在欠平衡钻井施工中，测量技术也是施工的重要环节。有线随钻在施工会增加施工的危险，因而这种测量技术很少采用。目前广泛用于欠平衡钻井施工的测量仪器是电磁波无线随钻测量仪器。这种仪器利用地层或钻杆作为信号传输媒介、采用电磁波作为载体进行信号的传输，与循环体系的性质无关。
欠平衡钻井技术的主要装备包括：旋转防喷器；专用的节流及压井管汇；节流监控系统；卡箍控制系统；冷却及润滑系统；气液分离系统及点火装置；撇油罐及储油液系统；防毒、防爆系统。
旋转防喷器
旋转防喷器是在陆地和近海进行欠平衡钻井时控制井压和消除钻井液回流入钻杆的重要装置，又称旋转控制头。它可随钻杆旋转、起到防喷作用。旋转防喷器装在钻机的普通防喷器组（包括环形防喷器）上面，作为控制设备的补充。它可以更好地控制井口压力、提高钻井效率、避免造成地层损害。
图 Williams公司生产的7000型旋转防喷
上图所示的是美国Williams公司生产的7000型旋转防喷控制头。该控制头静试验压力为21MPa，工作压力为10.5Mpa。
单向阀
单向阀主要用于防止井下高压液体从钻杆内返出而造成复杂的井下情况。 地面分离系统
地面分离系统主要是用来处理从井口上返的混合物，包括泡沫、气体、原油、液体、岩屑等。经过分离，岩屑不再入井，泡沫或液体可以再重新利用以降低钻井液成本，原油可以予以回收，天然气体可以回收或烧毁。
186
Halliburton 公司的地面分离系统
隔水管帽(Riser Ｃap)旋转防喷器系统 这是一种近海浮动钻机上的回流装置，所用主要设备是旋转控制头，装在水上隔水管顶部，可代替隔水管系统的滑动接头、球形接头和分流器。将高压软管接到旋转控制头双流管出口端，便可解决海水升沉和对不准问题，还可提高井控能力，防止钻井液流失。它的高压机械密封置于钻台下面的钻杆与隔水管之间，钻井液通过软管回流井下。
实用隔水管(ViRtualＲiser)装置
这套装置包括旋转控制头、封隔器-锁定总成和环形压力控制-排放系统三大部件，可将大直径（508mm或更大）套管下放在过渡带。下放前，先控制住地层异常孔隙压力。旋转控制头是钻杆与井口环空之间的主密封，它可提供环形压力密封。有压力的海水可当作钻井液使用，以控制浅水流动产生的压力。由于钻井时保持了井口控制，大量固相不会从井壁上脱落，还增加了固井成功的机会。
封隔器-锁定总成是一个经改进的直径508mm可膨胀套管封隔器，起到控制头及井口下面套管间的压力密封作用。其元件是一个3m长的密封，置于660.40-914.10mm套管里面，用遥控船可遥控该封隔器。
环形压力控制-排放系统利用固定直径的孔口来控制泵送时产生的环形压力。 模拟软件
应用模拟软件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。
地面数据采集系统
地面数据采集系统在钻井作业时，通过与现有钻井控制与监测系统接口，提供实时信息，以准确预测出井底情况、流量模拟数据与紧急关闭系统接口的情况以及与现有监测系统接口情况，测量实时井底压力、分离系统参数和油气注射速度。
欠平衡钻井时，要测量并记录压力、速度、气含量、液含量和温度，并实时显示这些数据，以避免出现过平衡和井喷现象。
4、欠平衡钻井技术主要应用
欠平衡钻井技术可用于以下条件下钻井施工：
①、具有潜在的严重井漏和流体侵入的油气藏（裂缝、孔洞、极大渗透性固结的、未固结的地层以及极度压力枯竭的地层）。
②、表现出极大岩石-流体敏感性的地层。
③、表现出严重的流体-流体敏感性的地层。 ④、含有残余油或饱和水的地层。 ⑤、性质高度易变的地层。 ⑥、机械钻速低的地层。
对于符合以下条件的油臧，不适合利用欠平衡钻井技术： ①、油气藏存在特别高的压力和渗透率相结合的地层。 ②、存在连续的欠平衡状态受到连累的地层。 ③、油气藏压力受到限制的地层。
④、渗透率小于500 X 10-3um2并且具有有限的岩石-流体和流体-流体敏感性的普通压
力地层。
⑤、在给定的目的层中，呈现多个不同压力地层或大范围压力变动地层的油气藏，不能
187
采用欠平衡钻井。
5、欠平衡钻井技术的进一步发展
