精細控壓鉆井在裂縫性致密氣藏中的應用

唐 斌，屈 洋，蔡光林，李前佑，唐漢林，孫愛生，王 煜

（1.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000；2.中國石油天然氣股份有限公司西南管道公司昆明輸油氣分公司，云南昆明 650020；3.西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川成都 610500；4.新疆貝肯能源工程股份有限公司，新疆克拉瑪依 834000）

精細控壓鉆井技術就是在鉆井作業過程中對井眼環空壓力精確控制，以實現安全、高效鉆進的技術[1]。其技術核心是一套精確的壓力控制系統，它基于井下環空壓力剖面的測量結果，通過回壓補償裝置和自動節流管匯實現對井底壓力的精確控制。利用精細控壓鉆井技術可以很好地解決裂縫性致密氣藏鉆井過程中存在的漏失、溢流、溢漏同存等井下復雜情況，以實現裂縫性致密氣藏中的優快鉆進[2]。

1 裂縫性致密氣藏的工程地質特點

裂縫性致密氣藏屬于典型的窄安全密度窗口地層，鉆井過程中普遍存在漏失、溢流、溢漏同存等井下復雜情況，且部分儲層存在高壓，含硫化氫等情況，井控風險較大[3]。鉆井施工的主要難點有：

（1）井下摩阻扭矩問題比較突出，難以持續有效鉆進。同時，隨著水平段井眼軌跡的延伸，循環壓力損耗增加，井底流動壓力增大，容易引起井漏等井下復雜情況。

（2）安全鉆井液密度窗口窄，部分井段漏失壓力系數與地層孔隙壓力系數幾乎相等。在欠平衡作業過程中地層流體會從裂縫進入井筒，而鉆井液會去補償地層流體流出的空間，從而造成漏噴同存的情況發生。此外，重力置換效應會造成鉆井液大量漏失[4]，造成井下復雜情況。

（3）常規鉆井技術難以有效保護儲層，由于該類儲層裂縫發育，鉆井液極易沿著裂縫向氣藏深部侵入，造成難以逆轉的儲層損害，導致后期開發難以獲得高產量。

2 精細控壓鉆井原理

精細控壓鉆井就是對井底壓力實施精細控制，保證其始終位于安全鉆井液密度窗口之內。井底壓力為鉆井液靜液柱壓力、環空摩擦阻力和井口回壓之和，通常情況下只有井口回壓可以迅速改變[5-6]。因此，精細控壓鉆井就是通過改變井口回壓來實現對井底壓力的精細控制。精細控壓鉆井在實施過程中，采用低密度鉆井液體系，通過隨鉆環空壓力測量短節實時監測環空壓力剖面，并通過流量計精確計量鉆井液的出口和進口流量，以判斷井下情況，采用回壓補償裝置、自動節流管匯提供井口回壓，保持井底壓力穩定。

（1）如作業過程中存在漏失。此時精細控壓鉆井系統將通過減小排量、調節節流閥開度或者減小回壓值的方法重新平衡地層壓力。

（2）若出現溢流、氣侵的情況，控制系統將向相關作業人員發出警報，并自行計算重新平衡地層壓力所需要的回壓增量，并依據計算結果來調節回壓泵及相應的節流設備，以達到控制井底壓力、安全鉆進的目的。

（3）停泵后，循環摩擦阻力消失，井底壓力降低。此時回壓泵開啟以彌補循環摩擦阻力，實現平衡地層壓力的目的。

3 現場應用

X3 井是一口開發井，井身結構（見表1）。該井目的層為裂縫性致密氣層，安全鉆井液密度窗口窄，易發生井漏、井涌、又涌又漏等復雜情況，井控難度大，難以鉆達設計地質井深。針對上述問題，決定在該井五開井段采用基于精細控壓鉆井技術，降低井控風險，減少非生產時間，實現優快鉆進。

