简易控压方法及现场试验

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(1.中国石油 大港油田公司，天津 300280；2.中国石油 渤海钻探工程有限公司，天津300450；3.中国石油 华北油田公司，河北 任丘 062550)

我国石油的勘探开发不断向复杂区域进军，遇到的地层压力问题也越来越复杂，部分地区钻井井控安全的重大风险因素之一是压力窗口不明确，且该情况在新区勘探和老区注采后的井中现象突出，是造成井控安全事故频发、井下复杂的重要因素。

部分区域已钻井出现低密度漏、高密度溢流的现象，为后续施工的井控安全带来了很大的不确定性因素。进一步落实钻井工程中的钻井液安全密度窗口的有效方法是降低井漏风险的前提下低密度钻进，在发生气侵、溢流时提高钻井液密度，从而丰富工程数据，为后续井提供可靠的密度数据[1-6]。

采用上述策略钻井时是通过调节钻井液密度来实现的，但在遇到井漏、溢流等复杂时调节钻井液密度需要的时间较长，不利于快速反应。此外，对于部分复杂地层而言，仅通过调整钻井液密度并不能满足安全作业的需求，尤其在密度窗口不确定、全密度窗口敏感的作业区域，降低钻井液密度在循环时不压漏地层，但停止循环就降低了井底压力，地层流体也会流入井内。提高钻井液密度虽然可以满足静态井底压力大于地层孔隙压力，但开泵循环时又会造成井漏，因此按照常规的钻井压力控制方式，复杂情况无法避免[7-12]。

针对密度窗口不稳定等安全钻井问题，可以采用控压钻井技术来解决。但精细控压钻井技术存在一些问题，例如专用装备关键部件复杂、应用成本费用高等。针对这一问题研究了一种简易控压钻井技术[7-13]。该技术在保留控压核心功能的基础上，简化了节流管汇等设备。通过调节节流管汇节流阀，控制井口回压在井口旋转防喷器额定范围内，采用合理的钻井液密度，保持整个井筒环空压力平衡地层压力，从而保证了井控安全。

在压力窗口敏感地区钻井时，使用简易控压钻井，钻进时可以在合理范围内采用相对低的钻井液密度，循环时保持井底当量密度在安全密度窗口内保证不压漏地层的基础上控制了气侵。在停止泥浆泵的时候，井口通过旋转防喷器施加一定量的回压，以维持静态井底压力在安全范围之内。同时可以利用控压技术易于控制井底压力的特点，在降低井控风险的前提下，采用低密度钻井液钻进，提高机械钻速[14]，从而达到提高勘探开发效果的目的。

1 简易控压钻井方法

1.1 控压钻井设备优化

控压钻井的核心就是对井底压力实现精确控制，保持井底压力在安全密度窗口之内。井底压力等于静液柱压力、环空压耗和井口压力三者之和。井口压力的调节主要通过控压设备来实现[15-17]，主要由自动节流管汇、随钻压力测量工具、旋转防喷器等组成。精细控压技术的实施需要的设备复杂、成本高，对技术服务人员的综合素质要求高，在一定程度上增加了钻井成本，现场应用受到一定限制。

简易控压是在精细控压基础上的一种改进优化，在保留精细控压大部分功能的基础上，以旋转防喷器为核心，对部分设备进行优化。

1) 自动控制节流管汇优化为常规节流管汇。自动控制节流阀控制精度高，误差小(0.2～0.5 MPa)，但价格昂贵。简易控压工艺中，控制压力是利用液动节流阀或手动节流阀进行人工控压，精度有所降低，但保留了节流的核心功能，压力控制精度可以保持在0.5～1.0 MPa。，如图1所示。

1—旋转防喷器；2—钻井泵；3—固控系统和钻井液罐；4—液气分离器；5—控压管汇；6—节流管汇；7—压井管汇。图1 简易控压循环系统及管汇

2) 自动回压补偿系统优化为压井管汇+专用节流管汇+泥浆泵，以实现回压补偿功能。自动回压补偿系统由回压泵、控制阀等组成，在接单根和起下钻时补偿环空压耗造成的压力差，设备复杂且利用率低；简易控压过程中利用压井管汇+专用节流管汇+泥浆泵的组合代替了自动回压补偿系统，在保留回压补偿功能的基础上进行了简化。

3) PWD实时测压短节优化为软件计算压力。精细控压中利用PWD实时测压短节实测井底压力作为控压的依据，但PWD短节压力传输依赖于泥浆脉冲，受定向仪器和传输时间的影响，部分井不便于下入工具进行传输，同时压力脉冲信号传输滞后，使控压时的参考数据滞后。因此，可以通过计算井底压力代替测量压力，以计算数据作为控压依据，对计算结果的实时校核也能满足现场施工对数据的需求。

1.2 控压实现方法

1) 正常钻进时。在正常钻进时，由于钻井液密度能够控制住地层压力，钻井液经旋转防喷器侧面液动平板阀。通过管线到高架槽，回流到循环罐，与常规钻进相同。钻井液循环路线如图2所示。

