張興全，丁丹紅，周英操，劉 偉

(1.中海油研究總院，北京 100027；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中國石油鉆井工程技術(shù)研究院，北京 102206)

?

精細控壓鉆井技術(shù)在近平衡鉆井中的應(yīng)用

張興全1，丁丹紅2，周英操3，劉 偉3

(1.中海油研究總院，北京 100027；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中國石油鉆井工程技術(shù)研究院，北京 102206)

針對碳酸鹽巖地層在常規(guī)近平衡鉆井過程中易噴、易漏等問題，分析了近平衡鉆井井底壓力控制中存在的問題，井深的增加使附加壓力、循環(huán)壓耗增加，井底過大的正壓差難以滿足近平衡鉆井要求；根據(jù)精細控壓鉆井壓力控制特點，采用隨鉆測量工具輔助壓力控制方法和以流量為目標的壓力控制方法來實現(xiàn)井底壓力近平衡鉆井，并進行了現(xiàn)場應(yīng)用。研究表明，精細控壓鉆井方法能夠?qū)崿F(xiàn)近平衡鉆井，該技術(shù)對近平衡鉆井理論和實踐的發(fā)展具有重要意義。

近平衡鉆井；井底壓力；精細控壓鉆井；壓力控制

0 引 言

在塔里木油田、四川油氣田碳酸鹽巖地層鉆井過程中，由于鉆井安全密度窗口窄，近平衡鉆井易發(fā)生井噴、井漏等復(fù)雜問題。隨著鉆井深度的不斷增加，井底形成的過平衡度越來越大，過大的正壓差無法滿足近平衡鉆井壓力控制要求，因此，有必要開展對近平衡鉆井壓力控制的研究[1-9]。在前人研究的基礎(chǔ)上，分析了近平衡鉆井井底壓力控制過程中存在的問題，并針對性地提出了精細控壓方法?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，利用精細控壓方法可實現(xiàn)近平衡鉆井。

1 近平衡鉆井井底壓力控制中存在的問題

近平衡鉆井主要通過控制鉆井液附加密度值、優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、控制起下鉆速度、優(yōu)化鉆井液流變性和鉆井液排量等來控制井底壓力。近平衡鉆井鉆井液附加密度值：油井和注水井鉆井液密度為0.00～0.05 g/cm3或井底壓差為0.0～1.5 MPa；氣井鉆井液密度為0.00～0.07 g/cm3或井底壓差為0.0～3.0 MPa。然而，隨著鉆井深度的不斷增加，鉆井液附加密度值、環(huán)空壓耗等因素使近平衡鉆井井底壓力過大。如當井深達到7 000 m時，氣井的附加密度值達到2.1 MPa；循環(huán)壓耗也隨著井深的增加而增加。而現(xiàn)有的近平衡鉆井壓力控制方法無法消除鉆井液附加密度、循環(huán)壓耗、起下鉆、環(huán)空巖屑重力、異常工況等對井底壓力的影響，這些因素共同影響使得近平衡鉆井井底過平衡度過大，沒有實現(xiàn)真正意義的近平衡鉆井。同時，碳酸鹽巖等地層對壓力敏感，鉆井過程中開泵即漏、停泵即侵等現(xiàn)象時常發(fā)生，對井底壓力的控制精度要求進一步提高，而常規(guī)的近平衡鉆井井底壓力控制方法已不能滿足鉆井要求。

2 近平衡鉆井中的精細控壓方法

近平衡鉆井的核心是實現(xiàn)井底壓力的控制，而精細控壓鉆井通過改變井口回壓能夠?qū)崿F(xiàn)井筒壓力的精細控制[10-11]，使井底壓力接近地層壓力，從而實現(xiàn)近平衡鉆井。精細控壓鉆井主要有2種壓力控制方法。

