20世纪90年代，欠平衡钻井技术开始在国外迅速发展，目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口，到2010年将超过2万口。在许多发达国家，欠平衡钻井已经成为常规钻井技术，例如，美国、加拿大两国的欠平衡钻井已经占到本国钻井总量的1/5左右。欠平衡钻井技术有很多优点，例如，它能有效解决传统钻井污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害。它从根本上解决了井漏难题，还能有效发现各种隐蔽性的油气层，从而开采那些用传统方法、设备、工艺发现不了的油气田。欠平衡钻井技术还能大大提高油气开采效率，例如，第一，产量方面，根据某些国外企业的统计数据，与常规方法钻水平井相比，欠平衡钻井技术能够使水平井产量提高约10倍；第二，速度方面，欠平衡钻井的速度比常规钻井提高了10多倍，有的甚至超出约20倍。
在国外，欠平衡钻井技术已经在多种技术路线上形成系统、完备、稳定、有效的装备和工艺技术体系，如气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井、淡水或卤水钻井液钻井、常规钻井液钻井和泥浆帽钻井等。从专利文献看，国外欠平衡钻井技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。不过，随着欠平衡钻井技术的不断更新，其专利部署空间在持续拓展。在油气钻探和开采这个特殊行业，靠所谓基础专利垄断国际技术标准的局面没有出现，今后也很难出现。
目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%～5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备
我国是钻井技术应用大国，例如，仅在国内，我国每年新打钻井1万多口。我国在世界钻井技术的发展方向上有话语权，适合制定拥有自主知识产权的国内技术标准。2006年8月，我国石油天然气工业标准化委员会下属的“石油钻井工程专业标准化委员会”联合国内三大石油集团，以及企业下属的主要研究院所，召开了“SY/T6543《欠平衡钻井技术规范》标准宣贯暨欠平衡钻井技术国际交流会”。此次会议发布、解释了SY/T6543《欠平衡钻井技术规范》的第1部分，设计方法；第2部分，井口压力控制装置及地面装置配备要求；第3部分，施工规程等。随着钻井技术标准化工作的深入发展，我国还将陆续发布其他相关标准。例如，“石油钻井工程专业标准化委员会”将升级为“国家石油钻井工程专业标准化委员会”。除了固井专业组，该委员会下属的海洋钻井工艺组、特殊工艺井组、钻井工艺组、泥浆组都将在今年下半年举行专业会议，审定其他一些工业标准。随着标准化工作的深入开展，我国欠平衡钻井领域的基础技术体系将浮出水面，我国企事业单位可望通过专利对技术标准涵盖的工艺、方法、装备等形成有效的控制。
国内欠平衡钻井专利技术管窥
第一，工艺方法。我国在该领域公开了少量专利文献。例如，200410073003.4号文献涉及一种防止起钻时发生井喷的方法。200510020179.8号文献涉及一种油气井连续循环系统及其使用方法。该循环系统由多用途注入系统、井内循环系统及地面返出系统组成。地面返出系统包含欠平衡钻井用的井口控制组合、套管头和气液固多相分离装置。它提高了井控安全性，实现了气液分注、连续循环，并能维持恒定的可控欠平衡状态。01136291.X号文献涉及一种油气钻井节流压力微机自动控制系统。200480010429.3号文献涉及一种在欠平衡钻探环境中确定井下参数的方法和设备，该方法包括：在欠平衡钻探时，选择性地激活从地岩层流过井筒的第一流体；检测所激活的第一流体；确定所述流体进入井筒的深度。
第二，材料和物质发明。例如，我国200410021014.8号文献涉及一种微泡沫发泡剂及其钻井液配方。它解决了现有技术中泡沫粒径大，含气量高，泥浆泵上水效率差，钻井成本高的问题，可广泛应用在低压钻井或欠平衡钻井作业中。02102165.1号文献涉及一种抗高温水包油钻井液。它解决了传统钻井过程抗高温差且密度大的问题。其特征在于：各成分及配比按重量份如下：1～2份膨润土、4～6份抗高温能力强的乳化剂、55～30份柴油、2～4份阳离子型稳定剂及2～3份高效的纤维素类降失水剂混于30～55份水中。它具有在高温时不会使油水分层的特点，抗高温可达160℃，钻井液性能稳定，且该钻井液最低密度为0.9g/cm3，使液柱压力小，与地层间的压差小，对保护油层有利，能够满足地层压力系数1.0左右的储层实施欠平衡钻井的要求，失水大大减少失水小于2ml。美国4121664号专利涉及一种钻井和完井作业中的可生物降解起泡剂。