图2 正常钻进时钻井液循环路线

2) 气侵时简易控压循环。发生油气侵仍需要钻进时，钻井液循环经四通进入专用节流管汇，调节节流阀，合理控制井口回压，通过液气分离器除气，经高架槽进循环罐。钻井液循环路线如图3所示。

图3 气侵钻进时钻井液循环路线

3) 控压起下钻控压。在起钻过程中，若在井底压力不断增大的情况下，油气大量进入井筒，使得井眼内液柱压力下降，造成井口压力增大，增加了作业风险。为降低这种风险，需要控压起钻[13-15,20]，简易控压起下钻的控压值需要附加起钻抽吸压力或激动压力，从而消除抽汲压力、激动压力的影响，实现安全起下钻。

控压起下钻时钻井液循环如图4所示。旋转防喷器胶芯中是钻具，钻井液流经压井管线和压井管汇进入井筒，再从井筒流经节流管汇至钻井液罐。在控压起下钻的过程中，钻井液保持循环并调节节流阀使井口保持一定的压力，从而达到控制井底压力大小的效果。起钻时，井底压力(井口回压+静液柱压力-抽汲压力)<地层压力，抽汲压力的存在使得井底欠压值增大，可适当增加井口回压；下钻时，井底压力(井口回压+静液柱压力+激动压力)<地层压力，激动压力使井底欠压值减小，此时可适当降低井口回压。

使用该方法调节井底欠压值，可实现控压条件下起下钻，工艺简单，不需要注入重浆，压力调节速度快。在控制起下钻速度不变的情况下，可较为准确地控制井底欠压值。但控制精度对抽汲压力和激动压力的计算精度和变化要求高，因此要求起下钻过程中保持恒定的起下钻速度，以尽量保持作业中激动压力和抽汲压力不变，以提高压力控制精度。

图4 控压起下钻时钻井液循环路线

2 现场试验

2.1 N78-2x井降低井控风险

N78-2x井邻井N78x井在沙一段地层钻进，钻井液密度1.33 g/cm3，出现气侵，后提高钻井液密度至1.45 g/cm3完钻。其后N78-1x井在密度1.40 g/cm3时发生了井漏，堵漏后发生气侵，提高钻井液密度1.46 g/cm3后完钻。实钻情况表明该区块地层压力较为复杂，压力窗口不稳定。

为了降低钻井过程中溢漏复杂引起的井控风险、丰富该区块地层压力数据，同时考虑到便于现场可实施性、作业成本等，计划使用简易控压钻井技术。在发生溢流时，通过增加井口回压，快速提高井底压力，进而缓解溢流防止井控升级，缩短处理复杂时间，提高钻井效率。

实钻过程中，沙一段采用密度为1.26 g/cm3，钻井液钻进时遇到气侵，通过控压技术逐步将密度提到1.37 g/cm3压稳油气层，控压数据如表1所示。使用简易控压钻井技术后，该井比邻井同层位钻井液密度低，保证了该井安全，并进一步丰富了该区块合理的钻井液密度数据。

表1 N78-2x井控压数据

2.2 AT2x井实现降密提速

AT2x井邻井WG1井奥陶系钻井液密度1.11 g/cm3，发生井涌后，钻井液密度提高至1.15 g/cm3；WG2井1.0 g/cm3钻井液密度严重漏失；AT1x井钻井液密度1.05 g/cm3钻进时发生溢流，提高钻井液密度至1.15 g/cm3后，压稳油气层。实钻情况表明，该区块地层压力复杂，为了降低溢漏复杂引起的井控风险，使用简易控压技术，一方面有利于井控安全的提高；另一方面钻井中采用钻井液密度下限钻进，降低钻井液密度后也能有效提高机械钻速[14]。

AT2x井实钻过程中，奥陶系采用密度为1.05 g/cm3的钻井液钻进时发生气侵，通过控压技术逐步提高钻井液密度至1.09 g/cm3后，压稳油气。该井比邻井AT1x同层位钻井液密度降低0.06 g/cm3；机械钻速为6.60 m/h，比AT1x(机械钻速4.11 m/h)提高了53%。

现场试验表明，简易控压钻井技术通过简化设备、保留控压核心功能的基础上仍然能够实现控压钻井。通过简易控压钻井技术的实施，一方面增加溢流复杂情况的快速反应能力，另一方面在保证安全的前提下使用低密度钻井液，有效提高机械钻速。

3 结论

1) 简易控压钻井技术在保留控压核心功能的基础上对节流管汇、回压补偿系统等进行优化，降低了作业成本，便于现场实施。

2) 应用简易控压钻井技术，可以在发生溢流时增加井口回压，从而快速提高井底压力，达到缓解溢流防止井控升级的目的。

3) 该技术在降低井控安全风险的前提下，丰富了钻井工程许用的钻井液密度范围；且通过采用低密度钻井液钻进，可提高机械钻速。