精細控壓鉆井井筒控制技術研究

楊立華

摘要：隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人們對石油天然氣能源的依賴度越來越高，而石油天然氣的開采基于鉆井質量。在油氣田勘探開發鉆井施工中，由于各種因素影響，工程事故時有發生，對鉆井工程施工人員的身心健康造成了嚴重危害，對安全生產構成了不同程度的影響。為了有效解決油氣田勘探開發鉆井施工中存在的問題，保證施工人員生命和國家財產安全，提高鉆井質量和資源開發效率，結合鉆井工作實際，本文對精細控壓鉆井井筒控制技術進行研究，以供借鑒。

關鍵詞：精細控壓鉆井;井筒控制技術;壓力控制;研究

1 引言

鉆井施工是油氣田勘探開發的基礎工程，在鉆井施工過程中，經常會遇到鉆井液安全密度窗口過于狹窄的問題，在這種情況下，如果仍然按照常規的鉆井施工技術進行作業，可能會形成井涌、壓差卡鉆、漏失等較大的安全風險隱患，嚴重時會使鉆井工程被迫停止，甚至引發較為嚴重的安全事故。近年來在鉆井實踐中采用精細控壓鉆井井筒控制技術，能夠較為精確地確定井下壓力環境變化界限，精準控制井筒壓力，對避免井涌的發生具有非常明顯的作用，實現了油氣田勘探開發鉆井施工的安全生產，本文對此進行分析。

2 精細控壓鉆井井筒控制技術

油氣田勘探開發鉆井技術是依靠壓力控制的生產過程，精細控壓鉆井技術是指根據地層融入井筒流體壓力的不同控制井筒壓力的不同精確度，以達到安全鉆井施工的目的。在油氣田勘探開發鉆井施工過程中，當地層中融入井筒的流體小于80L時，精細控壓鉆井井筒控制技術能夠迅速監測到溢流的存在，要在2min的時間內快速采取控制措施，使得地層內融入井筒的流體量控制在80L以內，并控制井口回力在0.35MP以內，以實現鉆井施工的安全生產。根據對壓力控制的技術不同，精細空壓鉆井技術可分為為流量控壓鉆井技術、動態環空壓力控制鉆井技術以及井底恒壓壓力控制鉆井技術。精細控壓鉆井井筒控制技術可用于過平衡鉆井施工、欠平衡鉆井施工以及近平衡鉆井施工過程，重點能夠解決由于鉆井液循環密度引發的鉆井過程中所產生的問題，如塔中的硫化氫含量過高、油藏儲層產生裂縫以及地質儲層壓力過大而引起的鉆井中的敏感問題。精細控壓鉆井井筒控制技術的核心包括旋轉防噴器、地面壓力控制裝置以及對流體流量、環空多相流動規律的分析和研究。

3 精細控壓鉆井井筒控制技術的應用

3.1 井筒壓力剖面控制的原則

精細控壓鉆井井筒壓力控制過程中，井筒壓力剖面與普通的過平衡鉆井施工存在較大差異，因此，應嚴格滿足以下原則：

第一，必須滿足井筒裸眼段鉆井液泥漿安全密度窗口的需求。在鉆井施工中壓力欠平衡狀態下，地層流體在壓力的作用下會流入井筒，使井壁的穩定性受到影響，因此在鉆井過程中，應用精細控壓鉆井井筒壓力控制技術前，井身結構設計應具有合理性。

第二，必須能夠滿足井口壓力控制設備額定的壓力范圍。精細控壓鉆井井筒控制技術是依據旋轉防噴器及節流管匯對井筒的壓力實現精確控制，工藝技術所允許的井口控制回壓的最大值必須掌握在井口空壓設備的額定壓力范圍以內，鉆井前必須進行精確設計。

第三，必須滿足套管內井筒的抗壓強度以及液體環空流型控制要求。以實現安全生產和提高工資效率。

3.2 不同工況狀態下的井筒環空壓力控制方法

如何將井底儲層壓力控制在工藝設計的有效值內，是實施精細控壓鉆井井筒控制技術的關鍵。通常情況下，要對井筒的立壓、套壓、產液（氣）量等相關數據進行收集和分析，對液（氣）流閥的開啟程度按技術要求進行調整，在不同工況狀態下，對井筒環空壓力的控制方法主要有：

第一，排量不變，泵壓下降的控制。在鉆探高產油氣層過程中，很容易出現在排量保持不變的情況下泵壓下降，這時要對節流閥進行及時調整，使立壓數值回歸到原始設定狀態，以保持井底儲層壓力的恒定不變，防止由于鉆產油氣量的增加而增加驚恐的難度和安全風險。

第二，接卸單根起鉆和下鉆的控制。在對井筒壓力的實施控制過程中，起鉆與下鉆所產生的波動壓力超過安全可控制壓力窗口時，必須在井口通過人力施加回壓進行控制。起鉆過程中，如果關閉節流閥仍然無法達到回壓控制標準，可以通過加壓泵提供額外套壓促使井底壓力提高，達到地下流體無法進入井筒之內的目的。

第三，鉆產油氣量過大的控制。如果鉆產的油氣量過大而造成井筒壓力失衡，應將節流閥調小以增加泵壓便可得到有效解決。但需要值得注意的是，井筒內存在的油氣需要通過不斷循環，在一周左右的時間排放出來，控制效果存在滯后效應，因此應對回壓嚴格按照技術標準進行控制，如果忽視這一點而不斷提高回壓，可能會造成井漏等嚴重的不良后果和無法控制的安全事故。

第四，排量不變，立壓和套壓升高的控制。在鉆井過程中如果發生立壓和套壓突然升高的現象，需要對產生的原因進行科學分析和準確判斷。如果是因為井下氣體滑脫上升所引起的壓力升高，可采取節流循環排氣降壓方法進行控制;如果控制無效，則要對地層壓力進行重新準確計算，按照工藝技術設計的壓差值加重鉆井液或減少注氣量實施控制。

4 實例分析

以試驗中某井鉆井數據為案例，工藝設計如下：技術套管外徑f 245.5 mm下放至6600m深度，計劃完成鉆井深度6710m，鉆井使用f215.5mm牙輪鉆頭，鉆具規格由下至上分別為無磁鉆鋌：長10m、f177.6mm;無磁承壓鉆桿：長10m、f125mm;斜坡加重鉆桿：長500m、f127mm;普通鉆桿：長6000m、f127mm。該井口地面溫度21℃，地層壓力梯度1.20MPa/100m，鉆井速度3m/h，壓力泵排量10.5-12.5L/s，鉆井液密度控制在1.07-1.17g/cm3。鉆井實踐中，在壓力泵停止工作的條件下，計算得出的井口回壓值與實際井口所必須達到的回壓值之間的誤差為0.2MPa，實現了對井底壓力的精確控制。

總之，油氣田勘探開發的地質環境日趨復雜，應用精細控壓鉆井井筒控制技術，對井口的回壓值進行科學和精準計算，改變了傳統單一的鉆井技術模式，能夠實現油氣田勘探開發的安全生產和提高勘探開發效率，對促進油氣田的發展具有積極地推動作用。

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