曹悅賢

摘要：為了研究鉆井工程所涉的控壓鉆井技術(shù)要點(diǎn)。本文基于筆者中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井一公司多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合實(shí)際的前提下開(kāi)展相關(guān)分析。系統(tǒng)介紹了控壓鉆井所涉的井底壓力恒定技術(shù)、加壓泥漿帽鉆井技術(shù)、水平井控壓鉆井技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、連續(xù)管和套管控壓鉆井技術(shù)以及優(yōu)選控壓鉆井液的篩選方案。最后在筆者自我運(yùn)用和經(jīng)驗(yàn)指引下進(jìn)行了控壓鉆井技術(shù)的應(yīng)用前景的展望。

關(guān)鍵詞：欠平衡;控壓;鉆井;泥漿;侵入

化石能源的開(kāi)采需要?jiǎng)冸x地層，通過(guò)探孔和原始礦山開(kāi)采進(jìn)行媒介化生產(chǎn)。而石油天然氣的開(kāi)采更是需要先期勘探、甜點(diǎn)預(yù)測(cè)、鉆井設(shè)計(jì)在測(cè)錄井、定向鉆、金剛石鉆頭等一系列技術(shù)與設(shè)備的配合下完成一定深度的井眼延伸，最終穿遇設(shè)定油氣藏完井開(kāi)采。而鉆井工程中井控主要依靠井控設(shè)備和泥漿起到了潤(rùn)滑鉆頭，支撐井壁，沖擊提速、壓井井控的作綜合用。根據(jù)井控需要除了配備好井控設(shè)備和異常演練完善前提下，日常現(xiàn)場(chǎng)還需要進(jìn)行重漿儲(chǔ)備以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，而在頁(yè)巖氣井中由于儲(chǔ)層傷害的不同特點(diǎn)，需要考慮速敏和其他多重濾失傷害因素的發(fā)生。所以在鉆進(jìn)參數(shù)合規(guī)確保安全的前提下需要嚴(yán)格考慮泥漿性質(zhì)，確保一天至少2次的泥漿性能檢測(cè)，并強(qiáng)化坐崗。確保井控安全。本文基于筆者多年鉆井一線工作經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)現(xiàn)狀和運(yùn)行現(xiàn)狀上展開(kāi)多維角度分析和討論。力求彌補(bǔ)當(dāng)前井控工作管理混亂，人員素質(zhì)低下問(wèn)題。系統(tǒng)探索了控壓鉆井技術(shù)的工程意義和智能化監(jiān)控系統(tǒng)組成。給鉆井工程更好更快的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

一、控壓鉆井技術(shù)概述

控壓鉆井技術(shù)是基于工藝原理手段進(jìn)行的提速提效、保證安全的本質(zhì)技術(shù)之一。而在具體操作實(shí)施方面卻受到諸多條件限制。但是在運(yùn)用和推廣方面理論接受程度和市場(chǎng)反響程度較好。原理方面，進(jìn)行有限的控壓鉆井能合理和科學(xué)的控制井眼壓力。達(dá)到多維工況下的水流壓力平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備和相關(guān)儀表可以進(jìn)行水流擾動(dòng)產(chǎn)生的不同程度變化，指引現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)查明原因，調(diào)整工況，預(yù)控風(fēng)險(xiǎn)。操作層面，該技術(shù)的運(yùn)用也僅需節(jié)流閥進(jìn)行水力壓力的節(jié)流管匯調(diào)整，確保井壁穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)進(jìn)效率的合理匹配，在合理標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)安全運(yùn)行。而多維角度的鉆井液優(yōu)化還能極大降低成本，將井漏概率和儲(chǔ)層污染程度降至最低。而控壓節(jié)流閥的操作也能在計(jì)算機(jī)以及安全保護(hù)裝置的配合下進(jìn)行智能化安全運(yùn)行。

需要注意應(yīng)用控壓鉆井技術(shù)需要首先明確和了解鉆井工程涉及的常規(guī)鉆井井控技術(shù)、鉆井液配比技術(shù)以及完井技術(shù)。在理論基礎(chǔ)強(qiáng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行控壓鉆井設(shè)計(jì)，全面優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)裝備配給，優(yōu)化管柱力學(xué)與工具運(yùn)用程度。根據(jù)基礎(chǔ)物理計(jì)算，控壓鉆井技術(shù)細(xì)分包括了過(guò)平衡鉆井技術(shù)、近平衡鉆井技術(shù)、欠平衡鉆井技術(shù)、精細(xì)控壓鉆井技術(shù)。具體技術(shù)概述如下：

