由工程技术研究院承担的集团公司2007年氮气欠平衡钻井重大现场试验——玉门鸭儿峡油区鸭940井顺利完井，完钻井深2919米，三开储层段全程采用氮气欠平衡钻井技术，油层保护效果显著，氮气钻进井段总长209米，机械钻速达到4.1米/小时，为邻井的3.4倍，原油产量提高146%。此次试验获得圆满成功，在国内首次解决了高凝稠油油藏气体钻井过程中井筒降粘、举升和携砂等重大技术难题，形成了高凝稠油油藏氮气降粘携砂技术、“冻胶阀”筛管完井技术、高原地区深井氮气钻井设备配套技术和稠油油藏储层保护技术，为高凝稠油油藏氮气钻井积累了经验，为老油田有效动用剩余储量探索了一条新途径，成为集团公司“欠平衡井年”的重要技术创新成果。7月20日，鸭940井经现场测试获得日产15吨高产油流。鸭940井顺利投产,使志留系裂缝稠油油藏开发取得突破性进展,并为同类型油田的开采提供了技术借鉴，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。

　　鸭９４０井欠平衡钻井试验是集团公司重点技术开发项目之一，也是国内首次在深井稠油油藏进行的氮气欠平衡钻井试验。在鸭940井完井过程中，吐哈工程技术人员通过向井筒内注入清洗剂、调整氮气钻井参数、增加气举次数、优化施工措施等多种方案，成功解决了稠油油藏氮气钻进中稠油粘度高易凝结、氮气注入压力高、钻屑携带困难、环空不畅和易发生井下复杂的难题，成功钻穿稠油储层段，取得氮气欠平衡钻井技术的重大突破，形成了深井稠油油藏氮气欠平衡钻井新技术。首次应用原油和GBC段塞压井结合的压井方式，既达到了压井要求，又保护了储层，打破以往气体钻井依靠不压井装置、套管阀等昂贵设备完井的局面，简化了完井工艺，大大降低了氮气钻井成本，为气体钻井完井提供了新方法。鸭940井的成功试验，不仅拓宽了氮气欠平衡钻井技术应用新领域，而且使吐哈气体钻井技术再次引起国内欠平衡钻井界的广泛关注。

　　吐哈欠平衡钻井技术起步于上个世纪九十年代。１９９４年，工程技术研究院的前身钻采工艺研究院与西南石油学院合作进行欠平衡钻井研究。研究人员在根据吐哈油田特点以及跟踪国内外先进钻采工艺的基础上，进行了预研、调研、跟踪研究和储备技术，并在恰勒坎构造评价井恰102井上进行了先导性现场试验。采用泡沫流体和钻井液交替进行钻进，穿越三间房储层段，使用泡沫钻进累计达242.53米。虽然恰102井欠平衡钻井未达到预期效果，但是从该井的欠平衡钻井中，积累了宝贵的经验，为后期的欠平衡研究和试验奠定了基础。

　　进入二十一世纪，随着吐哈油田勘探开发的发展以及国内外石油勘探开发的形势和钻采工艺技术的发展，对欠平衡钻井技术的需求提高到了一个新的高度。工程技术研究院及时抓住这一机遇，在前期研究试验取得经验和技术储备的基础上，从2000年开始，高起点开展欠平衡钻井技术研究和试验。从钻井过程中的欠平衡到全过程欠平衡钻井，从液相连续相到气相连续相欠平衡方式得到全面发展。2000年，吐哈油田在牛102井进行泡沫欠平衡水平井钻井试验取得成功。2001年，科研人员应用轻质油基钻井液在三塘湖盆地马1井的侧钻改造中，完成了国内第一口套管开窗侧钻欠平衡大斜度井，以及在胜北构造上率先应用充气欠平衡钻井试验。2003年，在集团公司和指挥部大力支持下，“利用空气钻井技术提高玉门青西地区钻井速度研究”、“吐哈及玉门青西地区空气钻井现场试验”、“氮气水平井钻井技术在低渗低效油藏的研究与应用”等先后在集团公司通过立项，实现了吐哈欠平衡钻井技术研究和试验从液相连续相向气相连续相（即气体钻井技术）的新飞跃。

　　2003年，工程技术研究院在玉门油田窿14井进行了第一口气体钻井试验，并在这口井上成功试验了空气、雾化、泡沫三种欠平衡钻井技术，开创了吐哈气体钻井新局面，有力地推动了吐哈气体钻井技术的发展。

　　2004年至2005年，吐哈油田欠平衡钻井技术得到迅速发展，先后在窿14井、中石化鄂尔多斯D12-1井、红台2－15井、红台2－17井、红台2－4井等8口井采用欠平衡钻井技术，其中有５口井在储层段进行全过程欠平衡纯氮气钻井。其中红台2－15井是国内首次进行全过程欠平衡纯氮气钻井，取得显著效果，获得的高产油气流是常规钻井的10－15倍。该井的成功实施，展现出全过程欠平衡氮气钻井在提高产能和准确评价及发现油气层方面的良好前景，奠定了吐哈气体钻井在国内的领先地位。2006年第8期《中国石油石化》以《中国石油科技大飞奔》为题，报道了氮气钻井技术在吐哈红台2－15井首次应用试验取得的“重大新发现”。2006年4月，该项目组荣获集团公司“优秀科技创新团队”称号。

