簡易控壓方法及現場試驗

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(1.中國石油 大港油田公司，天津 300280；2.中國石油 渤海鉆探工程有限公司，天津300450；3.中國石油 華北油田公司，河北 任丘 062550)

我國石油的勘探開發不斷向復雜區域進軍，遇到的地層壓力問題也越來越復雜，部分地區鉆井井控安全的重大風險因素之一是壓力窗口不明確，且該情況在新區勘探和老區注采后的井中現象突出，是造成井控安全事故頻發、井下復雜的重要因素。

部分區域已鉆井出現低密度漏、高密度溢流的現象，為后續施工的井控安全帶來了很大的不確定性因素。進一步落實鉆井工程中的鉆井液安全密度窗口的有效方法是降低井漏風險的前提下低密度鉆進，在發生氣侵、溢流時提高鉆井液密度，從而豐富工程數據，為后續井提供可靠的密度數據[1-6]。

采用上述策略鉆井時是通過調節鉆井液密度來實現的，但在遇到井漏、溢流等復雜時調節鉆井液密度需要的時間較長，不利于快速反應。此外，對于部分復雜地層而言，僅通過調整鉆井液密度并不能滿足安全作業的需求，尤其在密度窗口不確定、全密度窗口敏感的作業區域，降低鉆井液密度在循環時不壓漏地層，但停止循環就降低了井底壓力，地層流體也會流入井內。提高鉆井液密度雖然可以滿足靜態井底壓力大于地層孔隙壓力，但開泵循環時又會造成井漏，因此按照常規的鉆井壓力控制方式，復雜情況無法避免[7-12]。

針對密度窗口不穩定等安全鉆井問題，可以采用控壓鉆井技術來解決。但精細控壓鉆井技術存在一些問題，例如專用裝備關鍵部件復雜、應用成本費用高等。針對這一問題研究了一種簡易控壓鉆井技術[7-13]。該技術在保留控壓核心功能的基礎上，簡化了節流管匯等設備。通過調節節流管匯節流閥，控制井口回壓在井口旋轉防噴器額定范圍內，采用合理的鉆井液密度，保持整個井筒環空壓力平衡地層壓力，從而保證了井控安全。

在壓力窗口敏感地區鉆井時，使用簡易控壓鉆井，鉆進時可以在合理范圍內采用相對低的鉆井液密度，循環時保持井底當量密度在安全密度窗口內保證不壓漏地層的基礎上控制了氣侵。在停止泥漿泵的時候，井口通過旋轉防噴器施加一定量的回壓，以維持靜態井底壓力在安全范圍之內。同時可以利用控壓技術易于控制井底壓力的特點，在降低井控風險的前提下，采用低密度鉆井液鉆進，提高機械鉆速[14]，從而達到提高勘探開發效果的目的。

1 簡易控壓鉆井方法

1.1 控壓鉆井設備優化

控壓鉆井的核心就是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。井底壓力等于靜液柱壓力、環空壓耗和井口壓力三者之和。井口壓力的調節主要通過控壓設備來實現[15-17]，主要由自動節流管匯、隨鉆壓力測量工具、旋轉防噴器等組成。精細控壓技術的實施需要的設備復雜、成本高，對技術服務人員的綜合素質要求高，在一定程度上增加了鉆井成本，現場應用受到一定限制。

簡易控壓是在精細控壓基礎上的一種改進優化，在保留精細控壓大部分功能的基礎上，以旋轉防噴器為核心，對部分設備進行優化。

1) 自動控制節流管匯優化為常規節流管匯。自動控制節流閥控制精度高，誤差小(0.2～0.5 MPa)，但價格昂貴。簡易控壓工藝中，控制壓力是利用液動節流閥或手動節流閥進行人工控壓，精度有所降低，但保留了節流的核心功能，壓力控制精度可以保持在0.5～1.0 MPa。，如圖1所示。

1—旋轉防噴器；2—鉆井泵；3—固控系統和鉆井液罐；4—液氣分離器；5—控壓管匯；6—節流管匯；7—壓井管匯。圖1 簡易控壓循環系統及管匯

2) 自動回壓補償系統優化為壓井管匯+專用節流管匯+泥漿泵，以實現回壓補償功能。自動回壓補償系統由回壓泵、控制閥等組成，在接單根和起下鉆時補償環空壓耗造成的壓力差，設備復雜且利用率低；簡易控壓過程中利用壓井管匯+專用節流管匯+泥漿泵的組合代替了自動回壓補償系統，在保留回壓補償功能的基礎上進行了簡化。

3) PWD實時測壓短節優化為軟件計算壓力。精細控壓中利用PWD實時測壓短節實測井底壓力作為控壓的依據，但PWD短節壓力傳輸依賴于泥漿脈沖，受定向儀器和傳輸時間的影響，部分井不便于下入工具進行傳輸，同時壓力脈沖信號傳輸滯后，使控壓時的參考數據滯后。因此，可以通過計算井底壓力代替測量壓力，以計算數據作為控壓依據，對計算結果的實時校核也能滿足現場施工對數據的需求。

1.2 控壓實現方法

1) 正常鉆進時。在正常鉆進時，由于鉆井液密度能夠控制住地層壓力，鉆井液經旋轉防噴器側面液動平板閥。通過管線到高架槽，回流到循環罐，與常規鉆進相同。鉆井液循環路線如圖2所示。

