控壓鉆井技術在深井復雜結構井中的應用

陳林　黃術軍

摘要:控壓鉆井是解決窄安全窗口鉆井問題的有效手段之一，能夠提高鉆井時效。控壓鉆井是用于精確控制整個井眼壓力剖面的自適應鉆井程序，其目的在于保持井底壓力在設定范圍內。其概念表明了裝備是關鍵、工藝是核心的技術理念。Weatherford主要是通過實時監測進出口鉆井液的微小壓力，質量流量，當量循環密度，流速等參數，快速改變井口回壓，能在小于80L時監測到溢流，并在2min內控制溢流，使總溢流體積小于800L。

關鍵詞：控壓鉆井；壓力控制；監測；流量

1前言

濱41井的鄰井在鉆探過程中多次出現溢流、井涌、而且在加重過程中產生井漏，地層安全密度窗口窄，造成井下情況復雜，歧北次凹34*1井東巖性圈閉構造沙河街地層泥巖水化膨脹導致井壁不穩定產生掉塊，井下復雜且處理時間較長、鉆井液密度高、機械鉆速慢等情況嚴重制約著油氣勘探開發的速度。

2控壓鉆井技術簡介

（1）控壓鉆井定義。IADC將MPD定義為：控制壓力鉆井是一種用于精確控制整個井眼環空壓力剖面的自適應鉆井過程，其目的是確定井下壓力環境界限，并以此控制井眼環空液柱壓力剖面。控壓鉆井方式避免地層流體連續侵入井筒，任何偶爾侵入井眼的液體將通過適當的方法安全的處理掉；（2）控壓鉆井原理。對井底壓力實現精確控制，保持井底壓力在安全密度窗口之內。井底壓力等于靜夜柱壓力，環空壓力損耗和井口回壓三者之和。靜液柱壓力主要受鉆井液密度影響，通常不能快速改變環空壓力損耗受鉆井液排量井身結構鉆具組合、鉆井液性能，巖屑含量，鉆具轉速多方面影響，保持井底壓力恒定，必須改變井口回壓以補償環空壓力損耗的改變。Weatherford 微流量控壓鉆井技術是根據鉆井液進出口流量的變化，判斷井下狀況，自動節流管匯根據出口流量的變化，自動調節節流閥的開、關度，降低或增加井口回壓，來達到井底壓力穩定。在控壓鉆井過程中設定出口流量連續15s變化量達到15L以上，自動節流管匯立刻報警并開始動作；（3）控壓鉆井實施的依據。本井三開井段采用MFC控壓鉆井方式鉆進，初衷是歧北次凹34*1井東巖性圈閉存在異常高壓地層，而且鄰井出現異常高壓后壓井過程中又出現井漏，MFC控壓鉆井方式是通過應用旋轉控制設備，建立起閉環循環系統，將鉆井液密度盡可能地降低至接近地層孔隙壓力系數進行鉆井作業。MFC控壓鉆井系統不但對溢流和漏失的監測精度非常高（流量的千分之一），而且可以迅速通過自動節流管匯做出反應，及時控制溢流和漏失，減少因此而產生的非生產時間。

3現場應用及效果分析

3.1濱41井基本數據

井 別：預探井 井 型：直井地理位置：河北省黃驊市張巨河村西約4.1km 構造位置：歧北次凹濱34×1井東巖性圈閉目 的 層：沙三段。巖性：深灰色泥巖、泥質粉砂巖淺灰色灰質粉砂巖。三開日期：2011年9月19日，完鉆日期：2011年10月5日鉆 井 液 體 系：硅基防塌鉆井液 ，鉆井液密度：1.32-1.48g/cm3控壓鉆井井段：3390-4450m進尺：1060m 平均機械鉆速：4.23m/h。完鉆層位：沙三段