第三，震击器发明。例如，我国200520112147.6号文献涉及一种带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，包括卡瓦、卡瓦套、弹性机构总成等，卡瓦心轴与花键心轴连接，在卡瓦心轴与中筒体之间分别装有上击调节螺母、弹性机构总成、卡瓦、卡瓦套、下击调节螺母，卡瓦心轴、延长心轴、阀体心轴依次连接，具有防误震、在钻柱中连接位置自由等特点，适用于包括欠平衡钻井、定向井等复杂井，增加机械式锁紧机构，设定其上击解锁力大于一般钻井操作的钻柱拉力，不管是钻进、起下钻，还是接单根、触井底，使其液压阻尼机构始终不工作，从根本上避免了液压震击器在使用过程中的误震问题。
第四，取样测量装置。例如，我国01232202.4号文献涉及一种油气井泡沫欠平衡钻井作业中井控排放管线配套设备，即放喷取样装置，包括取样短节、套管短节、弯头、放喷短节等，套管短节与取样短节连接，下法兰通过法兰短节与套管短节连接，上法兰与放喷短节相接，弯头与放喷短节连接，套管短节上有气测短节，可即时进行岩屑取样作业，确保岩屑在随泡沫排放高流速下顺利导出，可减少放喷管线的长度，放喷嘴的弯头设计不但避免了排放管线连接处至井口环空压力增加的问题，放喷管线还可保证在接单根期间对井口形成抽吸，使泡沫能够连续排出，并且在井口打开期间，提供对井内侵入流体的抽吸，保证钻台作业人员安全，该装置上的套管短节上设有气测短节，可用于钻井过程中气测录井服务。200520001328.1号文献涉及一种抗高温随钻井下压力温度测试工具。它解决了现有的深井高温地层随钻井下压力温度测试工具不适应高温的问题。其特征在于：减震装置上端用螺母固定，抗高温仪器总成的下端通过螺纹安装在钻铤本体上的抗高温密封传递装置上。该工具可以实现石油钻井过程中深井随钻井下压力温度的实时、准确和自动测试功能。尤其对于深井欠平衡钻井、气体和泡沫钻井中随钻井下压力温度数据的准确测试。
第五，钻孔装置。例如，我国200510068536.8号文献涉及一种欠平衡钻孔装置。其权利要求一保护用于从井表面延伸的开口井的装置，包括：一个适于在开口井中的闭合件，在该闭合件中限定有一腔体，该腔体的压力比一该井眼中经选择的井眼间隙的压力低；以及 至少一个端口是能选择打开的从而连通该腔体和在该开口井中的井眼间隙，其特征在于，至少一个端口在打开时产生流体涌入该腔体，从而在该井眼间隙中产生一瞬间欠平衡压力状态。
第六，减震装置。例如，200520002102.3号文献涉及一种空气机械减震器，包括花键心轴、花键筒体、碟簧筒体、碟簧组、调整套、调整环、下接头及密封元件防尘圈、支承环，该装置从顶部至下部花键心轴、花键筒体、碟簧筒体依次连接，由花键心轴、碟簧组、调整套和调整环组成减震机构，花键心轴的外部装有碟簧组，在花键心轴的外部分别设有调整套和调整环，避免携带岩屑的高速循环气体在变径部位形成涡流而击伤工具关键的密封表面；密封采用二级密封设计，以确保密封的可靠性。
第七，钻井装置。例如，02224530.8号文献涉及一种气体欠平衡钻井装置，特别涉及一种气体欠平衡钻井装置。它包括气源、连接气源与井内钻具的进气、排气管道及钻具，其特征是：在气源进气管道上连接有控制切换机构，用于检测控制气体的流量、压力，通过检测气体的流量、压力，进而控制阀开关动作；在放喷排污管线上连接有中途测试机构，用于在打开储层后，随钻评价储层；在井口进气管线上连接有短路机构，用于在出现意外情况时，通过及时切换，使管内剩余气体及时达到短路机构，预防发生地面爆炸事故；并始终预防放喷排污管线喷出口火焰的熄灭。200410081640.6号文献涉及一种实现油气井连续循环的永久性双层井身结构。它适用于钻井、修井、完井等作业，特别是对欠平衡钻井、高压、大气量井、深井、高含H2S油气井等尤为重要。
第八，密封装置。例如，02259212.1号文献涉及一种欠平衡井下封井器。它包括平式油管接箍双公短节、阀箍总成、本体、胶筒总成、压帽、引鞋，阀箍总成内有阀系，阀系下部装有泄压阀。在衬管下入过程中，欠平衡井下封井器平衡地层压力，从而保证欠平衡衬管完井工艺的实施。衬管进入井下封井器后，泄压阀打开，井下封井器可随衬管完井结构一起下到井底。02254084.9号文献涉及一种欠平衡液动井下封井器，包括上接头、中心轴、下压套、弹簧4、锁紧螺帽、顶杆、本体、凸轮、板簧、舌板、外筒。该液动装置采用阶梯状圆柱形顶杆与凸轮机构实现舌板的开启与关闭，并具有巧妙的密封舌板与本体结构设计，密封性能好，能在技术套管上某一位置通过舌板将井眼在这一位置上下封隔开，它能确保在欠平衡状态下起下钻、下入完井管柱，从而实现钻井全过程的欠平衡状态，有效减少储层损害，并起到简化作业程序的效果。
第九，封套阀具。例如，200420050161.3号文献涉及一种欠平衡井下套管阀。它主要由套管短节、联动总成、管阀总成、下外筒等部分组成，其特征在于管阀总成采用弹簧与合页配合的结构实现舌板的关闭与开启。它能在技术套管上某一位置通过套管环空憋压与卸压实现舌板的开启与关闭，从而将井眼连通或封隔，它能确保在欠平衡状态下起下钻、下入完井管柱，从而实现钻井全过程的欠平衡状态，有效减少储层损害，简化作业程序。
7/22/2008
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