圖2 正常鉆進時鉆井液循環路線

2) 氣侵時簡易控壓循環。發生油氣侵仍需要鉆進時，鉆井液循環經四通進入專用節流管匯，調節節流閥，合理控制井口回壓，通過液氣分離器除氣，經高架槽進循環罐。鉆井液循環路線如圖3所示。

圖3 氣侵鉆進時鉆井液循環路線

3) 控壓起下鉆控壓。在起鉆過程中，若在井底壓力不斷增大的情況下，油氣大量進入井筒，使得井眼內液柱壓力下降，造成井口壓力增大，增加了作業風險。為降低這種風險，需要控壓起鉆[13-15,20]，簡易控壓起下鉆的控壓值需要附加起鉆抽吸壓力或激動壓力，從而消除抽汲壓力、激動壓力的影響，實現安全起下鉆。

控壓起下鉆時鉆井液循環如圖4所示。旋轉防噴器膠芯中是鉆具，鉆井液流經壓井管線和壓井管匯進入井筒，再從井筒流經節流管匯至鉆井液罐。在控壓起下鉆的過程中，鉆井液保持循環并調節節流閥使井口保持一定的壓力，從而達到控制井底壓力大小的效果。起鉆時，井底壓力(井口回壓+靜液柱壓力-抽汲壓力)<地層壓力，抽汲壓力的存在使得井底欠壓值增大，可適當增加井口回壓；下鉆時，井底壓力(井口回壓+靜液柱壓力+激動壓力)<地層壓力，激動壓力使井底欠壓值減小，此時可適當降低井口回壓。

使用該方法調節井底欠壓值，可實現控壓條件下起下鉆，工藝簡單，不需要注入重漿，壓力調節速度快。在控制起下鉆速度不變的情況下，可較為準確地控制井底欠壓值。但控制精度對抽汲壓力和激動壓力的計算精度和變化要求高，因此要求起下鉆過程中保持恒定的起下鉆速度，以盡量保持作業中激動壓力和抽汲壓力不變，以提高壓力控制精度。

圖4 控壓起下鉆時鉆井液循環路線

2 現場試驗

2.1 N78-2x井降低井控風險

N78-2x井鄰井N78x井在沙一段地層鉆進，鉆井液密度1.33 g/cm3，出現氣侵，后提高鉆井液密度至1.45 g/cm3完鉆。其后N78-1x井在密度1.40 g/cm3時發生了井漏，堵漏后發生氣侵，提高鉆井液密度1.46 g/cm3后完鉆。實鉆情況表明該區塊地層壓力較為復雜，壓力窗口不穩定。

為了降低鉆井過程中溢漏復雜引起的井控風險、豐富該區塊地層壓力數據，同時考慮到便于現場可實施性、作業成本等，計劃使用簡易控壓鉆井技術。在發生溢流時，通過增加井口回壓，快速提高井底壓力，進而緩解溢流防止井控升級，縮短處理復雜時間，提高鉆井效率。

實鉆過程中，沙一段采用密度為1.26 g/cm3，鉆井液鉆進時遇到氣侵，通過控壓技術逐步將密度提到1.37 g/cm3壓穩油氣層，控壓數據如表1所示。使用簡易控壓鉆井技術后，該井比鄰井同層位鉆井液密度低，保證了該井安全，并進一步豐富了該區塊合理的鉆井液密度數據。

表1 N78-2x井控壓數據

2.2 AT2x井實現降密提速

AT2x井鄰井WG1井奧陶系鉆井液密度1.11 g/cm3，發生井涌后，鉆井液密度提高至1.15 g/cm3；WG2井1.0 g/cm3鉆井液密度嚴重漏失；AT1x井鉆井液密度1.05 g/cm3鉆進時發生溢流，提高鉆井液密度至1.15 g/cm3后，壓穩油氣層。實鉆情況表明，該區塊地層壓力復雜，為了降低溢漏復雜引起的井控風險，使用簡易控壓技術，一方面有利于井控安全的提高；另一方面鉆井中采用鉆井液密度下限鉆進，降低鉆井液密度后也能有效提高機械鉆速[14]。

AT2x井實鉆過程中，奧陶系采用密度為1.05 g/cm3的鉆井液鉆進時發生氣侵，通過控壓技術逐步提高鉆井液密度至1.09 g/cm3后，壓穩油氣。該井比鄰井AT1x同層位鉆井液密度降低0.06 g/cm3；機械鉆速為6.60 m/h，比AT1x(機械鉆速4.11 m/h)提高了53%。

現場試驗表明，簡易控壓鉆井技術通過簡化設備、保留控壓核心功能的基礎上仍然能夠實現控壓鉆井。通過簡易控壓鉆井技術的實施，一方面增加溢流復雜情況的快速反應能力，另一方面在保證安全的前提下使用低密度鉆井液，有效提高機械鉆速。

3 結論

1) 簡易控壓鉆井技術在保留控壓核心功能的基礎上對節流管匯、回壓補償系統等進行優化，降低了作業成本，便于現場實施。

2) 應用簡易控壓鉆井技術，可以在發生溢流時增加井口回壓，從而快速提高井底壓力，達到緩解溢流防止井控升級的目的。

3) 該技術在降低井控安全風險的前提下，豐富了鉆井工程許用的鉆井液密度范圍；且通過采用低密度鉆井液鉆進，可提高機械鉆速。