控壓鉆井技術要點探究

曹悅賢

摘要：為了研究鉆井工程所涉的控壓鉆井技術要點。本文基于筆者中國石油長城鉆探工程有限公司鉆井一公司多年相關工作經驗，在理論結合實際的前提下開展相關分析。系統介紹了控壓鉆井所涉的井底壓力恒定技術、加壓泥漿帽鉆井技術、水平井控壓鉆井技術、數據傳輸技術、連續管和套管控壓鉆井技術以及優選控壓鉆井液的篩選方案。最后在筆者自我運用和經驗指引下進行了控壓鉆井技術的應用前景的展望。

關鍵詞：欠平衡;控壓;鉆井;泥漿;侵入

化石能源的開采需要剝離地層，通過探孔和原始礦山開采進行媒介化生產。而石油天然氣的開采更是需要先期勘探、甜點預測、鉆井設計在測錄井、定向鉆、金剛石鉆頭等一系列技術與設備的配合下完成一定深度的井眼延伸，最終穿遇設定油氣藏完井開采。而鉆井工程中井控主要依靠井控設備和泥漿起到了潤滑鉆頭，支撐井壁，沖擊提速、壓井井控的作綜合用。根據井控需要除了配備好井控設備和異常演練完善前提下，日常現場還需要進行重漿儲備以應對突發情況，而在頁巖氣井中由于儲層傷害的不同特點，需要考慮速敏和其他多重濾失傷害因素的發生。所以在鉆進參數合規確保安全的前提下需要嚴格考慮泥漿性質，確保一天至少2次的泥漿性能檢測，并強化坐崗。確保井控安全。本文基于筆者多年鉆井一線工作經驗，在技術現狀和運行現狀上展開多維角度分析和討論。力求彌補當前井控工作管理混亂，人員素質低下問題。系統探索了控壓鉆井技術的工程意義和智能化監控系統組成。給鉆井工程更好更快的發展提供技術支撐。

一、控壓鉆井技術概述

控壓鉆井技術是基于工藝原理手段進行的提速提效、保證安全的本質技術之一。而在具體操作實施方面卻受到諸多條件限制。但是在運用和推廣方面理論接受程度和市場反響程度較好。原理方面，進行有限的控壓鉆井能合理和科學的控制井眼壓力。達到多維工況下的水流壓力平穩運行。同時運用計算機監控設備和相關儀表可以進行水流擾動產生的不同程度變化，指引現場及時查明原因，調整工況，預控風險。操作層面，該技術的運用也僅需節流閥進行水力壓力的節流管匯調整，確保井壁穩定性和轉進效率的合理匹配，在合理標準范圍內安全運行。而多維角度的鉆井液優化還能極大降低成本，將井漏概率和儲層污染程度降至最低。而控壓節流閥的操作也能在計算機以及安全保護裝置的配合下進行智能化安全運行。

需要注意應用控壓鉆井技術需要首先明確和了解鉆井工程涉及的常規鉆井井控技術、鉆井液配比技術以及完井技術。在理論基礎強化的基礎上進行控壓鉆井設計，全面優化現場裝備配給，優化管柱力學與工具運用程度。根據基礎物理計算，控壓鉆井技術細分包括了過平衡鉆井技術、近平衡鉆井技術、欠平衡鉆井技術、精細控壓鉆井技術。具體技術概述如下：

過平衡鉆井技術簡稱OBDT（OverbalancedDrillingTechnology），其理論解釋為：鉆井過程中預設泥漿密度灌入井筒中產生的靜液柱壓力大于地層孔隙介質產生的壓力時，確保井筒巖屑剝離虧空導致的應力變化平穩，而高效穩定的鉆進。通常在實際操作中，相應鉆井液密度需要參考常規鉆進裸眼井段最高地層孔隙壓力前提下的最高值在附加一個補償量。根據筆者工作經驗，路上油氣田附加值的確定準則通常為油水井0.05～0.10kg/L，井底正壓差1.5～3.5MPa;氣井0.07～0.15kg/L，井底正壓差3.0～5.0MPa。

近平衡鉆井技術簡稱NBDT（NearbalancedDrillingTechnology），其理論解釋為：鉆井過程中預設泥漿密度灌入井筒中產生的靜液柱壓力等于地層孔隙介質產生的壓力時，確保井筒巖屑剝離虧空導致的應力變化平穩，同時最小程度污染地層，確保安全鉆進。筆者在現場運用該技術情況較少，僅僅是在確保安全的個別開發井的安全層段。在此給出近平衡鉆井的鉆井液密度附加值經驗范圍：油水井0～0.05kg/L，井底壓差0～1.5MPa;氣井0～0.07kg/L，井底壓差0～3.0MPa。