過(guò)平衡鉆井技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)OBDT（OverbalancedDrillingTechnology），其理論解釋為：鉆井過(guò)程中預(yù)設(shè)泥漿密度灌入井筒中產(chǎn)生的靜液柱壓力大于地層孔隙介質(zhì)產(chǎn)生的壓力時(shí)，確保井筒巖屑剝離虧空導(dǎo)致的應(yīng)力變化平穩(wěn)，而高效穩(wěn)定的鉆進(jìn)。通常在實(shí)際操作中，相應(yīng)鉆井液密度需要參考常規(guī)鉆進(jìn)裸眼井段最高地層孔隙壓力前提下的最高值在附加一個(gè)補(bǔ)償量。根據(jù)筆者工作經(jīng)驗(yàn)，路上油氣田附加值的確定準(zhǔn)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(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)NBDT（NearbalancedDrillingTechnology），其理論解釋為：鉆井過(guò)程中預(yù)設(shè)泥漿密度灌入井筒中產(chǎn)生的靜液柱壓力等于地層孔隙介質(zhì)產(chǎn)生的壓力時(shí)，確保井筒巖屑剝離虧空導(dǎo)致的應(yīng)力變化平穩(wěn)，同時(shí)最小程度污染地層，確保安全鉆進(jìn)。筆者在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用該技術(shù)情況較少，僅僅是在確保安全的個(gè)別開(kāi)發(fā)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(jīng)驗(yàn)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(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)UBDT（UnderbalancedDrillingTechnology），其理論解釋為：鉆井過(guò)程中預(yù)設(shè)泥漿密度灌入井筒中產(chǎn)生的靜液柱壓力略小于地層孔隙介質(zhì)產(chǎn)生的壓力時(shí)，而鉆進(jìn)過(guò)程中地層內(nèi)的傾入流體以一定速度微量進(jìn)入井筒，并參與循環(huán)并排出至地面的固控設(shè)備中。依據(jù)安全余量及其工作要素，可以將欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)行不同循環(huán)介質(zhì)的區(qū)分，常見(jiàn)的區(qū)分方式有氣相欠平衡鉆井技術(shù)、氣液兩相欠平衡鉆井技術(shù)、液相欠平衡鉆井技術(shù)三大類(lèi)。而現(xiàn)場(chǎng)具體運(yùn)用層面的操作中，通常運(yùn)用干空氣、氮?dú)夂吞烊粴庾鳛闅庀嗲菲胶忏@井的驅(qū)動(dòng)氣。運(yùn)用霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井液技術(shù)開(kāi)展液相欠平衡鉆井實(shí)現(xiàn)。而在鉆井液的使用中，液相欠平衡鉆井也需要根據(jù)地質(zhì)情況和成本考慮進(jìn)行常規(guī)鉆井液鉆井、混油鉆井液鉆井、泥漿帽鉆進(jìn)工藝的對(duì)比優(yōu)選。

二、控壓鉆井（MPD）系統(tǒng)的組成

控壓鉆井技術(shù)從概念誕生到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其相關(guān)工具和工藝發(fā)展還不成熟。需要系統(tǒng)性操作體系和智能化控制元件指引生產(chǎn)運(yùn)行高效、安全。而該技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)前的（MPD）最新發(fā)展就涵蓋有決策分析系統(tǒng)、參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)、指令執(zhí)行系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等多重功能板塊。具體實(shí)施為現(xiàn)場(chǎng)一次表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與篩選，將非實(shí)時(shí)輸入模塊中的關(guān)鍵要害數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)定量的獲取，將相關(guān)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和帶入，運(yùn)用計(jì)算分析手段完成相應(yīng)功能化操作。將模擬計(jì)算出水力學(xué)參考模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。核算出危險(xiǎn)預(yù)控的壓力控制范圍與目標(biāo)。然后生成操作化規(guī)范，并在邏輯判斷模塊幫助下依據(jù)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、指令系統(tǒng)等給出的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)決策進(jìn)行判斷最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，共享和監(jiān)控。最終在多維判定下篩選出工藝最優(yōu)解，并進(jìn)行井下儀器參數(shù)的數(shù)據(jù)反演式容錯(cuò)監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等施工任務(wù)的順利完成。

