氮气欠平衡井钻井技术

欠平衡井钻井是为了适应复杂、中后期老油田而出现的一项钻井新技术，是现代钻井研究的重点和发展方向之一。

国内外关于欠平衡钻井的定义有很多说法，都反映了井筒内压力与地层孔隙压力之间的关系。我国几个实施过欠平衡钻井的油田则认为，在钻井过程中钻井液柱压力低于地层压力，使产层的流体有控制地进入井筒并将其循环到地面，这一钻井技术称为欠平衡钻井。根据施工工艺分类，可分为液体欠平衡钻井、气体欠平衡钻井、雾化欠平衡钻井、泡沫欠平衡钻井、充气欠平衡钻井技术和泥浆帽钻井技术。

国内外欠平衡钻井发展过程

欠平衡钻井历史最早可追溯到十九世纪。但因技术、经费等方面的原因，该项技术未受到特别关注。到20世纪90年代，由于世界范围内的油气勘探开发形势，从整装大油田、高压和常规压力、中高渗均质砂岩等良好开发条件逐渐转移到复杂中小油田、薄油田、老油田挖潜等恶劣的勘探开发条件，迫使勘探开发必须要有新的思路和方法。作为能够提高油气产量的一项重要技术，欠平衡钻井在全球范围内引起石油公司的普遍兴趣，成了继水平钻井技术之后的另一个重要发展方向。随着配套设备和技术的不断完善，如井口旋转控制系统、高压注气系统、地面分离系统、监测仪表系统等，在世界范围内形成欠平衡钻井技术的开发热潮，被广泛采用。目前，充气液和低密度钻井液的欠平衡水平井钻井为主要形式，特别是在美国和加拿大最为突出。

在20世纪60年代，欠平衡钻井已在我国四川油田磨溪构造的大安寨、凉高山地层进行过试验，当时只是用清水钻进，进行“边喷边钻”。直到80年代后，我国才真正开展欠平衡钻井工艺技术研究和现场应用。90年代我国欠平衡技术也在加速发展，尤其是塔里木油田解放128井、轮古系列井欠平衡钻井的成功，将我国欠平衡钻井技术水平推向一个新阶段。

目前，国内很多油田都把欠平衡钻井作为钻井技术的重要发展方向，从装备和技术两个方面积极做准备，争取用欠平衡钻井技术取得好的勘探开发效果。欠平衡装置的国产化也正在开展，小级别旋转头和不压井起下钻装置已经配套成型。另外，越来越多的国际钻井招标也要求采用欠平衡钻井技术，这也将促使我国欠平衡钻井技术水平的进一步发展。

氮气欠平衡钻井技术

在欠平衡钻井技术中，最简单、最早的欠平衡钻井技术是采用干燥空气作为钻井液，其后是选用天气然作为钻井液。在产气区钻井或接近天然气管线的区域作业时，使用天然气钻井方法成本是较低的。还有另一种选择的气体，就是用惰性气体——氮气，代替空气作为循环介质。氮气可以是液氮，或在现场用中空纤维膜制氮装备生产的氮气。目前国外普遍采用现场制氮的这种方法。

氮气欠平衡钻井技术是以氮气为主要循环介质的欠平衡钻井技术，与空气钻井技术相比，最大的优势在于钻遇气层后不会发生井下爆燃。氮气欠平衡钻井的工艺流程是：首先将氮气增压后通过立管三通柱通注入钻具，氮气通过钻头时会对钻头进行冷却，同时完成携带岩屑的任务，然后氮气和岩屑通过井中进入排砂管线，排砂管线上安装一个岩屑取样器便于取样，最后到岩屑池。

