常規(guī)控壓鉆井技術分析及改進應用探究

王光光

摘要：鉆井過程中經常發(fā)生“又溢又漏”現象，密度窗口窄，井控風險大，易出現井控險情，且井下復雜事故率高，井眼軌跡及井身質量也得不到有效保障，水平井水平段延伸能力受到制約，鑒于精細控壓成本過高，對于控壓精度要求不高的井，常規(guī)控壓鉆井技術得到實施應用及規(guī)模化推廣。

關鍵詞：常規(guī)控壓；鉆井技術；鉆井液；當量密度；規(guī)模化推廣

常規(guī)控壓鉆井技術就是通常所說的井底恒壓，使井底壓力間保持適當的過平衡狀態(tài)，從而控制地層流體的侵入，確保井底壓力和正常鉆進時相對恒定。探討了常規(guī)控壓鉆井技術原理，通過近年來的實踐應用，總的鉆井液當量密度仍高于地層孔隙壓力。在這種情況下，對發(fā)生意外侵入的流體應當使用 MPD 井口裝置使侵入流體得到適當控制。

1 常規(guī)控壓技術概括

控壓鉆井工藝的核心是控制井底壓力和井筒壓力分布，在控壓鉆井過程中，鉆井液在井筒內循環(huán)，以達預期的井底壓力。通過地層破裂壓力和孔隙壓力梯度、以及井壁穩(wěn)定性來確定

鉆井液密度。常規(guī)鉆井方式下，對于窄安全密度窗口的地層而言按照動壓設計井底壓力，則在停泵時，鉆井液處于靜止狀態(tài)，井底壓力將降低至孔隙壓力以下，地層流體將涌入井筒；

當按照靜壓設計井底壓力滿足安全窗口時候，循環(huán)鉆井液時候井底壓力將升高，并超過地層破裂壓力，這會壓漏地層達不到控壓鉆井的目的。因此，想控制井底在停鉆和循環(huán)時候都能保持井底壓力在安全窗口內，那么就需要進行井口回壓的控制（見圖1）。

通過調節(jié)鉆井液比重，按照循環(huán)動壓滿足安全鉆進要求設計，即循環(huán)過程中若降低鉆井液比重便可使井筒壓力低于地層破裂壓力，停鉆時候在井口施加回壓使井底壓力高于空隙壓力，此時就能滿足動靜壓均在安全密度窗口內，即保持井底壓力任何時候相對恒定，這是陸地上窄安全密度窗口安全快速控制壓力鉆井的一種最有效的解決辦法，這也是常規(guī)控制壓力鉆井的基本原理。要準確地控制井底壓力，并按要求調節(jié)井筒壓力梯度或井底壓力的當量循環(huán)密度在安全窗口內，就需要準確計算井筒內的壓力剖面。常規(guī)鉆井過程中，井底壓力等于鉆井液靜液柱壓力與環(huán)空摩阻壓力之和，環(huán)空摩阻壓力是在鉆井過程中鉆井液循環(huán)所產生的，接單根時，應關泵停止循環(huán)鉆井液，這樣就消除了環(huán)空摩擦壓力，要想井底壓力相對恒定就需要施加相應的回壓。參數確定需要建立井筒水力學理論模型進行求解，或者進行實測。

2 控壓鉆井技術改進

采用現有的控壓鉆井技術起鉆，在帶壓起鉆至設計井深后，環(huán)空注入稠塞，在環(huán)空稠塞上部注入重漿，重漿的液柱壓力與下部輕漿的液柱壓力能平衡地層壓力。但是這種方法中，井口帶壓起鉆過程中，因鉆具內有單流閥，環(huán)空液柱壓力大于鉆具內壓力形成負壓差，導致起鉆過程中，鉆具內鉆井液（即輕漿）不能通過鉆具水眼流入井筒，卸鉆具時，鉆井液流到鉆臺上，導致鉆臺濕滑，鉆臺人員操作風險增大，同時造成鉆井液一定量的損失，并且現有的控壓鉆井技術起鉆，起鉆時效降低，若以3000米井深的井為例，起鉆時間需要15小時至16小時。目前常用的控壓鉆井技術起鉆時環(huán)空液柱壓力大于鉆具內壓力形成負壓差導致鉆具內鉆井液不能通過鉆具水眼流入井筒，卸鉆具時，鉆具容易流到鉆臺上，造成鉆臺濕滑，使得鉆臺人員操作風險增大，并且起鉆時效降低，同時造成鉆井液損失的問題。

改進技術方案：一種控壓鉆井起鉆方法，按下述步驟進行：第一步，在控壓鉆井起鉆前，根據實際地層壓力及帶壓起鉆高度，設計重漿密度，重漿密度=（地層壓力-輕漿密度×帶壓起鉆高度×重力系數）/[（井深-帶壓起鉆高度）×重力系數]，其中，重漿密度和輕漿密度的單位為g/cm3、地層壓力的單位為MPa、井深和帶壓起鉆高度的單位為m、重力系數為0.00981；第二步，根據第一步中計算的重漿密度，準備好所需重漿密度的重漿，在起鉆前，先向鉆具內注入重漿，重漿的注入量滿足：鉆具內上部注入的重漿的液柱壓力與鉆具內下部輕漿的液柱壓力之和大于井口回壓、環(huán)空液柱壓力與打開單流閥壓差之和，其中，打開單流閥壓差通過地面設備打壓方式測得；第三步，起鉆過程中，鉆具內輕漿在內外正壓差的作用下，通過鉆具的水眼流入環(huán)空內；第四步，當鉆具起鉆至確定好的帶壓起鉆高度時，將準備好所需重漿密度的重漿注入至環(huán)空內，此時，環(huán)空內的重漿的液柱壓力和輕漿的液柱壓力之和與地層壓力平衡，同時鉆具內灌滿重漿。通過本文起鉆方法，能夠有效避免鉆具內鉆井液流到鉆臺上造成鉆臺濕滑的情況發(fā)生，這樣，就能夠降低鉆臺人員操作風險，同時也避免了鉆井液的浪費，節(jié)約成本，若以3000米井深的井為例，起鉆時間只需10小時至12小時，相比于現有的控壓鉆井技術，起鉆時間節(jié)省了3小時至6小時，能夠有效提高控壓鉆井起鉆時效。

3 井底壓力監(jiān)測技術

實現精確壓力控制的關鍵參數是井底環(huán)空壓力和循環(huán)壓耗，對于深井，由于其高溫高壓特性，很難精確計算。通常實際作業(yè)過程中，循環(huán)壓耗值的求取有兩種可行的方法。即采用鉆井水力學參數計算軟件模擬在多種工況下的循環(huán)壓耗，并配合井下壓力計實測井底壓力推算循環(huán)壓耗，對軟件計算結果進行校正。同時介于精細控壓井底壓力監(jiān)測的優(yōu)勢，目前正在摸索隨鉆壓力監(jiān)測儀 PWD 在常規(guī)控壓鉆井中的使用，通過壓力的隨鉆監(jiān)測，實時監(jiān)測并控制井底壓力，減少井底壓力的波動，有利于窄壓力窗口鉆完井作業(yè)。

4 結論

通過欠平衡專用設備旋轉控制頭用井底壓力控制技術，在一定程度上延長了壓力敏感性儲層水平段的延伸能力，降低了漏噴同存的作業(yè)風險；提高了鉆井作業(yè)的安全性，成功保障了多井次的復雜施工作業(yè)，取得了良好的經濟效益。

參考文獻

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（作者單位：中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司）