平衡自動控壓鉆井技術在順南501井的應用

張雷　何思龍　李雪剛　李金崇

摘 要：平衡自動控壓鉆井是根據地層壓力限制，在常規鉆井的循環路徑中，加入精細控制系統，實現井底壓力實時監測，根據要求自動控制井底壓力，在鉆井過程中始終保持井底壓力略大于地層壓力的鉆井工藝。格瑞迪斯自主研制的平衡自動控壓鉆井系統在順南501井成功應用，解決了該井油氣活躍、氣侵嚴重導致鉆井效率低的難題。

關鍵詞：平衡自動控壓 窄密度窗口 環空壓力監測 自動節流控制 回壓補償 順南501井

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

隨著我國石油勘探開發對象逐步轉向深部復雜地層，“氣侵”、“窄密度窗口”等引發的鉆井難題也逐漸凸顯，針對上述的鉆井難題，國外常用的處理方法是采用控壓鉆井技術，實現井底壓力的精確控制、達到“邊噴邊鉆”的效果。在我國，塔里木油田塔中奧陶系、準噶爾盆地克百斷裂帶、西南油氣田川東與川西北等油田，均或多或少存在壓力窗口窄，氣侵嚴重，常規鉆井密度選擇困難等問題。

1 平衡自動控壓鉆井工藝原理與實現流程

控壓鉆井的關鍵是實現井底壓力的監測、控制和調整。平衡自動控壓鉆井系統利用PWD隨鉆測壓儀器在鉆井時精確掌握井底壓力，依靠自動節流控制撬（壓力控制裝置）和回壓補償泵（壓力補償裝置），在工況變化時調整井口回壓，結合計算機自動控制技術，實現了井下壓力的精細控制和自動調整。

1.2計算機自動控制原理

從圖1可以看出：只要控制好適當的井口壓力，就可以將井底壓力波動降到最低，使之基本與目標井底壓力一致。

1.3平衡自動控壓鉆井流程

平衡自動控壓鉆井系統設備主要包括：控壓控制房、PWD隨鉆測壓工具、自動節流控制撬、回壓補償泵、旋轉控制頭。鉆進和循環時，泥漿從旋轉控制頭返出，經返出管線進入自動節流控制撬，節流撬根據控制房指令自動控制井口回壓；停泵后，回壓補償泵抽取泥漿罐內泥漿，經回壓泵管線進入自動節流控制撬，反向流入井口，控制房根據需要調整節流撬內節流閥開度，調整井口回壓，保持低壓力穩定。圖3是平衡控壓設備連接流程圖。

2 平衡自動控壓鉆井技術在順南501井應用

格瑞迪斯平衡控壓鉆井技術繼塔中區域成功實施后，該技術在順南501井四開鉆進中成功應用，取得了巨大的經濟效益。

2.1順南501井基礎數據

順南501井是西北油田分公司部署在塔中北坡順南斜坡區一口評價井，主要評價奧陶系蓬萊壩組“串珠”狀強反射地質體的儲層發育程度及含油氣性，兼顧一間房和鷹山組。該井于2014年4月10日一開鉆進，2014年8月1日四開開鉆。

順南501井8月17日四開鉆進至6407.19發生溢流，液面上漲2m3，全烴由0.03%上升至86.57%，錄井通知取芯。井隊將泥漿密度從1.40g/cm3提高1.45 g/cm3，常規起鉆時因氣侵導致溢流，油氣上竄速度高達273m/h，逐漸將泥漿密度上提至1.60g/cm3，8月28日起鉆完。

2.2本井四開鉆井施工技術要點和難點

（1）該區塊油氣顯示活躍，氣體以溶解和置換方式不斷進入井筒，氣侵后引起溢流，關井、節流循環嚴重影響鉆井時效。

（2）氣侵后引起鉆井液出口密度降低，為防止密度降低后不能平衡地層壓力，進而引發溢流，常規鉆井只能采取提高鉆井液密度方式防止溢流。

（3）提高鉆井液密度雖然能壓穩地層，但因井底壓力增加后引起地層微裂縫的擴大，加劇了氣體進入井筒的速度，氣侵嚴重程度并沒有降低；

2.3順南控壓鉆井的情況

2.3.1平衡自動控壓實施過程

2014年8月28日起鉆后開始進行控壓鉆井作業，按控壓鉆井設計兩趟鉆完成了四開作業，第一趟鉆控壓取芯作業，待火勢減小后開始邊點火排氣邊鉆進作業，進尺7.63米，因控壓取芯時間較短，未進行鉆井液性能調整，進/出口密度1.60/1.54g/cm3，循環時保持井底當量密度1.64g/cm3，控壓取芯期間液面和出口流量正常，未發生溢流和井漏情況。

第二趟控壓鉆井作業9月1日10：00開始鉆進，鉆井液密度由1.60g/cm3調整并維持在1.48g/cm3，保持井底當量壓力1.57g/cm3鉆進，9月7日鉆至6890米（四開完鉆井深），控壓期間出口流量平穩，全烴基值20-30%，間斷點火鉆進，未發生溢流和井漏等復雜情況。井隊停泵后通過回壓補償泵及時補充環空壓耗，如圖4所示。

2.3.2平衡自動控壓鉆井所取得的效果

（1）順南區塊第一次嘗試用平衡控壓技術解決油氣活躍、氣侵嚴重的鉆井難題，安全、快速鉆至設計井深、控壓鉆井期間沒有任何關井、節流循環等非生產時間，節約了鉆井周期，提高了鉆井效率。

（2）實時監測井底壓力變化、出口流量變化，安全的調整鉆井液密度，從接井時的鉆井液密度1.60g/cm3下調至完鉆時1.48g/cm3，井底當量密度從接井時1.71g/cm3下調并控制在1.57g/cm3，釋放了井下圈閉壓力，減少了儲層污染。

（3）保持井底壓力穩定，邊鉆進邊排氣，整個鉆進期間沒有形成氣柱，控壓鉆井期間沒有出現高套壓，安全，快速鉆至四開設計井深。

（4）利用PWD工具和高精度的流量計，監測井下壓力和返出流量，確定井下壓力沒有降低，出口流量正常，保持鉆井施工的連續性。

（5）鄰井順南7井常規鉆井和順南501井平衡控壓鉆井對比見表1，順南501井四開常規鉆井和平衡自動控壓后情況對比見表2，順南501井常規鉆井與控壓鉆井周期對比圖見圖3。從中可以看出應用平衡控壓鉆井技術后，平均每米進尺用時和復雜時效大幅度降低，節約了大量的鉆井周期。

3 結論與認識

（1）鉆遇油氣顯示活躍的地層后利用平衡控壓技術進行控壓鉆井，控制井口回壓與井底壓力，減少“地層呼吸量”，降低圈閉壓力，有利于鉆井施工作業。

（2）平衡自控控壓鉆井系技術有利于“窄壓力窗口”鉆完井作業，有效減少或控制溢流與漏失，降低井控風險。

（3）平衡控壓鉆井系統所包含的硬件、軟件設備如自動閥件、控制單元、回壓補償泵、流量計、PWD隨鉆測壓工具性能穩定，滿足控壓鉆井現場施工要求。

（4）順南501井利用控壓鉆井技術進行“放壓鉆井”，降低了鉆井液密度，釋放了地層圈閉壓力，減少井下復雜情況，同開次同井段對比大幅度縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本，是可以在該區塊鉆井中廣泛推廣應用的鉆井技術。

參考文獻：

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