完井井深：斜深4450m

3.2控壓鉆井的準備工作

（1）井口封井器組合：ST35-70+2FZ35-70+FZ35-70+FZ35-70+FH35-35+7100RCH；（2）控壓鉆井的工藝流程：鉆井液經過立管、到達井底、經過環空到達井口，經過旋轉防噴器的三通到達控壓管匯、走自動節流管匯進入液氣分離器到達循環罐；（3）鉆具組合的優選。控壓鉆井工藝鉆具組合：馬達動力鉆具，因為接立柱時采用井底恒壓模式所以，井筒內得承受由于停泵造成的壓力損失，所以內防噴工具使用兩個箭型止回閥加一個浮閥確保井控安全。

3.3控壓鉆井施工工藝過程

（1）第一趟鉆主要施工過程。鉆具組合：Φ215.9mm鉆頭+Ф172mm馬達+Ф165mm箭形止回閥×2只+Ф210mm扶正器+MWD+Ф165mm無磁鉆鋌×1根+Ф127mm加重鉆桿×5柱+Ф127mm鉆桿×若干。主要施工過程：濱41井于2011年9月19日23:15從3390m開始控壓鉆進，鉆井液密度1.32 g/cm3，控壓50psi。9月20日06:30鉆至井深3432m時，控壓鉆井系統檢測到溢流顯示，溢流38L，控壓鉆井系統自動施加回壓，由50psi提高至400psi，，全烴值最高25%，8:00全烴值下降為7%，控壓改為手動控制，從400psi逐步降為100psi，恢復正常控壓鉆進。

9月22日00:30系統出現溢流警報，溢流量87L，控壓最大625psi，全烴值3.7%，9月22日00:30-1:45控制井口回壓逐步降低為100psi，鉆井液密度1.32g/cm3，全烴值最高3.7%。

9月23日3:45鉆到深度3724.40米， 威德福控壓系統檢測到有溢流，溢流量220L，全烴值最高到13.03%，3:55點火成功，火焰高度5米，寬2米，橘黃色火焰，有黑煙。威德福控壓系統自動控制控壓到900psi，全烴值維持在6%到10%之間， 5:00將控壓改為手動控制，增加控壓到1000psi，繼續保持循環，全烴值維持在5%到7%之間。6:30甲方現場監督在向領導請示后，決定控壓1000psi繼續鉆進。系統設定為自動控制，地面控壓在1000psi，火焰在7:35熄滅。8:00采取邊加重邊鉆進方式控壓鉆進。15:30控壓由1000psi逐步降低為100psi，鉆井液密度由1.32 g/cm3 提高到1.38g/cm3，系統處于穩定狀態，正常控壓鉆進。

（2）第二趟鉆主要施工過程。鉆具組合：Φ 215.9 mm鉆頭+Ф 171mm馬達+Ф165mm箭形止回閥×1+Ф165浮閥×1只+Ф165mm箭形止回閥×1只+Ф165mm無磁鉆鋌×1根+Ф212mm扶正器×1根+Ф127mm加重鉆桿×5柱+Ф127mm鉆桿×若干。主要施工過程：9月27日8:00鉆井液密度1.42 g/cm3，控壓由400psi，降至300psi，8:45井深3961.8m,控壓鉆井系統檢測到溢流顯示，溢流量140L，8:48開始循環，8:53全烴值由1.59%-1.74%， 8:58控壓最高升高到780 psi，溢流停止，9:33控壓降至400 psi，9:39控壓降至300 psi，9:43控壓升至350 psi，循環到9:46開鉆鉆進，9:52出現控壓鉆井系統發現溢流顯示，溢流量60l，系統自動控制溢流，10:43井深3963米，控壓500psi，當量密度1.55 g/cm3，鉆井液密度1.42 g/cm3，11:07井深3968米，控壓650psi，當量密度1.58 g/cm3，11:07開始加重（準備從泥漿密度1.42 g/cm3提高至1.45 g/cm3,14:30泥漿密度提高至1.45 g/cm3，15:00井深3974，降至300psi，當量密度1.55 g/cm3，正常控壓鉆進。

參考文獻：

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