川西地區(qū)德陽1井氣層段的控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

李 勇黃 敏荊 華代 鋒

1.中國(guó)石化西南石油局鉆井工程研究院 2.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院

川西地區(qū)德陽1井氣層段的控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

李 勇1黃 敏2荊 華1代 鋒1

1.中國(guó)石化西南石油局鉆井工程研究院 2.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院

李勇等.川西地區(qū)德陽1井氣層段的控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn).天然氣工業(yè)，2012，32（7）：55-58.

四川盆地川西地區(qū)自侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組到三疊系須家河組碎屑巖地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，流體性質(zhì)也很難準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。為減少同一井段氣層鉆進(jìn)的噴漏復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)，在川西地區(qū)的德陽1井須家河組氣層段開展了控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)：通過隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)、地面自動(dòng)節(jié)流調(diào)整回壓及壓力補(bǔ)償?shù)仁侄危瑢?shí)現(xiàn)了鉆進(jìn)各個(gè)工況的井筒環(huán)空壓力的閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精確控制；應(yīng)用先進(jìn)的“微流量控制系統(tǒng)”及時(shí)對(duì)氣層監(jiān)測(cè)和控制溢流，氣層中鉆進(jìn)用微流量控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)溢流比錄井提前了21 min；通過控壓鉆井系統(tǒng)自動(dòng)增加井口回壓來平衡地層壓力，實(shí)現(xiàn)了鉆進(jìn)各個(gè)工況的井底恒壓。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用為復(fù)雜地層鉆進(jìn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

四川盆地 西 侏羅紀(jì) 三疊紀(jì) 碎屑巖 壓力系統(tǒng) 微流量控制系統(tǒng) 控壓鉆井 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

控壓鉆井（MPD，Managed Pressure Drilling）作為一種新的鉆井技術(shù)，利用欠平衡鉆井的設(shè)備和技術(shù)［1－4］，改變鉆井液排量、回壓等參數(shù)，選擇合適的多相流數(shù)學(xué)模型，利用水力學(xué)的嚴(yán)格推理與計(jì)算，保證井筒環(huán)空與井底壓力的精確控制，能夠方便快速調(diào)節(jié)環(huán)空鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度，使井底壓力恒定在一定范圍之內(nèi)，降低或避免鉆井過程中的復(fù)雜問題［5－6］，減少非生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間（NPT）。

對(duì)四川盆地川西地區(qū)深層致密砂巖氣藏而言，氣體鉆井的應(yīng)用受到限制；過平衡屏蔽暫堵存在低效甚至是無效的問題（尤其是在以微裂縫為主要滲流通道時(shí)）；欠平衡鉆井又存在控制難度大，風(fēng)險(xiǎn)大，隱性正壓差傷害等問題。為此，MPD技術(shù)所具有的壓力監(jiān)測(cè)、控制優(yōu)勢(shì)，促使我們?cè)诒镜貐^(qū)開展該技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)。

1 常規(guī)鉆井面臨的難題

川西地區(qū)深層致密碎屑巖富含十分豐富的天然氣資源，從侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組到三疊系須家河組都存在不同厚度和性質(zhì)的氣層，但是，特殊復(fù)雜的工程地質(zhì)條件導(dǎo)致鉆井工程技術(shù)面臨諸多困難，多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜和流體性質(zhì)很難準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，由于有限的套管程序不可能將可能遇到的復(fù)雜層段完全封隔開，這就使得同一裸眼內(nèi)同時(shí)存在兩個(gè)或多個(gè)相互矛盾對(duì)立的工程地質(zhì)問題，不可避免地出現(xiàn)噴、漏、塌等復(fù)雜情況，給常規(guī)鉆井工藝帶來極大的困難。

德陽1井位于四川省廣漢市金輪鎮(zhèn)桂花村8組，是川西新場(chǎng)構(gòu)造上的一口以須家河組二段為主要目的層，兼探須家河組四段的預(yù)探直井，設(shè)計(jì)井深5 900 m，完鉆層位：上三疊統(tǒng)小塘子組。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果