欠平衡钻井与常规的过平衡钻井相比，降低了因泥浆侵入近井眼油气产层而造成的产层损害，所以它作为一种可供选择的技术迅速在世界范围内被推广使用。欠平衡钻井作业可以显著地降低或消除由于泥浆或岩屑侵入、井漏、流体进入和扑捉效应及侵入的钻井液或完井液与油气藏基岩或油气藏原始流体的潜在不利反应所造成的地层损害，被用于和其他技术结合开发新老油臧，如欠平衡加水平井、导向钻井，用于提高勘探成功率；欠平衡加水平井、分枝井、超长水平井，用于提高开发效益；欠平衡加连续油管钻井、老井加深、老井侧钻、小眼井技术，用于老油气田改造挖潜；欠平衡加超长水平井、分枝水平井，用于特低渗、强水敏油气田增产改造，部分代替水力压裂。钻井技术和井控技术的进步已经使欠平衡钻井技术成为开采油气的一种既安全、经济的手段，尤其是那些老的低压渗透油臧。
目前石油工业面临的紧迫局势决定了必须发展新技术以适应低成本、经济有效开发低渗透油气的需要。欠平衡钻井以其自身的独特技术优势，展示了良好的应用前景，从国内外已有的应用效果来看，欠平衡钻井有着比常规钻井在开采特殊油气藏方面具有更为显著的技术经济优势。
六、连续油管钻井技术
1、发展过程及现状
早在20世纪30年代以前，人们就对连续钻井管柱的概念和优点有了初步的认识。在二战期间，盟军曾用连续油管从海底输送能源，以满足战争的需要。据报道，1962年加利福尼亚石油公司及勃温工具厂研制了第一个原始型“连续管轻型修车装置”，用来清除海岸区油气井中的砂桥。1964年，Roy H.Culla Research 公司研制了一种钻井系统，该系统使用了一个连续的、灵活的钻井管柱（外径φ66.68mm）来循环液体，并使用电流来驱动井下电动马达，使用一个液压注入头来放入或回收钻井管柱。该系统曾经在德克萨斯州的Marble Falls 附近的采石厂花岗岩地层上钻了一口φ120.65mm、井深304.8m的试验井，钻井速度为1.53～3.05m/h。
在此后的20多年内，挠性油管钻井技术虽然取得了一些进步，并在修井和完井作业中获得了一些应用，也进行过钻井尝试，但由于连续油管可靠性问题，未能在石油界取得大范围的推广应用。80年代中后期，世界范围内原油价格下跌，迫使国内外作业公司和服务公司研究和采用可降低钻井成本的新方法，再加上连续油管质量和可靠性的提高，连续油管在修井和完井等作业中的应用急剧增加，并取得了明显的经济效益和社会效益。
连续油管钻井技术的发展和应用始于90年代初，目前仍处于研究和开发的初级阶段。1991年,美国、加拿大、法国相继成功地试验应用了连续油管钻井技术。近年来，世界上用连续油管所钻井的数量急剧增加，1996年为410口，1997年猛增至600多口，目前仍在继续增加。
近年来，随着连续油管器材和制造工艺的进一步发展，可靠性高的高强度大直径连续油管、小直径容积式马达、先进的定向工具及测量系统和金刚石钻头的相继问世，极大地推动了连续油管钻井技术发展及应用。
2、连续油管钻井的优缺点 2.1 优点
在钻井工程中，连续油管的应用包括：取心、安放造斜器和开窗侧钻、无线随钻测量、
188
导向工具的有线测量、下尾管和悬挂器等。连续油管钻井与常规钻井相比，主要有以下几方面的优点：
（1）能够安全地实现欠平衡压力钻井作业，有利于保护油气层，提高钻速。连续油管没有接头，为实现欠平衡压力钻井创造了有利条件。安装在防喷器上方的环形橡胶，其作用相当于始终处于关闭状态的环形防喷器，它能在钻进和起下钻作业过程中密封环空，使钻井作业得以在欠平衡压力下进行，从而可防止地层伤害并提高钻速。
（2）在钻进过程中不需停泵接单根，可实现钻井液的连续循环，减少了起下钻时间，缩短了钻井周期，提高了起下钻速度和作业的安全性，避免因接单根可能引起井喷和卡钻事故的发生。
（3）连续油管钻井特别适用于小眼井钻井、老井侧钻、老井加深。在老井侧钻或加深作业中，因连续油管直径小可进行过油管作业，无需取出老井中现有的生产设备，从而实现边采边钻的目的，可显著节约钻井成本。
（4）地面设备少，占地面积小，特别适合于条件受限制的地面或海上平台作业，能减少对周围环境的影响，降低井场建设和维护费用，同时设备移运安装快捷、方便、灵活。 （5）连续油管内可以内置电缆，有利于实现自动控制和随钻测量。 （6）减少作业人员。
2.2局限性
与常规钻井技术相比，连续油管钻井虽有许多优点，但由于其尚处于发展的初级阶段，远未成熟，因此也有一些局限性：
（1）用连续油管钻井之前，通常需要借助常规钻井或修井机作好钻前准备工作，如起出油管和封隔器等。
