精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)研究

楊立華

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對石油天然氣能源的依賴度越來越高，而石油天然氣的開采基于鉆井質(zhì)量。在油氣田勘探開發(fā)鉆井施工中，由于各種因素影響，工程事故時有發(fā)生，對鉆井工程施工人員的身心健康造成了嚴(yán)重危害，對安全生產(chǎn)構(gòu)成了不同程度的影響。為了有效解決油氣田勘探開發(fā)鉆井施工中存在的問題，保證施工人員生命和國家財產(chǎn)安全，提高鉆井質(zhì)量和資源開發(fā)效率，結(jié)合鉆井工作實際，本文對精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)進(jìn)行研究，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：精細(xì)控壓鉆井;井筒控制技術(shù);壓力控制;研究

1 引言

鉆井施工是油氣田勘探開發(fā)的基礎(chǔ)工程，在鉆井施工過程中，經(jīng)常會遇到鉆井液安全密度窗口過于狹窄的問題，在這種情況下，如果仍然按照常規(guī)的鉆井施工技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，可能會形成井涌、壓差卡鉆、漏失等較大的安全風(fēng)險隱患，嚴(yán)重時會使鉆井工程被迫停止，甚至引發(fā)較為嚴(yán)重的安全事故。近年來在鉆井實踐中采用精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)，能夠較為精確地確定井下壓力環(huán)境變化界限，精準(zhǔn)控制井筒壓力，對避免井涌的發(fā)生具有非常明顯的作用，實現(xiàn)了油氣田勘探開發(fā)鉆井施工的安全生產(chǎn)，本文對此進(jìn)行分析。

2 精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)

油氣田勘探開發(fā)鉆井技術(shù)是依靠壓力控制的生產(chǎn)過程，精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是指根據(jù)地層融入井筒流體壓力的不同控制井筒壓力的不同精確度，以達(dá)到安全鉆井施工的目的。在油氣田勘探開發(fā)鉆井施工過程中，當(dāng)?shù)貙又腥谌刖驳牧黧w小于80L時，精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)能夠迅速監(jiān)測到溢流的存在，要在2min的時間內(nèi)快速采取控制措施，使得地層內(nèi)融入井筒的流體量控制在80L以內(nèi)，并控制井口回力在0.35MP以內(nèi)，以實現(xiàn)鉆井施工的安全生產(chǎn)。根據(jù)對壓力控制的技術(shù)不同，精細(xì)空壓鉆井技術(shù)可分為為流量控壓鉆井技術(shù)、動態(tài)環(huán)空壓力控制鉆井技術(shù)以及井底恒壓壓力控制鉆井技術(shù)。精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)可用于過平衡鉆井施工、欠平衡鉆井施工以及近平衡鉆井施工過程，重點能夠解決由于鉆井液循環(huán)密度引發(fā)的鉆井過程中所產(chǎn)生的問題，如塔中的硫化氫含量過高、油藏儲層產(chǎn)生裂縫以及地質(zhì)儲層壓力過大而引起的鉆井中的敏感問題。精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)的核心包括旋轉(zhuǎn)防噴器、地面壓力控制裝置以及對流體流量、環(huán)空多相流動規(guī)律的分析和研究。

3 精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 井筒壓力剖面控制的原則

精細(xì)控壓鉆井井筒壓力控制過程中，井筒壓力剖面與普通的過平衡鉆井施工存在較大差異，因此，應(yīng)嚴(yán)格滿足以下原則：

第一，必須滿足井筒裸眼段鉆井液泥漿安全密度窗口的需求。在鉆井施工中壓力欠平衡狀態(tài)下，地層流體在壓力的作用下會流入井筒，使井壁的穩(wěn)定性受到影響，因此在鉆井過程中，應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井井筒壓力控制技術(shù)前，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)具有合理性。

第二，必須能夠滿足井口壓力控制設(shè)備額定的壓力范圍。精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)是依據(jù)旋轉(zhuǎn)防噴器及節(jié)流管匯對井筒的壓力實現(xiàn)精確控制，工藝技術(shù)所允許的井口控制回壓的最大值必須掌握在井口空壓設(shè)備的額定壓力范圍以內(nèi)，鉆井前必須進(jìn)行精確設(shè)計。

