欠平衡壓力鉆井井底壓力控制技術探討

李勇鵬 馬紅興 馬小兵 劉朝武 馮亞莉

摘要：由于鉆井技術的不斷的革新，鉆井的深度也是越來越深，因此井底的壓力控制成為一大難題。本文主要通過對欠平衡壓力鉆井中井底壓力如何控制進行具體的分析，從而可以找到有效控制的方法，為今后相同類型的壓力鉆井平臺提供借鑒。

關鍵詞：欠平衡壓力鉆井;井底壓力;控制技術

引言：近年來，井噴井爆事故頻繁出現，歸根結底還是井內壓力控制不當造成的。對于欠平衡壓力鉆井來說，保持鉆井過程中的欠平衡狀態是欠平衡壓力鉆井能夠實現的前提條件。但是如果在鉆井的過程中出現井底壓力控制不當，就會造成過壓或者漏壓狀態，就會打破原有的欠平衡狀態，欠平衡壓力鉆井就無法實現，長此以往就會嚴重影響整體的地質勘探以及鉆井工作的進行，甚至會發生一些不可預知的危險。對于如何控制欠平衡壓力鉆井井底壓力，國內外的研究學者進行了很多的理論研究，比如在壓力控制方面，已經研究出FWD技術來對欠平衡壓力鉆井井底壓力進行測量，并且取得了良好的效果，但是在國內，由于鉆井的成本較高，很多企業并沒有足夠的預算來引進這項技術，因此追求經濟上的效益，導致這項技術現階段還不能有效的推廣。因此需要對現有的欠平衡壓力鉆井井底壓力控制技術方法做一個具體的探討，找到能夠完整支持整個過程的技術，并且在成本允許的范圍內，提高總體的效率。

1.欠平衡壓力鉆井引起井底壓力波動的因素分析

1.1泵排量不變，泵壓下降引起壓力波動

這種情況發生是有一個前提條件的，在初次鉆井時有時候會遇到油氣層，導致油氣層會形成一系列的油氣柱，由于油氣柱的氣壓是低于外界的氣壓的，會導致油氣柱上升這樣會帶來一個問題會造成液柱的壓力下降，這樣會導致泵壓的下降，總的井底的壓力就會出現一個較為明顯的波動，因此對于工程上來說比較難以監測井底壓力的變化，很容易發生一些危險。

1.2鉆柱的連接導致井底壓力的變化

鉆井設備在連接的過程中，需要往鉆柱中注入氣體，在這個過程中氣相和液相的循環會中斷，并且在很多情況下由于往鉆柱中注入了氣體導致鉆柱中的氣壓與井底的壓力以及外界的壓力出現一個差值，這個差值就會導致產生一定的壓差，產生壓力的波動現象。這個波動在正常的范圍內是完全可以接受的，但是需要往鉆柱中注入氣體的過程中要時刻的檢測壓力的變化以及波動的范圍。這個檢測的范圍在一定的情況下比較難以實現，這也是欠平衡壓力鉆井井底壓力控制的難題之一。

1.3非線性流動特性導致井底壓力的波動變化

對于欠平衡壓力鉆井平臺來說是由兩相流控制的，由于在鉆井的過程中受到泵的排量影響，氣相的注入方式以及前文中提到的對鉆柱注入氣體等多方面的影響，會導致這些因素打破原有的一個穩定的平衡狀態，并且由于這些氣相的流動是無規則的，并不是線性的流動方式，因此把它們看成是非線性的流動特性，從而造成井底壓力一直達不到一個穩定的狀態，從而引起井底壓力的不斷波動變化。

2.欠平衡壓力鉆井井底壓力控制技術研究

2.1欠平衡壓力測量器的選擇

目前市場上的欠平衡壓力測量器大多數是依靠地下機器人配上傳感器來進行測量，有時候無法精準的實現壓力控制，容易造成數據上的傳輸誤差等。本文選擇的一款欠平衡壓力測量器可以實現自動精準的對壓力進行測量，在鉆頭的部位安裝了傳感器，不僅可以實時的回放數據，以免造成數據上的傳輸錯誤，還可以實時的檢測鉆頭的溫度。對于欠平衡壓力控制來說，由于鉆頭在鉆的過程中容易產生大量的熱量，熱量的變化也會引起壓力的變化。

本文所選擇的壓力測量器主要是214螺浮型測量結構，安裝位置是在鉆頭處，并且一般測量的位置是在距離井底0.75米的地方，但是由于鉆頭的特殊結構會導致無法精確測量到井底的壓力，因此距離井底的0.75米可以代表著井底壓力的測量。具體的測量原理是在測量的過程中壓力測量器末端有減震裝置，在鉆井的過程中會受到震動波動的影響，在末端安裝減震裝置可以極大的增強測量的準確性。對于螺扶型的壓力測量器來說，可以在距離井底很近的地方進行測量，可以跟井底的壓力測量數值相似，對于短鉆鋌型的測量儀器來說誤差較大一些，而螺扶型的壓力測量裝置反應時間較快，有一個明顯的缺點是易磨損，但是在綜合效率方面螺扶型也可以完全的勝任工作，因此選擇螺扶型壓力測量裝置可以很好的應對欠平衡壓力控制。

2.2欠平衡壓力鉆井壓力控制方法

（1）環空注入法

環空注入法是一種可以很好保證井底壓力穩定性的一個方法。主要應用在鉆柱注入氣體的過程中，用寄生管或者是同心管環空進行注射，這樣注射的好處是可以保證空氣的很好的流動，當外界的氣壓和內部的氣壓相差較大的時候就會排出一部分的氣體，在這個過程中，鉆柱在連接的過程中還有可以有效的保證氣體的源源不斷的注入，從而可以保證欠平衡壓力處于一個比較穩定的狀態，不至于因為氣體的不斷注入而導致井底壓力與外界壓力存在一個較大的差值而出現危險。而且由于注射空氣的時候是環空的，還可以很好的隔絕液相，減少液相分離效應，保持環空中空氣能量，減少井底壓力的波動。

（2）立管注入法

立管注入法在一些大型欠平衡壓力鉆井平臺中是經常用到的壓力控制方法。主要作用是在下鉆的過程中，通過立管的方式將氣體注入井底，這樣一個好處就是立管注入的過程中是可以和外界保持一定的空氣流動，可以很好的減少由于外部壓力與內部壓力之間差值較大而引起較大的壓力波動情況。此種方法需要的成本較高，但是安全性以及可靠性有了很大的提高。

對比這兩種方法，環空注入法對于設備以及成本的要求較低，應用比較廣泛，因此本文對于欠平衡壓力鉆井井底壓力控制選擇環空注入法。

結束語

綜上所述，本文主要通過對欠平衡壓力鉆井井底壓力控制中引起壓力波動的因素進行具體的分析，然后通過選擇壓力測試器主要對井底的壓力進行測試與控制，最后選擇環空注入法實現對井底壓力的精確控制。

參考文獻：

[1] 周照明;欠平衡隨鉆氣侵規律及運移模型研究[D];大慶石油學院;2017年

[2] 劉德昌;欠平衡壓力鉆井井控技術在也門KHA-1井的應用[J];中國石油和化工標準與質量;2016年09期

[3] 侯緒田;欠平衡鉆井井底壓力自動控制技術[J];石油鉆探技術;2015年02期