三、控壓鉆井關(guān)鍵技術(shù)

1.井底壓力恒定技術(shù)

這種技術(shù)也被稱(chēng)為等效循環(huán)密度控制，調(diào)節(jié)環(huán)的液壓節(jié)流壓力和鉆井液的靜態(tài)柱壓來(lái)精確控制井底壓力的方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，平衡鉆井通常進(jìn)行與比在循環(huán)過(guò)程常規(guī)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(huán)的壓力損失。當(dāng)井關(guān)閉和鉆管連接，周期性壓力損失就會(huì)消失，同時(shí)，留下該井底壓力處于不平衡狀態(tài)，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(wèn)題。從理論上講，在這種情況下，當(dāng)井口處于靜止?fàn)顟B(tài)，環(huán)形壓力時(shí)，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(guò)程中，將單根和環(huán)形壓力分布的壓力控制鉆井操作的過(guò)程中，如果在下層射流或泄漏的一個(gè)問(wèn)題，它可通過(guò)壓力來(lái)控制。

2.加壓泥漿帽鉆井技術(shù)

此技術(shù)主要是在井口在孔中的最低環(huán)形流體密度，這就是為什么它被稱(chēng)為加壓泥漿床鉆孔施加正壓。在正常情況下，這種技術(shù)可以有效地控制井漏的問(wèn)題，在海底和陸上石油和天然氣井泄漏嚴(yán)重執(zhí)行操作。在應(yīng)用加壓泥漿層鉆井技術(shù)，如果儲(chǔ)層壓力小于凈水頭的過(guò)程中，有必要使用泥漿層鉆井技術(shù)（未加壓的）和干凈的水噴入環(huán)泵當(dāng)鉆井液是該從眼睛氣體將通過(guò)環(huán)的清潔水的壓力返回到地層，以確保施工作業(yè)可以繼續(xù)。如果儲(chǔ)層壓力大于靜水壓頭值，加壓泥漿床鉆井技術(shù)需要通過(guò)添加重鉆井流體，以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)孔的壓力平衡。在應(yīng)用過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)控制頭通常用于從地層到環(huán)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(shù)實(shí)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(huán)，以防止油和氣體進(jìn)入環(huán)，以確保在壓力控制好。

3.水平井控壓鉆井技術(shù)

控制鉆井技術(shù)水平壓力需要的特殊的井下動(dòng)力生產(chǎn)工具和先進(jìn)的精密控制壓力鉆井測(cè)量?jī)x器在申請(qǐng)過(guò)程中的應(yīng)用。的井鉆出傾斜的過(guò)程中控制壓力鉆井過(guò)程中的角度必須嚴(yán)格控制。以上86度維持，水平井壓力來(lái)控制鉆井技術(shù)基本上是定向的壓力來(lái)控制鉆井技術(shù)。該技術(shù)已在我國(guó)的控制壓力鉆井生產(chǎn)中使用了很長(zhǎng)的時(shí)間。經(jīng)過(guò)多年的優(yōu)化和改進(jìn)，相關(guān)公司有幾個(gè)重要的技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)，比如垂直調(diào)節(jié)，穩(wěn)定的鉆探，動(dòng)態(tài)檢測(cè)和多個(gè)打開(kāi)的轉(zhuǎn)盤(pán)。向上和向下調(diào)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(diào)整的壓力來(lái)控制鉆井期間。鉆孔工具的穩(wěn)定性主要是指在生產(chǎn)中的選擇和組合的方法，必須嚴(yán)格控制所使用的鉆孔工具的穩(wěn)定性的嚴(yán)格控制。動(dòng)態(tài)測(cè)試主要關(guān)心的是評(píng)估和定向狀態(tài)的測(cè)試中，組合鉆削刀具的方向的狀態(tài)和壓力控制的鉆孔部分的計(jì)算，和詳細(xì)的分析和鉆孔的有效的調(diào)整。通過(guò)受控壓力。打開(kāi)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的主要目的是為了減少阻力和摩擦增加機(jī)械設(shè)備的實(shí)際速度。一般來(lái)說(shuō)，從鉆托盤(pán)的水平段進(jìn)尺應(yīng)控制在總進(jìn)尺超過(guò)3/4。