　　2006年以来，在总结前期欠平衡钻井成功经验的基础上，吐哈欠平衡气体钻井实施方式从研究试验向研究与专业化技术服务并重的转变，实现了研究——试验——应用——专业化服务的良性循环。在欠平衡钻井装备配套方面，短短两年时间，配备了美国钻采旋转控制头1套、国产旋转控制头3套、气体监测仪5套、地面管汇和内防喷工具、制氮车6台套、液氮泵车2台套，具备了独立完成氮气钻井、充气钻井、空气钻井等欠平衡钻井施工能力。在工艺技术方面，由引进消化向逐步完善和自我创新转变，形成了轻质钻井液、充气、泡沫、雾化、气体等完整的欠平衡钻井方式，以及全过程欠平衡钻井、测井、取心、完井系统技术。氮气钻井技术与水平井、复合钻井等新技术相结合，效果十分显著。成功研究出应用于欠平衡完井的冻胶阀技术，今年分别在鸭940井、牛东8－12成功实施。该技术不仅具有气体钻井零污染的效果，而且成本仅为套管阀下尾管成本的20%。

　　多年来，在集团公司和指挥部大力支持下，工程技术研究院科研人员不畏艰险，兢兢业业，敢于攀登钻井技术新高峰，使气体钻井技术取得丰硕成果。2006年，《氮气钻井在红台区块的研究与应用》项目获得集团公司科技创新二等奖，《吐哈油田气体钻井技术研究与应用》项目获得自治区科技进步二等奖。《欠平衡钻井技术的研究与应用》、《充气钻井技术在胜火201井的研究应用》等多项科研成果，分别获得指挥部技术创新成果奖。

　　目前，油田欠平衡钻井设备从无到有，配套了可满足同时进行2口井现场应用要求的旋转防喷头、制氮设备、注入管汇及监测设备、欠平衡软件等专用设备和工具，为欠平衡钻井的研究、应用和技术服务提供了硬件保障。通过连续的科研和技术服务，工程技术研究院培养了一支素质高、经验丰富、作风过硬的科研队伍，不仅能够独立承担完成欠平衡科研项目研究，先后出色完成多项集团公司欠平衡钻井方面的科研项目，而且能够承担轻质钻井液、充气、泡沫、雾化、气体钻井的方案论证——设计——组织实施——现场技术服务等系列技术欠平衡钻/完井任务，并已钻成了多口高难度欠平衡井，赢得甲方的信赖。

　　随着近期吐哈6口气体钻井、多口轻质钻井液和充气欠平衡钻井的成功实施，以及承担并出色完成5项集团公司欠平衡钻井科研项目，进一步确立了吐哈气体钻井技术在国内的领先地位，凸显了吐哈油田氮气钻井技术在国内的优势地位，形成了一整套适合非储层段和储层段钻进的空气/雾化/泡沫钻井、氮气钻井、天然气钻井和充气钻井完井技术，填补了国内气体钻井技术的多项行业空白，为今后气体钻井技术的深入研究和推广应用积累了大量宝贵的经验，推动了国内气体钻井技术的发展，树立了“吐哈气体钻井”技术品牌，跻身于国内欠平衡钻井技术领先行列。同时，工程技术研究院在国内外气体钻井技术服务的影响不断扩大，吐哈气体钻井技术已呈现出立足吐哈，面向国内外的市场态势，为吐哈欠平衡钻井特别是气体钻井技术拓展国内外市场奠定了坚实基础。

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       欠平衡钻井是指在钻井过程中钻井液液柱压力低于产层压力，允许产层流体流入井眼，通过地面有效控制，将其循环至地面，进行有效分离的技术。主要采用泡沫、充气、雾化等低密度钻井流体控制环空压力和井口回压控制的方法以达到使井底环空压力低于地层流体压力，从而达到保护和发现油气层的目的。

　　气体钻井就是钻井时井筒里不再有钻井泥浆，代之以空气、氮气等，也不再用传统的牙轮钻头钻穿岩层，而是用空气锤钻头把岩石研磨成粉末，利用高压气流将其携带出井口。气体钻井可以提高钻速3至10倍。另外，气体钻井时井筒内只有气体，所以只要油气一露头就能及时发现，让“油龙”无处遁形。气体钻井作为欠平衡钻井方式之一，在低压、破碎、水敏性地层能有效解决长段井漏、压差卡钻以及坚硬地层钻速低等工程问题，可大幅度提高钻井综合效率。

　　与常规钻井相比，气体钻井的优势主要表现在三个方面：一是可用于保护储层，提高单井产量，及时发现和准确评价油气层；二是可成倍甚至几十倍地提高机械钻速，大大缩短钻井周期；三是可用于解决承压能力低地层的井漏问题。

　　吐哈油田经过多年研究与现场实验，形成了一套针对储层从钻井到开采的全过程氮气欠平衡钻井技术。它是以氮气为主要循环流体，冷却钻头、携带岩屑，在低于储层压力条件下实现欠平衡钻井的一种特殊钻井技术。与常规钻井相比，此项技术在发现油气层、提高单井油气产量和机械钻速方面有着巨大优势。