2.1 施工作業(yè)準(zhǔn)備情況

2.1.1 人員準(zhǔn)備情況

控壓鉆井監(jiān)督1名、控壓鉆井工程師2名、控壓操作人員4名。進(jìn)場(chǎng)前進(jìn)行井場(chǎng)實(shí)地考察，開展控壓鉆井施工方案、技術(shù)措施的討論等，并進(jìn)行控壓技術(shù)交底和控壓鉆井作業(yè)培訓(xùn)等。

圖1 德陽1井井身結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 設(shè)備準(zhǔn)備情況（表1）

2011年7月8日19：00井隊(duì)下鉆至井深5 220 m，控壓作業(yè)隊(duì)開始對(duì)井口旋轉(zhuǎn)防噴器、管線等按標(biāo)準(zhǔn)試壓合格（圖2），接著進(jìn)行套管內(nèi)測(cè)試作業(yè)，這也是控壓作業(yè)前必不可少的一道工序，其目的是檢查流通線路、檢驗(yàn)傳感器的靈敏度、熟悉控壓作業(yè)流程、檢驗(yàn)泵效、對(duì)井隊(duì)及作業(yè)人員進(jìn)行控壓前的各種工況培訓(xùn)等。最后，鉆井隊(duì)開始鉆水泥塞，利用鉆水泥塞的時(shí)間，逐步調(diào)整鉆井液性能，達(dá)到控壓鉆井施工設(shè)計(jì)鉆井液密度要求，設(shè)備運(yùn)行正常，符合控壓鉆井開鉆要求。

2.2 控壓鉆井作業(yè)

2011年7月1—20日，由西南石油局鉆井工程研究院和四川鉆井分公司共同組織下，微流量精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在德陽1井開展了現(xiàn)場(chǎng)施工，先后完成了控壓鉆進(jìn)、起下鉆、接單根、井涌監(jiān)測(cè)等多種控壓工況作業(yè)。微流量控壓鉆井系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)240 h，系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定、無故障，實(shí)現(xiàn)了恒定井底壓力和微流量自動(dòng)控制，及時(shí)監(jiān)測(cè)并控制了溢流等復(fù)雜，施工作業(yè)井段5 303.5～5 362 m，平均機(jī)械鉆速0.81 m／h，施工過程中未出現(xiàn)井下復(fù)雜和增加非生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了安全鉆井作業(yè)，圓滿完成了預(yù)期作業(yè)目的。

表1 德陽1井控壓鉆井設(shè)備及參數(shù)表

圖2 控壓鉆井作業(yè)流程圖

2.2.1 正常控壓鉆進(jìn)和接單根作業(yè)

正常控壓作業(yè)過程中，采用進(jìn)口鉆井液密度12.34～12.51 ppg（1.48～1.50 g／cm3），井口施加回壓100～150 psi（0.70～1.00 MPa），井底測(cè)量的當(dāng)量循環(huán)密度12.67～12.91 ppg（1.52～1.54 g／cm3），井底壓力11 267 psi（77.68 MPa），維持井底壓力恒定條件下鉆進(jìn)作業(yè)。

接單根時(shí)，停鉆井泵，開啟回注泵提供一定的排量，調(diào)整節(jié)流閥開度，提高井口回壓至500～600 psi（3.45～4.14 MPa），補(bǔ)償正常鉆進(jìn)作業(yè)過程中的循環(huán)摩阻和壓降，保證了接單根工況時(shí)井底壓力的恒定，如圖3所示。

2.2.2 控壓取心作業(yè)

2011年7月14日3：00下取心工具至5 015 m，開泵循環(huán)并將鉆井液密度從起鉆前壓井當(dāng)量密度13.17 ppg（1.58 g／cm3）降低至鉆井設(shè)計(jì)值12.34 ppg（1.49 g／cm3）。