4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在壓力控制鉆井技術(shù)中起著非常重要的作用。只有掌握了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，才能真正了解石油開(kāi)采。因此，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是壓力控制鉆井技術(shù)中不可缺少的重要組成部分。在壓力控制鉆井施工前，技術(shù)人員必須收集傳輸技術(shù)提供的信息，分析油田下的條件，確定開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)因素;那么，帶壓力控制的鉆井液脈沖傳輸一般在隨鉆測(cè)量時(shí)進(jìn)行。在大型油田中，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，但在使用該技術(shù)的過(guò)程中也存在一定的問(wèn)題。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性會(huì)受到電磁感應(yīng)的影響，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)錯(cuò)誤。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)也在不斷完善和創(chuàng)新。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，需要將數(shù)據(jù)技術(shù)與電磁技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮控壓鉆井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)油田經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)增長(zhǎng)。

5.連續(xù)管和套管控壓鉆井技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)石油企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)連續(xù)控壓鉆井技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新和優(yōu)化，在吹氣裝置中安裝了環(huán)形橡膠裝置。這種配置可以為壓力控制鉆井提供安全穩(wěn)定的操作環(huán)境。大大降低控壓鉆井過(guò)程中的地層損傷，保證控壓鉆井作業(yè)的順利開(kāi)展，有效保護(hù)油氣層結(jié)構(gòu)。采用連續(xù)控壓鉆井技術(shù)，無(wú)需停泵，可保證控壓鉆井液循環(huán)的連續(xù)性，防止控壓鉆井施工過(guò)程中發(fā)生井噴事故。該技術(shù)用于深化控壓鉆井、老井和小井測(cè)井的生產(chǎn)。在應(yīng)用工程中不需要使用太多的機(jī)械設(shè)備，一般技術(shù)領(lǐng)域比較小。在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中。它也經(jīng)常用于限制地形施工或海上平臺(tái)上的受控壓力鉆井作業(yè)。壓力控制襯管鉆井技術(shù)是指下襯管鉆井與控制壓力的有效結(jié)合。該技術(shù)的應(yīng)用避免了傳統(tǒng)的井下壓力控制鉆井施工，有效優(yōu)化了水力參數(shù)，提高了井的清潔度，同時(shí)提高了環(huán)境控制的整體返回速度。

6.優(yōu)選控壓鉆井液

壓力控制鉆井液性能直接關(guān)系到井的清潔度、井質(zhì)量、壓力控制的鉆井速度等。壓控鉆井液優(yōu)化過(guò)程堅(jiān)持以硅穩(wěn)定劑為重點(diǎn)，積極攻關(guān)。攻堅(jiān)克難，實(shí)現(xiàn)控壓鉆井“穩(wěn)上快下快”的目標(biāo)。井穩(wěn)優(yōu)化是在原有壓控鉆井液的基礎(chǔ)上，加入一定比例的KH-931降濾失劑。通過(guò)觀察泥層質(zhì)量和頁(yè)巖的抑制能力，發(fā)現(xiàn)2%的添加比例是一個(gè)非常好的優(yōu)化效果。井凈化采用優(yōu)化控壓鉆井液流變參數(shù)的方法，控制控壓鉆井液的塑性動(dòng)力比（YP/PV）。流速最好保持在490500/s范圍內(nèi)。 0.6以?xún)?nèi)。潤(rùn)滑防卡劑用于提高控壓鉆井液的潤(rùn)滑性能，添加白油和無(wú)熒光液體潤(rùn)滑劑，添加比例約3%，可大大提高壓力潤(rùn)滑性能。控制鉆井液和防止鉆具出現(xiàn)卡死。防漏堵漏優(yōu)化采用提高地層承壓能力的方法，引入超低滲透堵漏技術(shù)，避免因漏漏造成的經(jīng)濟(jì)損失和儲(chǔ)罐損壞。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)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(fù)雜資源的開(kāi)采日益常態(tài)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(chǎn)順利的生產(chǎn)是當(dāng)前技術(shù)人員迫切需要考慮的問(wèn)題?？貕恒@井技術(shù)兼顧了常規(guī)油氣田開(kāi)發(fā)的井控安全，又融入了力學(xué)導(dǎo)向下的優(yōu)快鉆井理念。在欠平衡鉆井施工的基礎(chǔ)上不斷完善地面設(shè)備設(shè)施和井下故障復(fù)雜預(yù)控手段。為有效縮短鉆井周期、提高機(jī)械鉆速的安全生產(chǎn)前提提供了工藝層面的可行性操作意見(jiàn)。

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