表1 X3 井實際井身結構

3.1 基礎數據

五開井段鉆具組合：Φ152.4 mm 鉆頭+Φ120 mm×（1.25～1.75）°高溫螺桿+Ф120.7 mm 箭形止回閥×2 只+Φ89 mm 無磁抗壓鉆桿+MWD（高溫）+Φ89 mm 鉆桿（18°）×400 m+Φ89 mm 加重鉆桿×300 m+Φ89 mm 鉆桿×900 m+配合接頭+Φ139.7 mm 鉆桿（18°）×若干+箭形止回閥+Φ127 mm 鉆桿（18°）×50 m+箭形止回閥+Φ127 mm 鉆桿（18°）+箭形止回閥+Ф165 mm 下旋塞×1 個。

3.2 鉆井液漏失控制

精細控壓鉆井技術實現了窄安全密度窗口地層的鉆進，避免了井下復雜情況，降低了鉆井液的漏失量（見圖1），大大節省了鉆井成本。

圖1 X3 井與臨井鉆井液漏失量對比

3.3 氣侵監測與控制

4 月21 日11：00 鉆進至5 179 m（鉆井參數：鉆壓30 kN，排量16 L/s，泵壓16 MPa，扭矩30～32 kN·m），井下壓力失衡發生了氣侵，井底侵入的氣體經過一個遲到時間后返出井口，泥漿池液面突然增長21 m3，進口泥漿密度0.93 g/cm3，出口0.87 g/cm3，井口回壓調整為4 MPa，至11:10 回壓調整為4.5 MPa，壓力較高，并開始節流循環排氣，其間于11:38 點火成功，繼續控制回壓在5 MPa，點火鉆進。此時井底壓力略微大于地層壓力（0.47 MPa），隨后氣侵量減少，泥漿池液面趨于穩定。期間井底壓力波動（見圖2）。循環出流體經氣液分離器后，點火1 次，火焰高度為0.68 m。泥漿池液面穩定后，維持井口回壓0.5 MPa 繼續控壓鉆進。

3.4 儲層保護效果

儲層保護方面。X3 井五開水平段作業過程中，點火12 次，焰高0.5～4 m，共發現5 層油氣顯示層。完井后采用5 mm 油嘴求產，產氣12×104m3/d。說明精細控壓鉆井技術較好地解決了儲層段鉆進過程中因液相侵入帶來的儲層損害問題。

圖2 井底壓力波動圖

3.5 精細控壓鉆井應用效果總結

精細控壓鉆井在X3 井先后完成了控壓鉆進、接單根、溢流監測等多項控壓工況作業。精細控壓鉆井系統實現井底壓力的實時平衡，及時監測并控制了溢流、井漏等復雜情況。施工作業井段（5 105.88～5 338 m），未出現嚴重的井下復雜情況，節約了鉆井成本，縮短了鉆井周期，達到了良好的儲層保護效果，圓滿地完成了預期作業目的。

4 結論和建議

（1）精細控壓鉆井技術可以保證地層壓力和井底壓力的實時平衡，溢流、漏失等復雜情況能夠在早期及時發現，及時控制，大大提高了井控安全。

（2）實施精細控壓鉆井技術可以靈活應對裂縫性致密氣藏帶來的漏噴同存問題，并已取得了良好的效果，建議進一步在該類地層中推廣應用。

［1］ 周英操，楊雄文，方世良，等.PCDS-I 精細控壓鉆井系統研制與現場試驗［J］.石油鉆探技術，2011，39（4）：7-12.

［2］ 韓繼勇，韓金井.精細控壓鉆井技術在塔里木氣田的應用［J］.天然氣技術與經濟，2011，5（5）：47-50.

［3］ 朱寬亮. 南堡深層潛山水平井欠平衡鉆井技術研究與實踐［J］.石油鉆采工藝，2013，35（4）：17-21.

［4］ 舒剛，孟英峰，李皋，等.重力置換式漏噴同存機理研究［J］.石油鉆探技術，2011，39（1）：6-11.

［5］ 石林，楊雄文，周英操，等.國產精細控壓鉆井裝備在塔里木盆地的應用［J］.天然氣工業，2012，32（8）：6-10.

［6］ Saponja J, Adeleye A, Hucik B. Managed-pressure drilling（MPD）field trials demonstrate technology value［C］.IADC/SPE Drilling Conference. Society of Petroleum Engineers，2006.