欠平衡钻井液体系研究

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1、第1章概述在一般钻井技术中，为了保证井眼稳定和防止井喷，钻井液密度在平衡地层孔隙压力的基础上往往附加一定的安全系数。有时因探井的地层压力预测不是十分准确，附加系数较大，对发现和保护油气层均会产生不利影响。过高的钻井液密度在某些区块易引发井漏事故，也影响机械钻速。实践证明，目前国内外许多油III正在应用的欠平衡钻井技术能够较好地解决这些问题。欠平衡钻井技术的核心是维持地层“负压差”，其口的是更有效地实施对油气层的保护。该项技术特别适用于钻探和开发“三低”储层油气资源；防止井漏和压并卡钻；显著提高钻速；延长钻头寿命；也便于进行产能

2、实时评价。通常情况下，适应欠平衡钻井的地层主要有：(1)地层稳定性好、井壁不易垮塌的地层；(2)高压低渗，容易被污染的地层或区块；(3)裂缝型、溶洞型等低压易漏储层；(4)产层比较集中，但层间孔隙压力变化不大的地层或区块；(5)产层中不能存在硫化氢及其他有害流体，或有害流体的扩散浓度不会超过允许标准。国外很早就开始使用低密度钻井流体，美国在上个世纪30年代就开始使用空气和天然气钻井来保护油气层，50年代到70年代泡沫钻井流体较成熟地应用于钻井作业，充气钻井流休的应用也取得了较好的效果。目前，各种低密度流休都曾成功地应用于欠平衡

3、钻井中。用于欠平衡钻井的低密度钻井液有两大类：一是单相流体类，如清水、柴油、稀原油、空气或者低密度常规钻井液；二是气/液两相流体类，如充气钻井液和稳定泡沫钻井液等。国内外低压钻井流体主要有以下几种：(1)气体体系：由空气或天然气、氮气、二氧化碳气及防腐剂、干燥剂等组成的体系；(2)雾体系：由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成的循环流体；(3)充气体系：将气体注入钻井液内，从而降低流体的密度；(4)泡沫休系：指气体介质分散到液体屮，并配以发泡剂、稳泡剂或粘土及降滤失剂等形成的分散体系；(5)液相体系：当储层压力足够高时，使用的

4、由常规钻井液、清水或油等钻井流体；(1)加低密度固体(空心玻璃球等)形成的流体。这些钻井流体各冇优缺点，选择哪一种低密度流体要根据储层压力、地层条件和钻井设备等情况而定。大庆油田较适合采用欠平衡钻井技术的地层主要是长垣西部的目的层为扶、杨、高、葡、萨和黑帝廂的油层，岩性除部分萨、高为泥岩裂缝外，其它均为砂岩。这些油层的特点是低孔渗、单层薄，且高泥高钙。孔隙度一般低于10X10-3Pm2,最大单层厚度一般都在2.0〜5.0m,从纵向上看井深小于1500m时，地层压力系数在0.9〜之间；井深1500〜2000m,地层压力系数变化较

5、大，一般在0.9〜1.55；2000m以上地层压力系数在1.4〜1.6之间。破裂压力系数一般在1.6〜2.4Z间。大庆油111长垣东部目前的重点是勘探深层气，主要目的层为：泉二段、泉一段、登四段、登三段、登二段、侏罗系。在井深方面，泉头组顶1808〜1837m,登娄库组顶2658〜2702m,侏罗系顶2909〜2967m，总体上比较稳定。泉头组岩性以泥岩、油页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主，侏罗系岩性大致可分为两套，上部主要为凝灰岩、流纹岩、安山岩等酸性喷发岩，下部为砂砾岩，以砾右为主，砾石成分复杂，包括泥岩、砂岩、火

6、山岩等，粒径一般为10X20X30mm。目的层登四、登三、登二段及泉一段有效孔隙度在7〜20%之间，泥质含量一般在0〜20%之间，渗透率0.01〜10X10_3Lim2,最大单层3.4〜11.4m,侏罗系的火山岩、砂砾岩孔隙度2.5〜11%,渗透率0.11〜9.23X10'3urn2,根据取心分析侏罗系地层裂缝比较发育，以纵向裂缝为主，缝宽0.5〜1.0mm,缝长5〜10cm,一般为泥质充填，属低孔渗裂缝性气藏，东部储气层纵向孔隙压力系数从低于1.0到1.25均有分布，侏罗系破裂压力在57.2〜75.0MPaZ间叭该地区的主要

7、储气层已基木探明，存在的主要问题是真实产能还不能确定以及可能工业气的有效开采问题。另外，在该区块钻井过程中存在着裂缝性漏失、机械钻速低等问题。为减轻储层损害，增加产能，捉高钻速，欠平衡钻井是一种理想的解决途径。综合考虑大庆油皿的地层情况，该课题针对性地研究了三种欠平衡钻井液体第2章欠平衡钻井液体系的设计原则2.1钻井液密度设计原则欠平衡钻井液密度要根据地层压力大小，坏空压耗，井底负压及井口冋压控制范围的选择来确定，其计算公式如下：井底循环压力=钻井液静液柱压力+环空压耗+井口回压地层压力=井底循环压力+井底负压值在设计钻井液密

8、度时，应尽可能保证给井底负压值和井口回压的可调整范围,因此在根据地层压力设计钻井液密度吋，在满足防喷前提下，要选择钻井液密度低限，然后在施工过程中，根据实测井底压力，再通过调整密度和回压调整负压值。2.2钻井液粘度设计原则粘度主要是为了保证钻井液具有良好的流变性、良好的携屑能