高晓东欠平衡钻井技术的研究

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1、欠平衡充气钻井工艺技术是为了适应低压油气藏开发的需要而发展起來的一项技术，也是对付低压漏失层的冇效手段2—，具冇保护低压油气层、携岩能力强、防止和消除漏失、机械钻速高和地层损害小等优点。自从上个世纪50年代美国和加拿大最先开始使用欠平衡充气钻井工艺技术开始，此项技术便在国内外得到了广泛的使用，并取得了良好的效果。本文在调研了大量的文献资料后，对模拟充气钻井气液两相流的常用模型进行了系统研究，并对这些模型进行了比较，分析各自的优缺点。在此基础上，对其中一种模型——H-K模型进行了改进，得出了新的计算公式。此外，论文以H・K模型为例对现场的充

2、气钻井实例进行了模拟计算，并且针对H・K模型的计算过程编制了计算机程序，对计算结果和现场实测结果进行比较分析，从而最终验证了模型的适用性。关键词：欠平衡钻井；气液两相流；充气钻井；钻井岩屑第1章绪论11.1充气钻井概述11.2充气钻井的国内外发展现状31.3本论文的研究内容5第2章欠平衡钻井气液两相流模型研究62」欠平衡钻井流态分析62.2均匀流动方法介绍（Guo模型）82.3经验公式法介绍（B・B模型）92.4力学方法介绍（H・K模型）122.5钻头压降的计算模型14第3章模型的比较及H・K模型的改进163」三种模型的比较163.2H-

3、K模型的改进17第4章欠平衡钻井模型验证244」程序输入数据244.2程序的运行结果244.3结果分析29结论35参考文献36致谢38第1章绪论1.1充气钻井概述1・1」欠平衡钻井概述对像稠油油田、低压裂缝性油气田、低压低渗油气田等具冇储层孔隙压力低的特点，釆用常规的平衡压力钻井方式，容易污染油气层。对于探井，又不利于发现油气层和评价油气层。像辽河油口一些稠油区，地层压力系数为0.49-0.90,显然勘探开发这类油田不宜采用常规的密度大于1.Og/cm3的钻井液。为此，密度低于1.Og/cm3的钻井液与和应的钻井技术得以发展与应用。对于裂

4、缝发育的高压地层，如杲采用过平衡压力钻井，则会出现严重的漏失，有时因此无法钻至目的层。为此，常采用欠平衡钻井。对于水平井，为保护油气层，也多采用欠平衡压力钻井。所谓欠平衡压力钻井，即在钻井的过程中允许地层流休流入井筒内，循环出井，并在地面得到控制。其主要标志为井底有效压力低于地层压力。由此可见，采用密度低于1.Og/cm3的钻井液钻井，未必是欠平衡钻井，而在地层系数低于1.0的油气藏进行欠平衡钻井则必须采用低密度钻井液。实际上，欠平衡钻井既可以在低压油气藏进行，只要满足欠平衡压力条件，也可以在较高地层压力且井眼稳定的油气藏进行。1.1.2

5、充气钻井概述1.1.2.1充气钻井的概念充气钻井是利用特殊设备，在给井眼泵入钻井液的同时，对钻井液进行充气,使充气后的钻井液当量密度小于1.Og/cm3,并根据需要使井底压力等于或小于储层压力。1.122充气钻井的意义充气钻井工艺技术是为了适应低压油气藏开发的需要，也是低压漏失层的有效手段Z-o充气钻井液主要适用于地层压力系数在0.7〜1.0Z间的储层，并常用于欠平衡钻井。充气钻井液有很好的携砂能力，能有效地防止地层漏失和保护油气层，并可使井径规则，提高机械钻速。1.1.2.3充气钻井的应用范围国内许多油田都曾开展过充气，从应用情况看，其

6、适用于多种油气藏，如砂岩、碳酸岩、玄武岩、灰岩以及裂缝型储层等（长庆气出的低压低渗的水敏性致密气藏；四川气田的碳酸岩裂缝性气藏；吉林、辽河、新疆等油田低压低渗砂泥岩油藏；大港、辽河、塔里木等油出潜山风化壳和裂缝性灰岩凝析油气藏）。概扌舌起来应用原则如下：1）低压（原生性）或低压易漏地层；2）裂缝型（开度大于100）储层或裂缝型渗透通道的产层；3）高渗（1000毫达西以上）且胶结良好的结晶砂岩和碳酸岩；4）泥页岩等低压低渗的水敏性地层；5）与钻井液滤液严重不相容的地层（乳化、沉淀），低束缚水或低含油饱和度的脱水地层；6）易坍塌的泥页岩和砂岩

7、层段用泡沫钻；7）开发屮后期低压枯竭地层。不宜采用的情况：1）井壁稳定性差，需要足够泥浆密度才能控制井塌的地层；2）含大量H2S或CO2气体的产层；3）高压气井；4）山前破碎带；5）大量出水产层；6）人口密集区、重要设施附近和环境保护特别严格的地区。1.1.2.4充气钻井液釆用充气钻井时，钻井液相必须具冇较低的切力，易充气，易脱气，使气泡均匀稳定，气液不分层。充气钻井液是将空气或者氮气注入钻井液内所形成的钻井液体系，形成以气体为分散和、液体为连续和，并加入稳定剂而成为气液混合均匀稳定的体系。充气钻井液经过地面的除气设备后，气体从钻井液中脱

8、离出來，保证泥浆泵的正常工作。常用的注入气体主要是空气和氮气，此外还有二氧化碳、天然气、柴油机尾气，但使用较少。充入空气或者氮气的目的是为了减小密度，从而降低流体液柱对井底的静压力，通过充入气