精細控壓鉆井技術在南海東部油田的適用性分析

劉東濤

中海油能源發展股份有限公司工程技術深圳分公司（廣東 深圳518000）

南海東部地區勘探開發進程正在向深井復雜地層不斷深入，由此所帶來的鉆井作業難題也越發突出，如三壓力密度窗口窄、井壁易失穩等問題，對鉆井作業過程造成了很大負面影響[1-2]。精細控壓鉆井技術通過精細控制整個井筒壓力，減少了地層流體的侵入，有效解決了上述鉆井作業難題的手段之一。自21世紀初以來，在海外諸如北海、亞太、墨西哥灣等地區精細控壓鉆井已經成為海上勘探開發的一種必備技術。諸多油田技術服務公司先后成功開發了控壓鉆井系統并推廣應用，取得了良好效果[3]，如斯倫貝謝的DAPC系統，威德福的MFC系統和哈里伯頓的MPD系統等；在國內，中石油自主研發的PCDS精細控壓鉆井系列裝備在塔里木、遼河、大港等油田也取得了顯著成效。雖然精細控壓鉆井技術近年來在我國陸地油田成功引進并廣泛應用，但在海上應用該技術國內尚處于起步階段。中海油在渤海地區的多個油田區塊進行了精細控壓鉆井應用，并取得了成效，為南海東部地區精細控壓鉆井技術的應用提供了借鑒和參考意義。

1 精細控壓鉆井技術簡介

1.1 精細控壓鉆井硬件設施及控制系統

海上控壓鉆井技術及設備采用全自動化控制技術，避免了手動控壓人員誤操作。圖1為海上精細控壓鉆井設備，通過旋轉防噴器及其控制系統（RCD）、自動節流系統、遠程控制系統、回壓補償系統、隨鉆環空壓力監測（PWD）、井下止回閥、液氣分離器等，實時控制整個井眼環空壓力剖面的過程，壓力控制精度高，井筒壓力波動范圍小于0.34 MPa（50psi）。

圖1 海上精細控壓鉆井設備

1.2 精細控壓鉆井技術原理

精細控壓鉆井系統通過直接或間接采集立管壓力、井口回壓、鉆井液入口流量、出口流量、鉆井液密度、鉆井液溫度、鉆井液電導率、鉆井液性能、循環罐液面高度、鉆進速度、鉆具懸重、氣測烴值含量、泵速、扭矩、巖屑直徑等數據，并將數據進行綜合分析和合理的邏輯判斷[4]，確定井下是否出現溢流、井漏、井壁掉塊等異常，并通過調節節流閥，實現精細控制系統環空壓力剖面和井底壓力精細控制的目標，快速解決所出現溢流、井漏、井壁掉塊等井下復雜情況[5]。技術原理如圖2所示。

圖2 精細控壓鉆井技術原理

目前海上常用的精細控壓鉆井模式是通過微流量控壓鉆井和井底恒壓控壓鉆井技術來實現的。微流量控壓鉆井技術通過控制出入口流量，保證井筒內壓力處于一種平衡狀態，實現控壓鉆井；井底恒壓控壓鉆井技術主要通過控壓鉆井設備控制井口回壓[6]，在鉆井過程中，通過采集的各種相關數據進行水力計算并對比實際和目標壓力，實現井底或某一深度處壓力恒定鉆井。

1.2.1 鉆進工況下精細控壓鉆井方法

在鉆進工況下，精細控壓鉆進系統根據監測到的排量、壓力等數據，對比當前作業數據和所需調節的目標數據，由差值進行自動調節，通過調節節流閥進出口流量的大小，以實現精細控壓[7]。圖3是鉆進工況下精細控壓鉆井技術流程。

圖3 鉆進工況下精細控壓鉆井技術流程

1.2.2 起下鉆、接立柱工況下精細控壓鉆井方法

在起下鉆、接立柱工況下，泥漿泵停泵之前需將固井泵打開用以回壓。泥漿泵排量逐漸降低至零的過程中，自動節流管匯對其進行壓力控制，通過固井泵在井口逐漸增加相應的回壓以補償環空循環壓耗，從而實現停泵過程中壓力的平穩過渡[7]。接完立柱后，逐漸打開泥漿泵，通過自動節流管匯進行壓力控制，直至泥漿泵排量提升至鉆進排量。起下鉆、接立柱工況下壓力控制流程見圖4。

圖4 起下鉆、接立柱工況下精細控壓鉆井技術流程

2 精細控壓鉆井技術在海上油田的應用

精細控壓鉆井技術在渤海灣現已應用17口井，取得顯著效果。在渤海油田的鉆井實踐中，作業井常見的問題有密度窗口過窄、高壓高產及氣侵嚴重以及由此引發的漏噴、卡塌等復雜情況。在針對性地應用了精細控壓鉆井技術后，有效解決了以上諸多鉆井難題，規避了井控風險，提升了作業效率。

1）為井控安全保駕護航。LD1井、LD1Sa井、LD2井通過高精度控壓監測系統及時發現溢流，調整井底壓力，迅速控制井口，避免井控險情。

2）解決了氣侵鉆井難題。LD1井、LD1Sa井單根氣活躍，通過控壓循環排氣實現邊鉆進邊排氣。

3）解決了“窄壓力窗口”難題。LD1Sa井是典型窄壓力窗口井，常規鉆井方式存在困難，精細控壓鉆井順利鉆進105 m。

4）解決了溢漏同存難題。CFD1井在常規鉆進過程中，很難找到壓力平衡點，容易出現上漏下噴的現象，精細控壓鉆井順利解決了這一難題。LD3井預測最高地層壓力系數1.65，四開使用1.55 g/cm3鉆井液密度精細化控壓鉆進，未發生溢漏復雜情況，大大提高了鉆井效率。

