精細(xì)控壓鉆井技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用探討

龐繼剛

摘 要：精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用能有效提升鉆井質(zhì)量和安全性。本文主要是從精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的意義出發(fā)，分析其原理和涉及到的設(shè)備，探討創(chuàng)新的方向及應(yīng)用，努力提升精細(xì)控壓鉆井水平。

關(guān)鍵詞：鉆井;壓力控制;回壓

隨著油氣資源開發(fā)深入，逐步向復(fù)雜壓力地層和深部開發(fā)，增加了作業(yè)難度，高效低成本的開發(fā)就成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。在高壓、高溫的特殊地層中極容易出現(xiàn)溢漏坍塌等情況，鉆井施工過程中可能遇到窄窗口和溢漏同存的復(fù)雜情況，這就需要?jiǎng)?chuàng)新鉆井技術(shù)來解決這些難題，主要從精細(xì)控壓鉆井工藝、工況模擬裝置和系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法、欠平衡控壓鉆井工藝以及控壓鉆井方法方面加大研究。

1精細(xì)控壓鉆井技術(shù)意義

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是國外較先進(jìn)的前沿鉆井技術(shù)，在復(fù)雜井下情況、壓力敏感地層的鉆探過程中發(fā)揮良好作用，國內(nèi)西部復(fù)雜超深井中普遍存在容易漏失和坍塌薄弱地層、長井段同一壓力系統(tǒng)、窄密度地層層情況，東部油田深海油藏和枯竭油氣層鉆井中都有很好的應(yīng)用，這就要求國內(nèi)從業(yè)人員和研究人員加大研究力度，從實(shí)際出發(fā)，組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)來公關(guān)相關(guān)技術(shù)難題。

2精細(xì)控壓鉆井技術(shù)分析

控制壓力鉆井是對(duì)鉆井工藝進(jìn)行改善和優(yōu)化，通過特殊工藝和地面設(shè)備來增加井口回壓，對(duì)井筒環(huán)空壓力剖面進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以此來保證井底壓力的可控性。井底壓力保持穩(wěn)定的原則是控制回壓，可通過可能侵入地層流體的性質(zhì)以及井筒內(nèi)進(jìn)入地層流體的量來調(diào)整，如果地層酸性氣體較多或是較大產(chǎn)氣量的情況，可對(duì)回壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，針對(duì)性提升施加壓力。在窄窗口地層中，通過回壓控制鉆井時(shí)，鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度影符合以下規(guī)律：

P l>ph> pp> Pe> Pe

其p。為地層坍塌壓力當(dāng)量密度;中、pe、為環(huán)空循環(huán)壓耗、流體柱壓力折算得到的當(dāng)量密度;ph為井口施加回壓、環(huán)空循環(huán)壓耗以及液體柱壓力和折算得到的當(dāng)量密度;pp、p1分別為地層漏失壓力當(dāng)量密度和孔隙壓力當(dāng)量密度。

配套的裝備是保證實(shí)施精細(xì)控壓鉆井的基礎(chǔ)，也是工藝實(shí)施的關(guān)鍵，以哈里伯頓的精細(xì)MPD系統(tǒng)為例，其控壓鉆井關(guān)鍵裝備包括旋轉(zhuǎn)控制裝置、回壓控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集傳遞接收系統(tǒng)以及壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)控制裝置主要是通過旋轉(zhuǎn)防噴器和旋轉(zhuǎn)控制頭來保證壓力控制的安全有效，向井口導(dǎo)人井眼返出液。回壓控制系統(tǒng)主要包括壓力控制單元、同壓泵和節(jié)流管匯，對(duì)井筒壓力和井口回壓進(jìn)行調(diào)整、控制，預(yù)防井噴和卡鉆等事故。數(shù)據(jù)采集主要是通過PWD隨鉆測(cè)量實(shí)現(xiàn)，將井底的壓力信號(hào)采集后輸送到井口。壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)通過通過調(diào)整泵排量、鉆井液性能和節(jié)井口回壓等參數(shù)，將鉆桿內(nèi)部環(huán)空看做密閉承壓系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)井底壓力的閉環(huán)控制。