從圖4可以看出，在鉆井液密度降低至13.01 ppg（1.56 g／cm3）之前，井底壓力隨鉆井液密度降低而降低，當(dāng)鉆井液密度降低至13.01 ppg（1.56 g／cm3）之后，隨著井口回壓的降低，井底壓力基本保持穩(wěn)定（79 MPa），數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)顯示和控制性能穩(wěn)定。取心井段為5 320～5 325 m，取心進(jìn)尺為5 m，至7月14日12：40，取心鉆進(jìn)結(jié)束，開始循環(huán)割心，取心收獲率為100%。

圖3 接單根維持井底壓力恒定界面圖

2.2.3 溢流監(jiān)測(cè)并點(diǎn)火

控壓鉆井作業(yè)過程中，微流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)到多次溢流，如圖5所示溢流報(bào)警，圖左檢測(cè)出口流量、密度（紅線）偏離，SBP套壓上升，說明出現(xiàn)溢流。

7月15日，控壓鉆進(jìn)至井深5 320 m時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)到溢流并報(bào)警，作業(yè)過程中，井口回壓自動(dòng)調(diào)整至最高800 psi（5.51 MPa），微流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到出口溢流量為0.1 m3（27 gal），準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)了壓力平衡點(diǎn)11 924 psi（82.21 MPa），相當(dāng)于鉆井液密度1.55 g／cm3。

為保障設(shè)備和作業(yè)安全，避免井口長(zhǎng)期承受高壓，循環(huán)并逐步調(diào)整鉆井液密度從12.51 ppg（1.50 g／cm3）提高至12.76 ppg（1.53 g／cm3），維持井口回壓1 MPa繼續(xù)控壓鉆進(jìn)。圖5為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)溢流并自動(dòng)控制過程中，循環(huán)出流體經(jīng)氣液分離器后，排氣管線點(diǎn)火燃燒情況。

通過微流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與錄井監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)溢流對(duì)比，較錄井儀器早21 min，真正做到了及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流。

圖4 控壓取心作業(yè)井底壓力控制圖

圖5 鉆井過程中的溢流監(jiān)測(cè)、控制和點(diǎn)火圖

3 結(jié)論與建議

德陽1井控壓鉆井是川西地區(qū)真正意義上的微流量精細(xì)控壓鉆井施工作業(yè)井，其成功試驗(yàn)為四川地區(qū)開展控壓鉆井新技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過開展本井試驗(yàn)，主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和建議。

1）成功開展了氣層的各種工況控壓作業(yè)試驗(yàn)，熟悉和掌握了控壓作業(yè)流程，為川西地區(qū)深井探索應(yīng)用控壓鉆井技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

2）在德陽1井用微流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在氣層中鉆進(jìn)發(fā)現(xiàn)溢流比錄井提前了21 min，通過控壓鉆井系統(tǒng)自動(dòng)增加井口回壓來平衡地層壓力，提高了作業(yè)效率，減少了非生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間。

3）控壓鉆井技術(shù)通過精確的井底壓力測(cè)量，有效地指導(dǎo)了氣層鉆進(jìn)鉆井液密度調(diào)整，能較好地處理窄密度窗口引起的溢漏共存等鉆井復(fù)雜問題，實(shí)現(xiàn)安全鉆井作業(yè)。

4）建議在本井成功試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大力推廣應(yīng)用控壓鉆井新技術(shù)，有效解決四川地區(qū)復(fù)雜地層鉆井經(jīng)常鉆遇的鉆井難題，大幅度降低非生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間，節(jié)約鉆井成本。

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（修改回稿日期 2012-05-18 編輯 凌 忠）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.013

李勇，1980年生，工程師；從事鉆井及設(shè)計(jì)、欠平衡鉆井技術(shù)服務(wù)、渦輪工具等科研與現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。地址：（618000）四川省德陽市旌陽區(qū)八角鎮(zhèn)金沙江西路699號(hào)。電話：13808102337。E-mail：ly＿1016＠126.com