控壓鉆井設備在油田鉆井中的應用

王文超

摘要：石油作為經濟發展的主要能源，隨著油氣資源的日漸衰竭，開發油氣勘探會面臨更加復雜的地層，出現多壓力體系、噴漏共存、壓力窗口窄、井壁穩定性不足等特點，但是在鉆探這些深層復雜地層的時候，經常會出現井漏、排出有害氣體、卡鉆等情況。無疑會增加鉆井的投入成本以及操作風險。本文主要討論控壓鉆井設備的原理以及現場安裝應用、控壓技術的發展。

關鍵詞：控壓鉆井設備;油田鉆井;應用

前言：

近些年，開發油氣勘探的重點逐漸轉變成深部地層以及復雜地層，找窗口安全鉆井問題也逐漸提進計劃中，基于這基礎上，控壓鉆井技術會得到較好的發展，在我國已經有四川盆地、塔里木盆地、柴達木盆地等都有較多的理論研究以及現場的實踐，已經有了較好的成績。

一、控壓鉆井設備的原理以及現場安裝應用

（一）控壓鉆井的原理以及模式

其實控壓鉆井原理就是在鉆井期間，借助回壓泵、調整環空壓力體制、節流閥精細控制，保證環空液柱壓力大于井底壓力，還有不壓漏地層，然后在窄壓力窗口階段實現安全且快速鉆井的一種鉆井技術[1]。按照采集的井底壓力值，利用閉環壓力控制算法軟件，準確計算井口需要施加的局部循環壓耗，不斷調節井口套壓，使井底壓力保持平衡。可以控制井底壓力在預定的范圍中，不斷提供不同工況中的井底壓力控制，使窄密度安全密度窗口井底壓力控制更加準確，解決漏涌共存的情況[2]。針對常規鉆井，控壓鉆井井底壓力波動比較小，防止在接立柱以及起下鉆、停泵等情況引發壓力波動，防止出現更加復雜的情況。經過控制鉆井液密度、井口回壓以及循環壓耗，保持井底壓力相對平衡就是控壓鉆井技術。

（二）控壓鉆井設備的組成

集機、液、電、信息、自動控制等技術為一體的就是控壓鉆井系統，實時采集井底以及地面的實際數據、信息，主動調節井口的套壓，精細化控制井底壓力。集成配套包括：為流量控制鉆井系統、井底恒壓鉆井系統、精細壓力控制欠平衡鉆井系統、帶壓泥漿帽鉆井系統這幾項特色技術[3]。這項控壓鉆井系統其中包含著自動節流控制系統、回壓補償系統、實時數據采集以及控制系統、隨鉆環空壓力監測系統。其中控壓鉆井系統使用模塊化以及集中控制雙重思路，這樣不但可以整體使用，其中每個子系統也可以獨立使用;擁有微流量以及井底壓力兩種監控方式，就可以實現精準控制井底壓力，控制精度在±0.35Mpa。首先是旋轉控制頭，旋轉控制頭在井口環形防噴器上方安裝著，形成井口密封，這個旋轉控制頭的高度1.7米左右，靜態工作壓力在5000psi，動態工作壓力2500psi，其中安裝要求就是轉盤、天車、井口，這三者中心偏差小于一厘米。其次是旋轉軸承總成，旋轉控制頭主要部件，主要用于和鉆具以及旋轉控制頭本體之間的密封。尺寸就是外徑：432毫米;中心孔通徑196毫米，工作的轉速小于120rpm，密封膠芯的使用時間小于120個小時。精細控壓鉆井系統，每個平臺都有固井泵、油氣分離器等設備，要綜合考慮成本以及設備簡單化等原因，要廣泛使用分體式控壓鉆井系統，固井泵充當回壓補償泵使用[4]。其中控壓鉆井系統技術的特點就是將套壓、微流量、立管壓力一體的綜合井筒壓力控制技術，可以更加準確控制井眼環空壓力的剖面，應對井下壓力發生的變化。流量監測裝置，使用艾默生流量計，可以滿足多種工作情況，準確檢測流量以及氣體，在入口以及出口檢測流量，使用軟件及時校正。這樣流量檢測精度比較高，方便及時發展流量的改變，能滿足鉆井、起下鉆、接單根等情況。

（三）控壓設備的應用

首先是安裝控壓鉆井設備，根據設備安裝的程序，在萬能防噴器上安裝旋轉控制頭的底座，主要是連接高壓三通、液動高壓閥門和閘板閥門，連接旋轉控制頭底座潤滑管線還有控制管線，確認關閉液動閥。在開窗作業結束之后，起鉆完、空井穿軸承總承、試壓，放著備用，開始安裝控壓專用的喇叭管，組建BOP腳手架，給操作提供方便。連接返漿管線還有節流管線。

（四）應用效果

使用低密度的鉆井液，安全順利鉆過虧空層油組，在保證微過平衡壓文地層的基礎上，順利鉆至完鉆的深度，完成鉆井的目標。使用控壓鉆井技術鉆井，使用低密度鉆井液，經過設置不同的井口回壓，基于保證微過平衡壓穩地層基礎下，順利完成鉆井的目標，達到零漏失、零復雜設計地質目的，最大程度保護井下安全，提升工作效率，使用低密度鉆井液鉆井，減小虧壓層漏失出現的風險，還對儲層保護有保護的作用，起到保護儲層的目標。

二、控壓技術的發展

在國際上使用控壓鉆井技術解決窄窗口安全鉆井方面取得較好的成就，雖然我國起步比較晚，而發展速度比較快，當前已經開展有關技術的引進以及對應的工藝技術、機械設備等自主創新研究，對于窄窗口鉆井問題已經有較多的實踐。總而言之，我國已經從常規控壓鉆井技術發展到精細控壓鉆井技術。鉆井設備已經研發環空壓力對鉆監測，裝置的研發以及實踐、控壓鉆井配套設備，已經擁有多項的發明專利;其實鉆井工藝的有關理論知識、設計、對應監測軟件已經得到長遠的發展，其中配套技術主要有：堵漏技術、防漏技術、地層壓力預測以及監測技術、地層壓力評價技術等等。在今后很長一段時間我國的發展方向都會著重于精細控壓技術。

結語：

綜上所述，其實控壓鉆井技術已經發展比較成熟，控壓鉆井技術可以隨鉆實時保障井筒安全，等井筒出現嚴重問題的時候重新構建井筒平衡的一種應急技術，基于提升井口裝備控壓能力以及完善控壓鉆井的基礎上，構成一項新的全過程井筒安全控制鉆井技術。

參考文獻：

[1]冮鵬，韓亮，耿立軍等. 精細控壓鉆井技術在渤海油田復雜壓力體系井的應用[J]. 鉆探工程，2021，48（07）：58-64.

[2]張欽岳，殷志明，李濱. 深水窄壓力窗口控壓鉆井技術進展及應用[J]. 石化技術，2021，28（04）：101-106.

[3]陳清正，侯得景，聶光輝等. 控壓鉆井設備在渤海某油田鉆井中的應用[J]. 科學技術創新，2021，（09）：120-121.

[4]劉書杰，吳怡，謝仁軍等. 深水深層井鉆井關鍵技術發展與展望[J]. 石油鉆采工藝，2021，43（02）：139-145.