3精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

中石油鉆井技術(shù)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行科技攻關(guān)，提出了精細(xì)控壓鉆井技術(shù)開發(fā)的具體方案和措施，集團(tuán)公司組織相關(guān)專家對(duì)精細(xì)控壓鉆井技術(shù)相關(guān)科技成果進(jìn)行評(píng)價(jià)和鑒定，認(rèn)為具有可行性。該精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在理論層面有較大突破，在工況模擬與系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法、欠平衡控壓鉆井工藝方面具有一定先進(jìn)性。

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)方面的創(chuàng)新，首先是工藝裝備出發(fā)，在監(jiān)測(cè)與控制軟件系統(tǒng)、井下隨鉆測(cè)量系統(tǒng)、回壓補(bǔ)償以及自動(dòng)節(jié)流等方面，提升井底壓力控制精度，形成適合國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，逐步取代國外相關(guān)產(chǎn)品。其次，建立鉆井、測(cè)井、錄井一體的控壓鉆井方法再持續(xù)優(yōu)化，強(qiáng)化作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，提升實(shí)施控制和處理的精確度，將井下復(fù)雜預(yù)警時(shí)間提前，早于常規(guī)鉆井時(shí)間十分鐘以上，爭取更多的實(shí)踐來進(jìn)行安全控制。使其在深部碳酸鹽巖水平井多套縫洞組合等情況中能實(shí)現(xiàn)良好穿越，提升水平段延伸能力，加大單井產(chǎn)量。

再者，從控壓鉆井微過平衡作業(yè)理念|出發(fā)，應(yīng)用欠平衡控壓鉆井技術(shù)，構(gòu)建欠平衡精細(xì)控壓鉆井工藝，以實(shí)現(xiàn)可控微溢流控壓鉆井目的下能有效避免窄密度窗口井筒變復(fù)雜，提速增效，有效發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層并實(shí)施良好保護(hù)。此外，還可從控壓鉆井工況模擬裝置和系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法人手，實(shí)現(xiàn)井底與井口壓力模式、模擬溢漏、漏失、溢流同村的控壓鉆進(jìn)、高節(jié)流壓力工作模式、主備閥切換等，以此來評(píng)價(jià)和測(cè)試控壓鉆井裝備和工藝，確保產(chǎn)品質(zhì)量，保障規(guī)模應(yīng)用和安全生產(chǎn)。

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)的川渝、華北和塔里木等地區(qū)展開服務(wù)和應(yīng)用，替代了國外同類產(chǎn)品，節(jié)能了大量的技術(shù)服務(wù)費(fèi)用，節(jié)省成本超過70%，在深井復(fù)雜地層、窄密度窗口地層以及碳酸鹽地層的應(yīng)用中對(duì)溢漏共存等鉆井難題能有效解決，有效發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層并形成良好保護(hù)。該技術(shù)巾的可控微溢流欠平衡壓鉆方法、控制方法以及多種溢流識(shí)別，能有效保護(hù)和發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層。降低水平井鉆井液漏失量，平均復(fù)雜處理時(shí)間超過66%。井下復(fù)雜預(yù)警時(shí)間提前超過10分鐘，有效提升鉆井施工的安全性。在應(yīng)用實(shí)踐中可以可發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)的應(yīng)用有效提升機(jī)械鉆速，甚至達(dá)到93%，川渝地區(qū)的減少漏失量超過98.9%，在常規(guī)鉆井無法作業(yè)的惰況下能實(shí)現(xiàn)安全施工并保證施工效果，在華北地區(qū)的應(yīng)用有效解決了窄窗口問題。

在精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的創(chuàng)新中，要有效結(jié)合硬件裝備與工藝，從技術(shù)集成系統(tǒng)和技術(shù)系列方面加大研究，融合多專業(yè)和多學(xué)科，鉆井企業(yè)應(yīng)加大與高校和科研機(jī)構(gòu)的合作，共同研發(fā)，減少失誤，加速科研成果轉(zhuǎn)化，確保創(chuàng)新質(zhì)量。此外，還應(yīng)聚集高水平科技人才，打造良好的創(chuàng)新網(wǎng)隊(duì)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室作用，培訓(xùn)創(chuàng)新文化，提升精細(xì)控壓鉆井技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]晏凌，吳會(huì)勝，晏琰，精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在噴漏同存復(fù)雜井中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，201 5，35（02）：59-63.