欠平衡鉆井技術簡稱UBDT（UnderbalancedDrillingTechnology），其理論解釋為：鉆井過程中預設泥漿密度灌入井筒中產生的靜液柱壓力略小于地層孔隙介質產生的壓力時，而鉆進過程中地層內的傾入流體以一定速度微量進入井筒，并參與循環并排出至地面的固控設備中。依據安全余量及其工作要素，可以將欠平衡鉆井技術進行不同循環介質的區分，常見的區分方式有氣相欠平衡鉆井技術、氣液兩相欠平衡鉆井技術、液相欠平衡鉆井技術三大類。而現場具體運用層面的操作中，通常運用干空氣、氮氣和天然氣作為氣相欠平衡鉆井的驅動氣。運用霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井液技術開展液相欠平衡鉆井實現。而在鉆井液的使用中，液相欠平衡鉆井也需要根據地質情況和成本考慮進行常規鉆井液鉆井、混油鉆井液鉆井、泥漿帽鉆進工藝的對比優選。

二、控壓鉆井（MPD）系統的組成

控壓鉆井技術從概念誕生到產業化發展，其相關工具和工藝發展還不成熟。需要系統性操作體系和智能化控制元件指引生產運行高效、安全。而該技術系統當前的（MPD）最新發展就涵蓋有決策分析系統、參數檢測系統、指令執行系統、電控系統等多重功能板塊。具體實施為現場一次表進行數據采集與篩選，將非實時輸入模塊中的關鍵要害數據進行定時定量的獲取，將相關的原始數據進行模擬和帶入，運用計算分析手段完成相應功能化操作。將模擬計算出水力學參考模型進行現場驗證。核算出危險預控的壓力控制范圍與目標。然后生成操作化規范，并在邏輯判斷模塊幫助下依據參數檢測系統、電控系統、指令系統等給出的數據結果對決策進行判斷最終實現數據的互聯互通，共享和監控。最終在多維判定下篩選出工藝最優解，并進行井下儀器參數的數據反演式容錯監控。實現鉆進、接單根、起下鉆等施工任務的順利完成。

三、控壓鉆井關鍵技術

1.井底壓力恒定技術

這種技術也被稱為等效循環密度控制，調節環的液壓節流壓力和鉆井液的靜態柱壓來精確控制井底壓力的方法。在設計過程中，平衡鉆井通常進行與比在循環過程常規鉆井methods.The井底壓力較低的鉆井液密度等于靜液柱壓力加上環的壓力損失。當井關閉和鉆管連接，周期性壓力損失就會消失，同時，留下該井底壓力處于不平衡狀態，然后在井的頂部添加背壓平衡井底壓力。以及，可避免地層流體侵入的問題。從理論上講，在這種情況下，當井口處于靜止狀態，環形壓力時，背壓被添加到井口和流通丟失。與在地面上恒定的壓力，在鉆井過程中，將單根和環形壓力分布的壓力控制鉆井操作的過程中，如果在下層射流或泄漏的一個問題，它可通過壓力來控制。

2.加壓泥漿帽鉆井技術

此技術主要是在井口在孔中的最低環形流體密度，這就是為什么它被稱為加壓泥漿床鉆孔施加正壓。在正常情況下，這種技術可以有效地控制井漏的問題，在海底和陸上石油和天然氣井泄漏嚴重執行操作。在應用加壓泥漿層鉆井技術，如果儲層壓力小于凈水頭的過程中，有必要使用泥漿層鉆井技術（未加壓的）和干凈的水噴入環泵當鉆井液是該從眼睛氣體將通過環的清潔水的壓力返回到地層，以確保施工作業可以繼續。如果儲層壓力大于靜水壓頭值，加壓泥漿床鉆井技術需要通過添加重鉆井流體，以實現在整個孔的壓力平衡。在應用過程中，旋轉控制頭通常用于從地層到環空的頂部添加液體鉆井液的帽。另外，加壓泥漿層的鉆井技術實施之前，有必要增加泥漿層鉆井液中，并緩慢注入的重量和粘度到環，以防止油和氣體進入環，以確保在壓力控制好。