由于充氮气欠平衡钻进过程中井底处于负压状态，地层压力能完全释放，地层中的流体自由地流向井筒并且由于井底处于负压状态从而使储层得到有效的保护。因此，在氮气钻井和完井过程中，如果有任何环节进行压井作业，即液柱压力高于地层压力，则井筒中的有害液相也将会很容易地进入地层，造成地层受到污染和伤害，使氮气欠平衡钻井失去保护储层的意义。因此，如何在整个氮气欠平衡钻井和完井过程中，维持井底始终处于负压状态是此项技术的关键。

目前，国内实现全过程欠平衡钻井的主要手段有两种：一是在技术套管内安装套管阀，利用套管阀的开关，实现在起下钻和下入完井管串时处于负压状态；二是利用不压井起下钻装置，实现整个作业处于负压状态。

储层保护与压力控制技术

除了缩短作业周期、节约成本外，氮气欠平衡钻井具有以下优点：

（1）使用氮气钻井，钻速得到较大提高，较常规泥浆钻井提高了解到～10倍。由于氮气欠平衡钻井井筒压力低，钻头切削效率高，进尺快，大幅度降低了单井钻头数量，缩短了建井周期。

（2）井筒压力低，避免了泥浆钻井液对地层的浸泡，利于发现和保护目的层段所有的大小油气层位。

（3）减少了完井后处理钻井液的程序，节约了钻井液费用和减少了化工产品对环境造成的污染，有利于保护环境。

但是，由于氮气钻井对设备要求高，成本相对较高，同时也不适合稳定性差的地层。

氮气欠平衡钻井技术显神威

2007年7月，玉门油田通过自主创新和技术攻关，在所属鸭儿峡油田通过运用氮气欠平衡钻井技术，在鸭566区块志留系裂缝稠油油藏部署并钻成鸭940井，经现场测试获得日产15吨高产油流。填补了我国在志留系裂缝稠油油藏进行氮气欠平衡钻井的技术空白。玉门油田是一个已持续开采近70年的老油田，该技术进一步提高了剩余油动用储量的利用率。

2008年，长城钻探针对辽河潜山油藏地质特点，将欠平衡钻井技术和水平井技术结合，通过对3口典型井的井身结构设计、参数设计、钻具组合设计等方面的深入研究和现场应用，形成一套具有辽河油区特色的欠平衡钻井工艺技术。长城钻探还在辽河油区首次应用氮气欠平衡钻井技术。其中，在前34井三开井段应用此项技术，提速效果显著。

2009年10月，准噶尔盆地西北缘风险探井百泉1井充氮气欠平衡钻井技术的深入研究和现场试验的成功实施，平均日进尺45米，机械钻速比常规钻井提高了20%至30%，而且有效防止了井漏的发生。充气欠平衡钻井技术成为适合该油田钻井防漏、提速及有利于储层发现的欠平衡钻井方式之一。

2014年5月，长庆油田苏里格天然气勘探重点探井李16井通过验收，进行三开施工。李16井位于宁夏盐池境内，地层裂缝发育，压力系数低，容易发生井漏，采取多种堵漏技术均无法进行正常钻进。在二开施工结束后，采取氮气介质作为钻井液进行钻井的欠平衡钻井工艺。

“油气生产到哪里，就把绿色带到哪里”。吐哈油田地处火焰山下，生态环境脆弱，而吐哈油田的上千口油水井分布在农田和村庄中。在三塘湖盆地，为保护植被，吐哈油田改进钻探工艺，优选注氮气欠平衡钻井技术打斜井，既降低了钻探成本，又保护生态地貌。今年，吐哈又启动“南山废液生态处理工程”“鲁克沁原油掺稀及外输管线建设项目”等6个重点环保项目。每个项目施工前，油田都认真进行环境影响评价，并邀请地方环保部门人员参与监督。

　　在鄯善县七克台乡的维吾尔族村民艾尔肯·芒力亚克家的葡萄地里，几口油井特别显眼。“这些油井在地里十几年了，从来没污染、损坏过我的葡萄。石油人对油井管理得好，对我们的土地也保护得好！”艾尔肯·芒力亚克说。