（2）尽管连续油管可以用来下入较短的衬管，但如果要下入较长的套管柱或尾管柱，则需要借助常规钻机或修井机才能完成。因此，目前的连续油管作业装置还不能完成从开钻到完井的所有作业。
（3）因连续油管不能像常规钻杆那样旋转，无法搅动可能形成的岩屑床，增大了卡钻的风险。
（4）连续油管内径较小，泥浆在管内摩擦压耗太高，限制了泥浆排量。 （5）钻压、转矩、水力参数和井底钻具组合受到限制。 （6）连续油管使用寿命较短。
3、地面设备
连续油管钻井的地面设备主要由连续油管作业机、泥浆循环系统和井控系统组成。 3.1连续油管作业机
（1）连续油管注入头。它的主要功能是克服连续油管在井筒内的浮力及摩擦力使油管下入井内；在不同情况下控制连续油管的下入速度；悬挂油管和控制从井内起出油管的速度。连续油管注入头的关键部位是链条总成。
（2）卷筒。它由筒芯和边凸缘组成。卷筒的转动由液压马达控制，液压马达的作用是在连续油管起下时在油管上保持一定的拉力，使其紧绕在卷筒上。卷筒前上方装有排管器和计数器。卷筒所能缠绕连续油管的长度和直径的大小主要取决于卷筒的外径、宽度、筒芯的直径、运输设备的要求等。
（3）动力系统。动力系统主要为作业机和各部件提供动力源。大多数连续油管作业机的动力系统是柴油机和水力泵。
（4）控制室。控制室上装有各种仪表、开关及有关控制系统，操作人员在控制室里控制注入头、卷筒、泥浆泵、防喷器和节流管汇的工作。
189
（5）连续油管。连续油管是一种高强度高韧性管材。目前，美国有三家公司（均位于休斯敦）制造连续油管，即精密管技术公司、优质管公司、西南管子公司。随着连续油管应用的增加，这三家公司近年来开展了激烈的竞争，使连续油管的制造技术不断发展，质量不断提高。 目前，世界上较大的连续油管作业供应商主要有美国的哈里伯顿公司、Hydra Rig公司、CVDD公司、Bowen工具公司、Stewart Stevenson公司、加拿大DRECO能源公司。
3.2 泥浆循环系统 连续油管钻井中所选择的泥浆，既不能损坏泥浆马达橡胶定子，同时能最大限度地减少连续油管内的摩擦压力损失，使泥浆在环空中具有足够的携岩能力。连续油管钻井所应用的泥浆循环系统与小眼井钻井所使用的泥浆循环系统大致一样。与常规钻井相比，其泥浆循环系统的容积要小一些。固控设备也包括振动筛、除砂器、除泥器和离心机。泥浆泵的功率应满足井下泥浆马达和井眼清洁的要求。
3.3井控系统
与常规钻井一样，连续油管钻井中的主要井控设备也是防喷器组，它是由全封闭闸板、剪切式闸板、带卡瓦闸板和连续油管组成。在欠平衡压力钻井中，通常采用两套防喷器组，一套用在连续油管上，一套用在井底钻具组合上。
4、井下工具
连续油管钻井用的井下工具主要有钻头、弯接头、马达、钻铤、分离机构、连续油管配合接头。
4.1钻头
用于连续油管钻井的钻头应具备：（1）在低钻压和高转速下应具有足够的破岩能力；（2）在钻井过程中，钻头对扭矩的要求要低，以避免高扭矩使连续油管疲劳破坏。目前，常用的钻头有TSP、天然金刚石钻头和PDC钻头。
4.2 弯接头、定向工具 用连续油管钻定向井和水平井过程中，在下部钻具组合中应配有弯接头和定向工具。用常规钻柱钻定向井或水平井时，底部钻具组合的工具面方位可在地面通过转动钻柱进行调整。但用连续油管钻井时，因连续油管不能旋转，必须用一种专门的井下工具即定向工具来调整底部钻具组合的工具面方位。
4.3 钻铤 钻铤主要给钻头施加钻压，提高钻头的破岩能量，从而提高机械钻速。在使用导向工具或MWD系统时，必须使用无磁钻铤以避免电磁干扰，避免导向和测量错误。
4.4 容积式马达
容积式马达用来旋转钻头。连续油管钻井中所用的容积式马达主要有三种类型：高速低扭矩、中速中扭矩和低速高扭矩。在施工中马达必须与所用的钻头相匹配，低速高扭矩马达适合于TSD钻头和天然金刚石钻头，中速中扭矩马达适合PDC钻头。
4.5 连续油管适配器
连续油管适配器用来联接连续油管和底部钻具组合，它所承受的扭矩必须大于泥浆马达所产生的扭矩，同时还需处理下部钻具组合的振动，以确保连续油管免遭损坏。它的抗拉强度应大于连续油管本身的抗拉强度。
4.5 紧急分离机构
连续油管施工过程中，如果下部钻具组合发生卡钻或其它井下事故，就应该使用分离机构使连续油管与下部钻具组合分离。目前使用的分离机构主要有液压和剪切机构两种，所用的分离机构必须能够抵抗泥浆马达的扭矩。
190