5）大幅縮短了非生產時間。CFD2井通過井口帶壓快速平衡井內壓力，控制井口，實施帶壓強行下鉆，解決了井控險情，同時有效預防或避免了井塌、壓差卡鉆等井下復雜情況的發生，顯著提升了鉆井效率。

表1 為精細控壓鉆井技術在渤海灣現已應用井總結。從該17口井的應用效果來看，通過“井底恒壓+微流量”控壓鉆井技術，有效降低了井底壓力波動，保障了井下安全；通過實時監測進出口鉆井液流量和密度等參數，及時發現溢流、井漏，有效預防了壓差卡鉆、井塌等復雜情況的發生，從而保障了技術方案的順利實施；通過參數的精準監測來準確摸清地層壓力窗口，采取適當降低鉆井液密度的方法鉆進，從而減輕地層傷害有效地保護和發現儲層；此外，該技術實現了近平衡鉆井，提速、提效顯著，大幅度縮短了非生產時間、鉆井周期，降低了鉆井綜合成本，從而提高了經濟效益[8]。

表1 精細控壓鉆井技術在渤海灣應用情況

3 精細控壓鉆井技術在南海東部油田的適用性分析

3.1 南海東部鉆井的特點及面臨的主要問題

精細控壓鉆井技術在渤海油田的應用實踐中取得了一定成效，但是否可以有效應用于南海東部油氣田的鉆井作業中，還需要進一步的分析和評價。渤海油田水深較淺（10～50 m）、儲層相對疏松且裂縫發育、井深較淺等特征，而南海東部油氣藏多位于水深在100 m以上區域，儲層相對致密，其油氣井多具有井深大、井眼軌跡復雜等特征[9]。

根據南海東部的鉆井實踐，篩選出XJ油田某區塊和LH油田某區塊作為兩個目標區塊，先由三壓力曲線分析兩個區塊目前存在的問題，然后進行精細控壓鉆井技術的適用性分析及預評價。

3.1.1 XJ油田某區塊現存問題

圖5 為XJ油田某井三壓力曲線，從圖5可以看出，該區塊的下部地層（恩平組、文昌組）最大坍塌壓力對應的當量密度高達1.35 g/cm3，極易造成井壁失穩等井下復雜情況。

3.1.2 LH油田某區塊現存問題

圖6 為LH油田某井三壓力曲線，從圖6中可以看出該區塊地層壓力窗口（坍塌壓力、漏失壓力）較窄，僅1.10～1.35 g/cm3；若鉆井工程為大斜度井、水平井，一旦裸眼段較長，則井底當量泥漿密度（ECD）高，極易造成井下漏失。

圖5 XJ油田某井三壓力預測曲線

圖6 LH油田某井三壓力曲線

3.2 適用性分析及解決方案

根據以上問題，結合精細控壓鉆井技術，進行適用性分析并給出解決方案。

1）針對坍塌壓力較高，漏失壓力較低地層，鉆進期間通過精細控壓鉆井系統控制井口回壓，實時調整鉆井液密度，從而實現微過平衡鉆井，保證井壁穩定。在鉆進的過程中逐步降低泥漿密度調整壓力至坍塌壓力系數，在降低泥漿密度的同時，觀察井壁的穩定性。

XJ油田某區塊恩平組、文昌組地層使用1.35 g/cm3鉆井液鉆進，停泵期間通過精細控壓鉆井系統對井口控制回壓1～2 MPa，保證井眼穩定[10]。

2）針對壓力窗口窄的地層，可降低鉆井液密度調整壓力至坍塌壓力系數及以下，在微流量控壓鉆進過程中，系統可實時監測井底溢流情況，一旦發現溢流，系統會發出警報，提醒操作人員注意，同時自動增加井口回壓循環至井底壓力大于地層孔隙壓力。

LH油田某區塊，可降低鉆井液密度至1.10 g/cm3，停泵期間通過精細控壓鉆井系統對井口控制回壓使得井底ECD大于1.15 g/cm3，保證井眼穩定，壓穩地層，實施控壓排污。

4 結論與建議

1）精細控壓鉆井技術通過實時監測進出口鉆井液流量和密度等參數，及時發現溢流、井漏，有效預防了壓差卡鉆、井塌等井下復雜情況的發生。

2）精細控壓鉆井技術能降低鉆井液密度，提高機械鉆速，可減少現場復雜情況和事故的發生次數，從而有效控制鉆井作業的時間和經濟成本。

3）精細控壓鉆井技術能大大減少鉆井液的漏失，從而保護儲層，提高油氣井產能，增加油氣田開發的整體效益。

4）精細控壓鉆井技術在渤海地區已經廣泛應用并取得了良好效果，但在南海東部地區卻不曾應用。經適用性分析，建議在南海東部地區的XJ油田、LH油田等地層復雜的油田先行應用，在上述區塊逐步探究嘗試成功后，可大力推廣應用，解決鉆井復雜難題。

5）對于南海地區深水區塊（如LH11-1等）特有的水下井口類型井，目前在我國的海洋鉆井實踐中還沒有精細控壓作業的經驗可供參考。由于水下井口隔水管較長并且鉆井船的升沉運動可能造成井涌檢測困難，這些都會對精細控壓作業的測量準確度帶來不確定性，從而帶來潛在鉆井風險。因此，對于精細控壓鉆井技術在這類井的應用還需要進一步的深入調研，對現有的精細控壓設備也要做出相應的改進。