控壓鉆井設(shè)備在渤海某油田鉆井中的應(yīng)用

陳清正 侯得景 聶光輝 柳海嘯 劉東東

（1、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452 2、中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司,天津300452）

1 渤海某油田油藏情況介紹及井身結(jié)構(gòu)

渤海某油田開發(fā)前油藏均屬正常壓力系統(tǒng)，平均壓力系數(shù)為1.03。由于油田已投產(chǎn)多年，隨著開采的進(jìn)行，地層壓力不斷下降，不同區(qū)塊注采情況也各不相同。在開發(fā)的過程中，暴露出油層層間矛盾突出、注入水突進(jìn)明顯、部分區(qū)塊或井組含水較高，局部區(qū)域單井控制儲(chǔ)量相對(duì)較高等問題。鉆井期間，頻繁出現(xiàn)噴漏同存、出現(xiàn)井涌、井漏、有害氣體泄漏、卡鉆等鉆井復(fù)雜問題，增加了鉆井成本和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

以某平臺(tái)E24 井為例，采用9-5/8"套管開窗，側(cè)鉆8-1/2"井眼，表層套管下深258.13m，側(cè)鉆點(diǎn)911.00m，8-1/2"井眼完鉆深度2122m，裸眼段長度1211m，下7" 尾管，由于同一裸眼段內(nèi)，存在虧空油組和超壓油組，且超壓較大至3.0Mpa。由于壓力系數(shù)比較復(fù)雜，本井使用控壓鉆井設(shè)備，預(yù)防出現(xiàn)噴漏同存等復(fù)雜情況，避免卡鉆。

2 控壓鉆井設(shè)備的原理及現(xiàn)場安裝應(yīng)用

控壓鉆井技術(shù)是有效解決復(fù)雜井筒壓力系統(tǒng)的鉆井工藝技術(shù)，針對(duì)窄密度窗口復(fù)雜條件，可有效控制循環(huán)流體當(dāng)量密度在地層可承受的范圍內(nèi)，從而保證鉆井工程順利施工和有效保護(hù)儲(chǔ)層。

2.1 控壓鉆井原理及模式

控壓鉆井工藝原理是在鉆井過程中通過回壓泵、節(jié)流閥精細(xì)控制或調(diào)整環(huán)空壓力體系，確保環(huán)空液柱壓力微大于井底壓力，并且不壓漏地層，從而在“窄壓力窗口”層段實(shí)現(xiàn)安全、快速鉆進(jìn)的一種鉆井技術(shù)。根據(jù)采集的井底壓力值，通過閉環(huán)壓力控制算法軟件，計(jì)算出井口需施加的局部循環(huán)壓耗，調(diào)節(jié)井口套壓，平衡井底壓力。能夠控制井底壓力在預(yù)定的范圍內(nèi)，提供不同工況下的井底壓力控制，讓窄密度安全密度窗口井底壓力控制變得更加可靠，有效解決“漏涌同存”的鉆井難題。相對(duì)于常規(guī)鉆井，控壓鉆井井底壓力波動(dòng)小，避免在接立柱、起下鉆、停泵等工況下引起壓力波動(dòng)，減少井漏、溢流等復(fù)雜情況。

控壓鉆井技術(shù)基本控制方法是通過控制鉆井液密度、循環(huán)壓耗和井口回壓，使井底壓力保持相對(duì)恒定。

2.2 控壓鉆井設(shè)備組成

控壓鉆井系統(tǒng)集機(jī)、電、液、信息、自動(dòng)控制等技術(shù)為一體，通過對(duì)井底和地面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、分析和處理，自動(dòng)調(diào)節(jié)井口套壓，實(shí)現(xiàn)井底壓力的精細(xì)控制。集成配套包括：井底恒壓鉆井系統(tǒng)、微流量控制鉆井系統(tǒng)、帶壓泥漿帽鉆井系統(tǒng)和精細(xì)壓力控制欠平衡鉆井系統(tǒng)等4 項(xiàng)特色技術(shù)。該控壓鉆井系統(tǒng)，包含四項(xiàng)核心裝備：自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)和隨鉆環(huán)空壓力檢測系統(tǒng)。

