中11钻井液,A、无固相钻井液体系,是在清洁淡水中加入增粘降失水剂MC-2（或PAC141）,加强其携岩能力,其密度可以控制在1.01-1.03g/cm3以内，以满足欠平衡钻井施工需要。

B、当钻开储层，地层压力高，确需提高钻井液密度时，设计使用无固相盐水钻井液体系，使用NaCl来调整钻井液密度，并使用抗盐性好的处理剂如HV-PAC或PAC141、MC-2来提高钻井液的粘切，并提高钻井液的稳定性。

C、保证四级固控设备运转良好并根据钻井液性能要求使用好固控设备。

D、钻井液密度严格控制在设计范围内。

E、压井液为密度1.20g/cm3的NaCl加重液。

4欠平衡钻井参数,中12井欠平衡钻井施工设计,1目的穿过奥陶系上统和中下统碳酸盐岩地层至完钻井深5600m，将钻遇两套主要油气井段，本段地层裂缝和溶洞发育，地层压力较低，钻进中易溜钻放空、易井漏等。

根据地质需要，四开采用欠平衡钻井工艺进行施工。

谢谢各位，欢迎批评指导！