3.水平井控壓鉆井技術

控制鉆井技術水平壓力需要的特殊的井下動力生產工具和先進的精密控制壓力鉆井測量儀器在申請過程中的應用。的井鉆出傾斜的過程中控制壓力鉆井過程中的角度必須嚴格控制。以上86度維持，水平井壓力來控制鉆井技術基本上是定向的壓力來控制鉆井技術。該技術已在我國的控制壓力鉆井生產中使用了很長的時間。經過多年的優化和改進，相關公司有幾個重要的技術應用點，比如垂直調節，穩定的鉆探，動態檢測和多個打開的轉盤。向上和向下調整主要是指壓力控制鉆井和特定垂直位置的傾斜角的正確調整的壓力來控制鉆井期間。鉆孔工具的穩定性主要是指在生產中的選擇和組合的方法，必須嚴格控制所使用的鉆孔工具的穩定性的嚴格控制。動態測試主要關心的是評估和定向狀態的測試中，組合鉆削刀具的方向的狀態和壓力控制的鉆孔部分的計算，和詳細的分析和鉆孔的有效的調整。通過受控壓力。打開所述轉臺的主要目的是為了減少阻力和摩擦增加機械設備的實際速度。一般來說，從鉆托盤的水平段進尺應控制在總進尺超過3/4。

4.數據傳輸技術

數據傳輸技術在壓力控制鉆井技術中起著非常重要的作用。只有掌握了數據傳輸的功能，才能真正了解石油開采。因此，數據傳輸技術是壓力控制鉆井技術中不可缺少的重要組成部分。在壓力控制鉆井施工前，技術人員必須收集傳輸技術提供的信息，分析油田下的條件，確定開采的風險因素;那么，帶壓力控制的鉆井液脈沖傳輸一般在隨鉆測量時進行。在大型油田中，數據傳輸技術有著廣泛的應用，但在使用該技術的過程中也存在一定的問題。數據傳輸的準確性會受到電磁感應的影響，會導致數據信息出現錯誤。隨著科學技術的不斷進步，數據傳輸技術也在不斷完善和創新。為保證數據傳輸的準確性，需要將數據技術與電磁技術相結合，充分發揮控壓鉆井技術的優勢。我國油田經濟效益的可持續增長。

5.連續管和套管控壓鉆井技術

目前，國內石油企業在生產過程中對連續控壓鉆井技術進行了創新和優化，在吹氣裝置中安裝了環形橡膠裝置。這種配置可以為壓力控制鉆井提供安全穩定的操作環境。大大降低控壓鉆井過程中的地層損傷，保證控壓鉆井作業的順利開展，有效保護油氣層結構。采用連續控壓鉆井技術，無需停泵，可保證控壓鉆井液循環的連續性，防止控壓鉆井施工過程中發生井噴事故。該技術用于深化控壓鉆井、老井和小井測井的生產。在應用工程中不需要使用太多的機械設備，一般技術領域比較小。在技術應用過程中。它也經常用于限制地形施工或海上平臺上的受控壓力鉆井作業。壓力控制襯管鉆井技術是指下襯管鉆井與控制壓力的有效結合。該技術的應用避免了傳統的井下壓力控制鉆井施工，有效優化了水力參數，提高了井的清潔度，同時提高了環境控制的整體返回速度。

6.優選控壓鉆井液

壓力控制鉆井液性能直接關系到井的清潔度、井質量、壓力控制的鉆井速度等。壓控鉆井液優化過程堅持以硅穩定劑為重點，積極攻關。攻堅克難，實現控壓鉆井“穩上快下快”的目標。井穩優化是在原有壓控鉆井液的基礎上，加入一定比例的KH-931降濾失劑。通過觀察泥層質量和頁巖的抑制能力，發現2%的添加比例是一個非常好的優化效果。井凈化采用優化控壓鉆井液流變參數的方法，控制控壓鉆井液的塑性動力比（YP/PV）。流速最好保持在490500/s范圍內。 0.6以內。潤滑防卡劑用于提高控壓鉆井液的潤滑性能，添加白油和無熒光液體潤滑劑，添加比例約3%，可大大提高壓力潤滑性能。控制鉆井液和防止鉆具出現卡死。防漏堵漏優化采用提高地層承壓能力的方法，引入超低滲透堵漏技術，避免因漏漏造成的經濟損失和儲罐損壞。

四、結語

綜上所述，隨著我國石油勘探的不斷深入，以深層凝析氣，鹽間油氣藏為代表的高難度復雜資源的開采日益常態化。而鉆井工程作為溝通油氣藏與地面的通道，如何做到成本可控、安全可靠、生產順利的生產是當前技術人員迫切需要考慮的問題。控壓鉆井技術兼顧了常規油氣田開發的井控安全，又融入了力學導向下的優快鉆井理念。在欠平衡鉆井施工的基礎上不斷完善地面設備設施和井下故障復雜預控手段。為有效縮短鉆井周期、提高機械鉆速的安全生產前提提供了工藝層面的可行性操作意見。

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