控壓鉆井系統(tǒng)采用模塊化及集中控制雙重思路，既可整體使用，各子系統(tǒng)可獨(dú)立工作，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；還具備微流量和井底壓力兩種監(jiān)控方式，可實(shí)現(xiàn)井底壓力的精確、閉環(huán)控制，控制精度±0.35MPa。具體控壓設(shè)備組成如下：

2.2.1 旋轉(zhuǎn)控制頭

旋轉(zhuǎn)控制頭：安裝在井口環(huán)形防噴器上方，形成井口密封。

該旋轉(zhuǎn)控制頭高度1.7-1.8m，靜態(tài)工作壓力5000psi，動(dòng)態(tài)工作壓力2500psi，安裝要求：天車、轉(zhuǎn)盤、井口三者中心偏差小于10mm。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)軸承總成

旋轉(zhuǎn)軸承總成：旋轉(zhuǎn)控制頭主要部件，用于與鉆具及旋轉(zhuǎn)控制頭本體之間密封。

旋轉(zhuǎn)軸承尺寸：外徑：φ432mm；中心孔通徑：φ196mm；工作轉(zhuǎn)速：＜120rpm，密封膠芯工作壽命：＜120h。

2.2.3 精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)

由于海上平臺(tái)甲板面積有限，而且每個(gè)平臺(tái)都配備有固井泵、油氣分離器等設(shè)備，綜合考慮成本及設(shè)備簡單化等因素，海上普遍使用分體式控壓鉆井系統(tǒng)，固井泵充當(dāng)回壓補(bǔ)償泵使用，共用海上油氣分離器。

控壓鉆井系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)：

以套壓、立管壓力、微流量三位一體的綜合井筒壓力控制技術(shù)，節(jié)流閥全部自動(dòng)化控制，能夠更加精確地控制井眼環(huán)空壓力剖面，快速應(yīng)對(duì)井下壓力變化。

系統(tǒng)復(fù)雜、自動(dòng)控制、維護(hù)不易、拆裝不便、設(shè)備占用面積較多。

系統(tǒng)壓力控制精度：±0.35MPa。

2.2.4 流量監(jiān)測裝置

使用艾默生流量計(jì)，滿足多工況，高精度進(jìn)行流量和氣體檢測技術(shù)。

在入口、出口進(jìn)行流量檢測，使用軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。流量檢測精度高：0.01-0.06m3，便于早發(fā)現(xiàn)流量變化。可以滿足鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等工況。

2.3 渤海某油田E24 井中的應(yīng)用

E24 井是一口老井側(cè)鉆井，進(jìn)行9-5/8"套管開窗，側(cè)鉆8-1/2"井眼，由于預(yù)測壓力，最大超壓3.0Mpa，虧空1.5Mpa，屬于典型的超壓、欠壓同存復(fù)雜井，鉆井期間極易出現(xiàn)噴漏同存現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)卡鉆等復(fù)雜情況，安裝控壓鉆井設(shè)備，采用控壓鉆井技術(shù)，使用低密度鉆井液圓滿完成側(cè)鉆任務(wù)。

2.3.1 安裝控壓鉆井設(shè)備

按照控壓鉆井設(shè)備安裝程序，控壓設(shè)備安裝流程圖如圖1所示，安裝步驟如下：

2.3.1.1 在萬能防噴器之上安裝旋轉(zhuǎn)控制頭底座，連接高壓三通、8"液動(dòng)高壓閥門及4"閘板閥門，連接旋轉(zhuǎn)控制頭底座潤滑管線及控制管線，確認(rèn)8"液動(dòng)閥關(guān)閉。

2.3.1.2 開窗作業(yè)結(jié)束后，起鉆完、空井穿軸承總承、試壓，放于甲板備用。

2.3.1.3 安裝控壓專用喇叭管。

2.3.1.4 搭建BOP 甲板腳手架，方便操作控壓設(shè)備閥門。

2.3.1.5 連接8"返漿管線及4"節(jié)流管線。

圖1 控壓設(shè)備安裝流程圖

2.3.2 E24 井控壓作業(yè)程序

本井側(cè)鉆8-1/2"井眼，主要分為常規(guī)鉆井和控壓鉆井兩類，在鉆至L40 油層之前，采用常規(guī)鉆井程序；在L40 油組至完鉆深度，使用控壓技術(shù)鉆進(jìn)。