2.1 隨鉆測量工具輔助壓力控制方法

在井下鉆具組合中安裝隨鉆地層測試工具(FTWD)和隨鉆測壓工具(MPD)，能夠?qū)崟r監(jiān)測地層壓力和井底壓力值，根據(jù)井底壓力和地層壓力的差值，調(diào)整精細控壓鉆井井口回壓值，使井底壓力等于地層壓力，達到近平衡鉆井目的。如MPD測量的井底壓力值比FTWD測量的地層壓力高0.5 MPa時，精細控壓鉆井控制系統(tǒng)可增大節(jié)流閥開度，使井口回壓值降低0.5 MPa，使井底壓力趨近于地層壓力。

2.2 流量為目標的壓力控制方法

當不能實時監(jiān)測井底壓力和地層壓力時，可以通過出入口流量輔助進行壓力控制。當出口流量大于入口流量時，表明井底壓力小于地層壓力，井底為欠平衡壓力狀態(tài)，應(yīng)逐漸增大井口壓力；當出口流量逐漸等于入口流量時，井底壓力等于地層壓力，井底為近平衡狀態(tài)，如圖1a所示。

若出口流量不大于入口流量，表明井底壓力不小于地層壓力，井底為近平衡或過平衡狀態(tài)，應(yīng)采用試探法進行壓力控制，井口壓力降低0.5 MPa一段時間后恢復(fù)到原井口壓力值，若一個遲到時間后，出口流量大于入口流量，表明為近平衡鉆井，如圖1b所示；若一個遲到時間后，出口流量仍等于入口流量，應(yīng)逐次降低井底壓力后，采用試探法進行近平衡鉆井壓力控制。

圖1 近平衡鉆井壓力控制方法示意圖

3 精細控壓鉆井實現(xiàn)近平衡鉆井實例

3.1 基本情況

圖2為塔里木油田某井井身結(jié)構(gòu)，設(shè)計完鉆井深為6 740 m，孔隙壓力當量密度為1.1 g/cm3，設(shè)計造斜點為4 680 m，井眼采用直—增—平結(jié)構(gòu)，設(shè)計水平段長度為1 557 m，最大井斜角為89.63 °，設(shè)計二開中完井深為4 955 m，三開?168.3 mm鉆頭鉆進。設(shè)計在進入A點(5 183 m)前50 m(5 133 m)處使用精細控壓鉆井方法，以達到近平衡鉆井的目的。

3.2 近平衡鉆井壓力控制過程

采用精細控壓鉆井系統(tǒng)實現(xiàn)近平衡鉆井時，采用以流量為目標的壓力控制方法，由于初始時井底為過平衡狀態(tài)，鉆井液密度為1.18 g/cm3，初始設(shè)計井底壓差為3～5 MPa，根據(jù)井下情況，逐漸降低鉆井液密度，鉆井液密度以每次0.01～0.02 g/cm3幅度降低，直到鉆井液密度降為1.10 g/cm3，井底變?yōu)榻胶忏@井。在降低鉆井液密度時應(yīng)時刻觀察出入口流量變化，調(diào)整井口回壓使出入口流量相等。下面以某一時段為例說明精細控壓鉆井壓力控制過程。

圖2 井身結(jié)構(gòu)

(1) 16∶40時出口流量等于入口流量，井口壓力為2.5 MPa，井底為過平衡或近平衡壓力狀態(tài)，采用流量為目標的壓力控制方法控制井底壓力，井口壓力由2.5 MPa降低至2.0 MPa，15 min后再升高至2.5 MPa，一個遲到時間后，出口流量依然等于入口流量，說明井底壓力比地層壓力至少高0.5 MPa。

(2) 井口壓力降低0.5 MPa。

(3) 20∶15井口回壓由2.0 MPa降低至1.5 MPa，20∶30井口回壓由1.5 MPa升高至2.0 MPa，如圖3所示。在一個遲到時間后，井口出口流量增加，如圖4所示。說明在20∶15時降低的井口回壓使地層流體進入井筒，從而確定井口壓力在1.5～2.0 MPa時，井底壓力等于地層壓力，實現(xiàn)了近平衡鉆井。為保證井筒流動穩(wěn)定性，井口壓力維持在2.0 MPa。