第三，必須滿足套管內(nèi)井筒的抗壓強(qiáng)度以及液體環(huán)空流型控制要求。以實現(xiàn)安全生產(chǎn)和提高工資效率。

3.2 不同工況狀態(tài)下的井筒環(huán)空壓力控制方法

如何將井底儲層壓力控制在工藝設(shè)計的有效值內(nèi)，是實施精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)的關(guān)鍵。通常情況下，要對井筒的立壓、套壓、產(chǎn)液（氣）量等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，對液（氣）流閥的開啟程度按技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)整，在不同工況狀態(tài)下，對井筒環(huán)空壓力的控制方法主要有：

第一，排量不變，泵壓下降的控制。在鉆探高產(chǎn)油氣層過程中，很容易出現(xiàn)在排量保持不變的情況下泵壓下降，這時要對節(jié)流閥進(jìn)行及時調(diào)整，使立壓數(shù)值回歸到原始設(shè)定狀態(tài)，以保持井底儲層壓力的恒定不變，防止由于鉆產(chǎn)油氣量的增加而增加驚恐的難度和安全風(fēng)險。

第二，接卸單根起鉆和下鉆的控制。在對井筒壓力的實施控制過程中，起鉆與下鉆所產(chǎn)生的波動壓力超過安全可控制壓力窗口時，必須在井口通過人力施加回壓進(jìn)行控制。起鉆過程中，如果關(guān)閉節(jié)流閥仍然無法達(dá)到回壓控制標(biāo)準(zhǔn)，可以通過加壓泵提供額外套壓促使井底壓力提高，達(dá)到地下流體無法進(jìn)入井筒之內(nèi)的目的。

第三，鉆產(chǎn)油氣量過大的控制。如果鉆產(chǎn)的油氣量過大而造成井筒壓力失衡，應(yīng)將節(jié)流閥調(diào)小以增加泵壓便可得到有效解決。但需要值得注意的是，井筒內(nèi)存在的油氣需要通過不斷循環(huán)，在一周左右的時間排放出來，控制效果存在滯后效應(yīng)，因此應(yīng)對回壓嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，如果忽視這一點而不斷提高回壓，可能會造成井漏等嚴(yán)重的不良后果和無法控制的安全事故。

第四，排量不變，立壓和套壓升高的控制。在鉆井過程中如果發(fā)生立壓和套壓突然升高的現(xiàn)象，需要對產(chǎn)生的原因進(jìn)行科學(xué)分析和準(zhǔn)確判斷。如果是因為井下氣體滑脫上升所引起的壓力升高，可采取節(jié)流循環(huán)排氣降壓方法進(jìn)行控制;如果控制無效，則要對地層壓力進(jìn)行重新準(zhǔn)確計算，按照工藝技術(shù)設(shè)計的壓差值加重鉆井液或減少注氣量實施控制。

4 實例分析

以試驗中某井鉆井?dāng)?shù)據(jù)為案例，工藝設(shè)計如下：技術(shù)套管外徑f 245.5 mm下放至6600m深度，計劃完成鉆井深度6710m，鉆井使用f215.5mm牙輪鉆頭，鉆具規(guī)格由下至上分別為無磁鉆鋌：長10m、f177.6mm;無磁承壓鉆桿：長10m、f125mm;斜坡加重鉆桿：長500m、f127mm;普通鉆桿：長6000m、f127mm。該井口地面溫度21℃，地層壓力梯度1.20MPa/100m，鉆井速度3m/h，壓力泵排量10.5-12.5L/s，鉆井液密度控制在1.07-1.17g/cm3。鉆井實踐中，在壓力泵停止工作的條件下，計算得出的井口回壓值與實際井口所必須達(dá)到的回壓值之間的誤差為0.2MPa，實現(xiàn)了對井底壓力的精確控制。

總之，油氣田勘探開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境日趨復(fù)雜，應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井井筒控制技術(shù)，對井口的回壓值進(jìn)行科學(xué)和精準(zhǔn)計算，改變了傳統(tǒng)單一的鉆井技術(shù)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)油氣田勘探開發(fā)的安全生產(chǎn)和提高勘探開發(fā)效率，對促進(jìn)油氣田的發(fā)展具有積極地推動作用。

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