常规控压钻井技术分析及改进应用探究

王光光

摘要：钻井过程中经常发生“又溢又漏”现象，密度窗口窄，井控风险大，易出现井控险情，且井下复杂事故率高，井眼轨迹及井身质量也得不到有效保障，水平井水平段延伸能力受到制约，鉴于精细控压成本过高，对于控压精度要求不高的井，常规控压钻井技术得到实施应用及规模化推广。

关键词：常规控压；钻井技术；钻井液；当量密度；规模化推廣

常规控压钻井技术就是通常所说的井底恒压，使井底压力间保持适当的过平衡状态，从而控制地层流体的侵入，确保井底压力和正常钻进时相对恒定。探讨了常规控压钻井技术原理，通过近年来的实践应用，总的钻井液当量密度仍高于地层孔隙压力。在这种情况下，对发生意外侵入的流体应当使用 MPD 井口装置使侵入流体得到适当控制。

1 常规控压技术概括

控压钻井工艺的核心是控制井底压力和井筒压力分布，在控压钻井过程中，钻井液在井筒内循环，以达预期的井底压力。通过地层破裂压力和孔隙压力梯度、以及井壁稳定性来确定

钻井液密度。常规钻井方式下，对于窄安全密度窗口的地层而言按照动压设计井底压力，则在停泵时，钻井液处于静止状态，井底压力将降低至孔隙压力以下，地层流体将涌入井筒；

当按照静压设计井底压力满足安全窗口时候，循环钻井液时候井底压力将升高，并超过地层破裂压力，这会压漏地层达不到控压钻井的目的。因此，想控制井底在停钻和循环时候都能保持井底压力在安全窗口内，那么就需要进行井口回压的控制（见图1）。

通过调节钻井液比重，按照循环动压满足安全钻进要求设计，即循环过程中若降低钻井液比重便可使井筒压力低于地层破裂压力，停钻时候在井口施加回压使井底压力高于空隙压力，此时就能满足动静压均在安全密度窗口内，即保持井底压力任何时候相对恒定，这是陆地上窄安全密度窗口安全快速控制压力钻井的一种最有效的解决办法，这也是常规控制压力钻井的基本原理。要准确地控制井底压力，并按要求调节井筒压力梯度或井底压力的当量循环密度在安全窗口内，就需要准确计算井筒内的压力剖面。常规钻井过程中，井底压力等于钻井液静液柱压力与环空摩阻压力之和，环空摩阻压力是在钻井过程中钻井液循环所产生的，接单根时，应关泵停止循环钻井液，这样就消除了环空摩擦压力，要想井底压力相对恒定就需要施加相应的回压。参数确定需要建立井筒水力学理论模型进行求解，或者进行实测。

2 控压钻井技术改进

采用现有的控压钻井技术起钻，在带压起钻至设计井深后，环空注入稠塞，在环空稠塞上部注入重浆，重浆的液柱压力与下部轻浆的液柱压力能平衡地层压力。但是这种方法中，井口带压起钻过程中，因钻具内有单流阀，环空液柱压力大于钻具内压力形成负压差，导致起钻过程中，钻具内钻井液（即轻浆）不能通过钻具水眼流入井筒，卸钻具时，钻井液流到钻台上，导致钻台湿滑，钻台人员操作风险增大，同时造成钻井液一定量的损失，并且现有的控压钻井技术起钻，起钻时效降低，若以3000米井深的井为例，起钻时间需要15小时至16小时。目前常用的控压钻井技术起钻时环空液柱压力大于钻具内压力形成负压差导致钻具内钻井液不能通过钻具水眼流入井筒，卸钻具时，钻具容易流到钻台上，造成钻台湿滑，使得钻台人员操作风险增大，并且起钻时效降低，同时造成钻井液损失的问题。

改进技术方案：一种控压钻井起钻方法，按下述步骤进行：第一步，在控压钻井起钻前，根据实际地层压力及带压起钻高度，设计重浆密度，重浆密度=（地层压力-轻浆密度×带压起钻高度×重力系数）/[（井深-带压起钻高度）×重力系数]，其中，重浆密度和轻浆密度的单位为g/cm3、地层压力的单位为MPa、井深和带压起钻高度的单位为m、重力系数为0.00981；第二步，根据第一步中计算的重浆密度，准备好所需重浆密度的重浆，在起钻前，先向钻具内注入重浆，重浆的注入量满足：钻具内上部注入的重浆的液柱压力与钻具内下部轻浆的液柱压力之和大于井口回压、环空液柱压力与打开单流阀压差之和，其中，打开单流阀压差通过地面设备打压方式测得；第三步，起钻过程中，钻具内轻浆在内外正压差的作用下，通过钻具的水眼流入环空内；第四步，当钻具起钻至确定好的带压起钻高度时，将准备好所需重浆密度的重浆注入至环空内，此时，环空内的重浆的液柱压力和轻浆的液柱压力之和与地层压力平衡，同时钻具内灌满重浆。通过本文起钻方法，能够有效避免钻具内钻井液流到钻台上造成钻台湿滑的情况发生，这样，就能够降低钻台人员操作风险，同时也避免了钻井液的浪费，节约成本，若以3000米井深的井为例，起钻时间只需10小时至12小时，相比于现有的控压钻井技术，起钻时间节省了3小时至6小时，能够有效提高控压钻井起钻时效。

3 井底压力监测技术

实现精确压力控制的关键参数是井底环空压力和循环压耗，对于深井，由于其高温高压特性，很难精确计算。通常实际作业过程中，循环压耗值的求取有两种可行的方法。即采用钻井水力学参数计算软件模拟在多种工况下的循环压耗，并配合井下压力计实测井底压力推算循环压耗，对软件计算结果进行校正。同时介于精细控压井底压力监测的优势，目前正在摸索随钻压力监测仪 PWD 在常规控压钻井中的使用，通过压力的随钻监测，实时监测并控制井底压力，减少井底压力的波动，有利于窄压力窗口钻完井作业。

4 结论

通过欠平衡专用设备旋转控制头用井底压力控制技术，在一定程度上延长了压力敏感性储层水平段的延伸能力，降低了漏喷同存的作业风险；提高了钻井作业的安全性，成功保障了多井次的复杂施工作业，取得了良好的经济效益。

参考文献

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（作者单位：中石化中原石油工程有限公司钻井二公司）