圖3 井口改變回壓曲線

圖4 井口出口流量增加曲線

精細控壓鉆井能夠?qū)崿F(xiàn)井底近平衡鉆進，通過降低井口回壓后觀察出口流量能夠判斷井底壓力狀態(tài)。精細控壓鉆井能夠?qū)崿F(xiàn)對井底壓力的精細控制，有效實現(xiàn)對窄密度窗口地層及易噴、易漏地層的安全快速鉆進。由于旋轉(zhuǎn)控制頭壓力控制能力有限，精細控壓鉆井過程中在遇到較大溢流和漏失時無法有效控制，需轉(zhuǎn)入常規(guī)井控程序。

4 結(jié) 論

(1) 由于過大的附加密度值、循環(huán)壓耗等，使得目前近平衡鉆井技術(shù)難以實現(xiàn)近平衡鉆井。

(2) 精細控壓鉆井采用隨鉆測量工具輔助壓力控制方法和以流量為目標的壓力控制方法可以實現(xiàn)井底壓力近平衡鉆井。

(3) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，精細控壓鉆井能夠?qū)崿F(xiàn)近平衡鉆井，該技術(shù)對近平衡鉆井理論和實踐的發(fā)展具有重要意義。

[1] 郝俊芳.平衡鉆井與井控[M].北京：石油工業(yè)出版社，1992：90-102.

[2] 曾時田.四川天然氣井鉆井壓力控制[J].天然氣工業(yè)，2003，23(4)：38-40.

[3] HARTING Thomas，GENT Jonny，ANDERSON Tim. Drilling near balance and completing open hole to minimize formation damage in a sour gas reservoir[C].SPE81622，2003：1-10.

[4] WANG Xi，CHEN Peng，XIN Junhe，et al.Near-balance drilling and openhole/liner completion proved to be effective in production of high-pressure low-Permeability fractured carbonate reservoir[C].SPE108342，2007：1-11.

[5] MOLASCHI Claudio，MASI Silvia，ZAUSA Fabrizio，et al.Near balance drilling benefits addressed through a blowout probability model[C].SPE156911，2012：1-14.

[6] CAPURSO P，SPADA D，BESENZONI L，et al.Near balance drilling：successful application in high pressure well[C].OMC2013-020，2013：1-7.

[7] CREA Francesco，MEHMOOD Asad，MOVSE Keith，et al.Use of the near-balance drilling technology enables an operator to drill successfully the deepest exploratory well in pakistan：case history[C].SPE142831，2011：1-9.

[8] CAPURSO Pietro，SPADA D，BESENZONI L，et al.Near balance drilling：enhanced safety and real time control in deepwater[C].SPE16998，2013：1-4.

[9] 王果，樊洪，劉剛.井底常壓控制壓力鉆井設(shè)計計算[J].石油勘探與開發(fā)，2011，38(1)：103-108.

[10] 王延民，唐繼平，胥志雄，等.控壓鉆井井筒壓力控制技術(shù)初探[J].特種油氣藏，2011，18(1)：132-134.

[11] 郭京華，張華衛(wèi)，黃河福，等.濕瀝青地層控壓鉆井技術(shù)先導(dǎo)試驗及效果評價[J].特種油氣藏，2014，21(3)：138-141.

編輯 孟凡勤

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.035

20160310；改回日期：20160709

國家自然基金“深水高溫高壓井鉆采過程中密閉環(huán)空壓力預(yù)測和套管柱力學研究”(51504284)

張興全(1986-)，男，工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學(華東)安全工程專業(yè)，2015年畢業(yè)于中國石油勘探開發(fā)研究院油氣井工程專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)從事油氣井流體力學研究工作。

TE242

A

1006-6535(2016)05-0141-03