精细控压钻井井筒控制技术研究

杨立华

摘要：随着社会经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对石油天然气能源的依赖度越来越高，而石油天然气的开采基于钻井质量。在油气田勘探开发钻井施工中，由于各种因素影响，工程事故时有发生，对钻井工程施工人员的身心健康造成了严重危害，对安全生产构成了不同程度的影响。为了有效解决油气田勘探开发钻井施工中存在的问题，保证施工人员生命和国家财产安全，提高钻井质量和资源开发效率，结合钻井工作实际，本文对精细控压钻井井筒控制技术进行研究，以供借鉴。

关键词：精细控压钻井;井筒控制技术;压力控制;研究

1 引言

钻井施工是油气田勘探开发的基础工程，在钻井施工过程中，经常会遇到钻井液安全密度窗口过于狭窄的问题，在这种情况下，如果仍然按照常规的钻井施工技术进行作业，可能会形成井涌、压差卡钻、漏失等较大的安全风险隐患，严重时会使钻井工程被迫停止，甚至引发较为严重的安全事故。近年来在钻井实践中采用精细控压钻井井筒控制技术，能够较为精确地确定井下压力环境变化界限，精准控制井筒压力，对避免井涌的發生具有非常明显的作用，实现了油气田勘探开发钻井施工的安全生产，本文对此进行分析。

2 精细控压钻井井筒控制技术

油气田勘探开发钻井技术是依靠压力控制的生产过程，精细控压钻井技术是指根据地层融入井筒流体压力的不同控制井筒压力的不同精确度，以达到安全钻井施工的目的。在油气田勘探开发钻井施工过程中，当地层中融入井筒的流体小于80L时，精细控压钻井井筒控制技术能够迅速监测到溢流的存在，要在2min的时间内快速采取控制措施，使得地层内融入井筒的流体量控制在80L以内，并控制井口回力在0.35MP以内，以实现钻井施工的安全生产。根据对压力控制的技术不同，精细空压钻井技术可分为为流量控压钻井技术、动态环空压力控制钻井技术以及井底恒压压力控制钻井技术。精细控压钻井井筒控制技术可用于过平衡钻井施工、欠平衡钻井施工以及近平衡钻井施工过程，重点能够解决由于钻井液循环密度引发的钻井过程中所产生的问题，如塔中的硫化氢含量过高、油藏储层产生裂缝以及地质储层压力过大而引起的钻井中的敏感问题。精细控压钻井井筒控制技术的核心包括旋转防喷器、地面压力控制装置以及对流体流量、环空多相流动规律的分析和研究。

3 精细控压钻井井筒控制技术的应用

3.1 井筒压力剖面控制的原则

精细控压钻井井筒压力控制过程中，井筒压力剖面与普通的过平衡钻井施工存在较大差异，因此，应严格满足以下原则：

第一，必须满足井筒裸眼段钻井液泥浆安全密度窗口的需求。在钻井施工中压力欠平衡状态下，地层流体在压力的作用下会流入井筒，使井壁的稳定性受到影响，因此在钻井过程中，应用精细控压钻井井筒压力控制技术前，井身结构设计应具有合理性。

第二，必须能够满足井口压力控制设备额定的压力范围。精细控压钻井井筒控制技术是依据旋转防喷器及节流管汇对井筒的压力实现精确控制，工艺技术所允许的井口控制回压的最大值必须掌握在井口空压设备的额定压力范围以内，钻井前必须进行精确设计。

第三，必须满足套管内井筒的抗压强度以及液体环空流型控制要求。以实现安全生产和提高工资效率。

3.2 不同工况状态下的井筒环空压力控制方法

如何将井底储层压力控制在工艺设计的有效值内，是实施精细控压钻井井筒控制技术的关键。通常情况下，要对井筒的立压、套压、产液（气）量等相关数据进行收集和分析，对液（气）流阀的开启程度按技术要求进行调整，在不同工况状态下，对井筒环空压力的控制方法主要有：

第一，排量不变，泵压下降的控制。在钻探高产油气层过程中，很容易出现在排量保持不变的情况下泵压下降，这时要对节流阀进行及时调整，使立压数值回归到原始设定状态，以保持井底储层压力的恒定不变，防止由于钻产油气量的增加而增加惊恐的难度和安全风险。

第二，接卸单根起钻和下钻的控制。在对井筒压力的实施控制过程中，起钻与下钻所产生的波动压力超过安全可控制压力窗口时，必须在井口通过人力施加回压进行控制。起钻过程中，如果关闭节流阀仍然无法达到回压控制标准，可以通过加压泵提供额外套压促使井底压力提高，达到地下流体无法进入井筒之内的目的。

第三，钻产油气量过大的控制。如果钻产的油气量过大而造成井筒压力失衡，应将节流阀调小以增加泵压便可得到有效解决。但需要值得注意的是，井筒内存在的油气需要通过不断循环，在一周左右的时间排放出来，控制效果存在滞后效应，因此应对回压严格按照技术标准进行控制，如果忽视这一点而不断提高回压，可能会造成井漏等严重的不良后果和无法控制的安全事故。

第四，排量不变，立压和套压升高的控制。在钻井过程中如果发生立压和套压突然升高的现象，需要对产生的原因进行科学分析和准确判断。如果是因为井下气体滑脱上升所引起的压力升高，可采取节流循环排气降压方法进行控制;如果控制无效，则要对地层压力进行重新准确计算，按照工艺技术设计的压差值加重钻井液或减少注气量实施控制。

4 实例分析

以试验中某井钻井数据为案例，工艺设计如下：技术套管外径f 245.5 mm下放至6600m深度，计划完成钻井深度6710m，钻井使用f215.5mm牙轮钻头，钻具规格由下至上分别为无磁钻铤：长10m、f177.6mm;无磁承压钻杆：长10m、f125mm;斜坡加重钻杆：长500m、f127mm;普通钻杆：长6000m、f127mm。该井口地面温度21℃，地层压力梯度1.20MPa/100m，钻井速度3m/h，压力泵排量10.5-12.5L/s，钻井液密度控制在1.07-1.17g/cm³。钻井实践中，在压力泵停止工作的条件下，计算得出的井口回压值与实际井口所必须达到的回压值之间的误差为0.2MPa，实现了对井底压力的精确控制。

总之，油气田勘探开发的地质环境日趋复杂，应用精细控压钻井井筒控制技术，对井口的回压值进行科学和精准计算，改变了传统单一的钻井技术模式，能够实现油气田勘探开发的安全生产和提高勘探开发效率，对促进油气田的发展具有积极地推动作用。

参考文献：

[1]李晓清.控压钻井技术研究现状及发展[J].化工管理，2016（10）：165.

[2]曾知吴.精细控压钻井技术的应用研究[J].石化技术，2018（11）：48.

[3]黄涛.精细控压钻井井筒压力控制技术探讨[J].科研，2016（03）：00172.

[4] 王延民，唐继平，胥志雄 等.控压钻井井筒压力控制技术初探[J].特种油气藏，2011，18（1）：132-134.

[5]张奎林.精细控压钻井井筒压力控制技术研究[D].北京：中国地质大学（北京），2013.