在鉆進(jìn)至L40 層之前100m 時(shí)充分循環(huán)，清潔井筒，進(jìn)行控壓專用喇叭口與軸承總成互換作業(yè)，進(jìn)行控壓鉆井，嚴(yán)密監(jiān)測返出流量及泵壓等參數(shù)變化。

本井在L40-L100 油組進(jìn)行控壓鉆進(jìn)，采用低密度1.08g/cm3鉆井液，安全順利的鉆過虧空層L40/L50 油組，在后續(xù)L60/L70/L80 油組分別設(shè)置不同的井口回壓，在確保微過平衡壓穩(wěn)地層前提下，順利鉆至完鉆深度，完成鉆井目的，特別是鉆進(jìn)至2002m 時(shí)，出現(xiàn)溢流現(xiàn)象，及時(shí)讀取地層壓力，重新設(shè)置井口回壓，10 分鐘恢復(fù)鉆進(jìn)，大大節(jié)省了處理復(fù)雜情況時(shí)間。

鉆進(jìn)至2022m，發(fā)生溢流，井深2002m，垂深1396m，ECD=1.21g/cm3，ESD=1.25g/cm3，此時(shí)井內(nèi)鉆井液密度1.15g/cm3，迅速關(guān)井，求取地層壓力，設(shè)置井口回壓1.6Mpa，開泵循環(huán)測試，檢查發(fā)現(xiàn)，無溢流及單根氣，隨即恢復(fù)鉆進(jìn)。

2.3.3 E24 井控壓技術(shù)應(yīng)用效果

本井在L40-L100 油組，使用控壓鉆井技術(shù)鉆進(jìn)，采用低密度鉆井液，通過設(shè)置不同的井口回壓，在確保微過平衡壓穩(wěn)地層前提下，順利完成鉆井目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了“零漏失”、“零復(fù)雜”鉆達(dá)設(shè)計(jì)地質(zhì)目標(biāo)，極大程度保護(hù)了井下安全，同時(shí)提高了作業(yè)時(shí)效。

圖2 E24 井鉆進(jìn)期間溢流控壓技術(shù)解決方式

使用低密度鉆井液鉆進(jìn)，降低了虧壓層漏失的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)起到了重要作用，達(dá)到了保護(hù)儲(chǔ)層的目的。

本井應(yīng)用控壓鉆井技術(shù)，鉆遇各油層，實(shí)際鉆井液密度如圖3 所示：

圖3 E24 井應(yīng)用控壓技術(shù)，鉆井液密度對(duì)比圖

3 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

3.1 控壓鉆井技術(shù)已經(jīng)在海上成熟應(yīng)用，但需要考慮海上甲板面積，是否滿足安裝需求；另外盡可能應(yīng)用海上現(xiàn)有設(shè)備，已達(dá)到降本的效果。

3.2 控壓鉆井技術(shù)能隨鉆實(shí)時(shí)保障井筒安全，在井筒出現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)重新構(gòu)建井筒平衡的一種應(yīng)急技術(shù)，在提高井口裝備控壓能力、完善控壓鉆井與井控轉(zhuǎn)換方法的基礎(chǔ)上，形成一項(xiàng)新的全過程井筒安全控制鉆井技術(shù)。

3.3 控壓鉆井技術(shù)，控制井底壓力在安全窗口范圍內(nèi)，有效降低復(fù)雜情況，提高鉆井時(shí)效，降低鉆井周期。該項(xiàng)技術(shù)是一種比較先進(jìn)的壓力控制鉆井技術(shù)，可有效解決目前各油田面臨的“漏、噴”等鉆井難題，這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)于渤海調(diào)整井區(qū)塊應(yīng)對(duì)注采不平衡導(dǎo)致的油層超欠壓狀態(tài)，降低事故復(fù)雜率、降低油氣勘探開發(fā)成本具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。