页岩气钻探中控压钻井技术的应用探讨

2019-07-16丁伟洲

冶金与材料 2019年3期

丁伟洲

（贵州省煤田地质勘察研究院，贵州贵阳 550000）

控压钻井与常规钻井技术相比，在钻进施工中，如果发现井漏，可快速降低井底压力，还可以对钻进过程进行监测，及时发现压差卡钻事故，对井底压力波动实现精细化控制，应用优势明显。因此，对控压钻井技术在页岩气钻探中的应用方式进行深入研究迫在眉睫。

1 压力钻井技术的相关概述

在压力钻进施工中，常用钻井方式采用井底恒压钻井，首先需结合实际情况选择合适的钻井液，然后再进行钻井施工，要求在确保关井接单根的基础上，将井底压力、地面回压控制在平衡状态，进而对地层流体侵入进行有效控制。通常情况下，在钻井施工过程中，都必须做好井底压力计算，在计算过程中，对于环空压耗，可采用Pf表示，对于井口回压，可采用Pm表示，对于套压，可采用Pc表示，而对于静液柱压力，可采用Ph表示，则井底压力Pb的计算公式为：Pb=Ph+Pm+Pc+Pf。通过对上述公式进行分析可见，如果井底压力大于地层孔隙压力，则压力会逐渐传入至通道污染储层中，如果不能得到有效控制，还会造成井漏事故。另外，如果井底压力小鱼地层孔隙压力，由于井筒中含有地层流体，因此容易发生井喷事故。在对井底压力进行控制时，可采用井口回压调节方式，根据实验分析可见，当井底压力控制在0.3MaP时，能够达到良好的压力波动控制效果。

2 控压钻井的主要方案

在控压钻井技术的应用中，在对井底压力的变化情况进行分析时，需要重点考虑各类变化因素和变化时间，在确定各类变化影响因素后，即可采取补偿压力变化的措施，进而对井底压力进行有效控制，确保压力与地层压力的平衡性。

3 控压钻井技术在页岩气钻探中的应用实例

文章以某焦石坝焦页某井为研究对象，对控压钻井技术的应用方式进行详细探究，该井的井身结构形式如图1所示。

图1 井井身结构示意图

3.1 钻具组合设计

在本次控压钻井施工中，所选用的钻具如下：Φ165 mm（0.75°）单弯螺杆钻具、21根Φ127 mm斜坡加重钻杆、Φ210 mm扶正器、2个旋塞、6根Φ127 mm斜坡加重钻杆、旁通阀1只、Φ127 mm无磁加重钻杆、无磁短节、Φ127 mm斜坡钻杆、Φ215.9 mm PDC钻头、钻具止回阀、Φ127 mm斜坡钻杆2000 m以及LWD。

3.2 钻井液性能设计

在本次钻进施工中，钻井液采用油基钻井液体系，钻井液的密度在1.41～1.55 g/cm3，塑性粘度在20～35 mPa·s，屈服值在 8～10 Pa，粘度在 50～90 s，API失水低于2 mL，动切力在10～25Pa，另外，固相含量在12%～18%。为了保证在钻井施工中钻井液能够保持良好性能，同时达到防漏、防塌的性能，在钻井液中还应该加入防塌材料，并对钻井液失水量进行有效控制。

3.3 钻井参数优化

本次钻进压力控制在40～90 kN，钻进速度在120～180 r/min，对于钻井液排量，应控制在 26～28 L/s，而钻井速度则为4～8 m/h。

3.4 井身质量情况

在本次定向控压钻井施工过程中，要求结合地质条件实际情况，对钻井施工工艺进行有效调节和控制。在本次钻井施工过程中，通过对电测数据进行分析，井身质量符合工程设计要求。

3.5 钻井施工分析

本次钻井时间为6月14日，7月16日三开钻进，7月17日下钻探。根据钻探施工发现，在应用水泥材料塞面后，钻井深度达到2523 m，钻井液密度1.40 g/cm3，钻井压力位80 kN，钻井密度为40 r/min。该井的邻井钻进数据如图2和图3所示。通过对图2和图3进行分析可见，钻井施工区域地层的安全密度窗口在1.345～1.355 g/cm3，据此可对下一步控压钻井参数进行计算。

图3 邻近井孔隙压力（二）

7月31日，钻井深度达3864 m，发生漏失现象，并且漏速为8.6 m3/h，钻井液密度为1.38 g/cm3，钻井压力位80 kN。

8月1日，钻井深度达3900 m，泥浆密度为1.36 g/cm3，通过采用控压钻井施工技术，在循环状态时，液面没有发生变化，在停泵后，高架槽的溢流量在1.6～1.7m3/h之间，在再次开泵后，单根气现象比较明显，应用密度为1.36 g/cm3的泥浆，在循环压作用下，能够达到地层压力平衡效果，保证压力钻井的平衡性。

在本次钻井施工中，共计发生6次井漏故障，分别发生在钻井深度 3864、3889、3915、3946、4017 m 以及4021 m的位置，6次井漏的速度在8.6～29.3 m3/h。在钻井施工中，通过应用堵漏材料，并对钻井参数进行有效控制，钻井速度在6～8 m/h，漏失的泥浆量为120.2 m3。

8月4日，钻井深度达4052 m，完成控压钻井施工，对于钻井液楼是的处理时间为44h。

3.6 应用效果

在钻井施工中，通过应用控压钻井施工技术，能保证钻井施工的安全性，有效解决井下复杂问题，延长水平段位移。在2300～3915 m井段，钻井液密度从1.40 g/cm3降低至1.38 g/cm3，通过安装旋转防喷器，能够达到溢流控制效果，进而减少漏失量。另外，在3915～4052 m井段，也发生溢漏现象，对此，将钻井液密度下降至1.35 g/cm3，如图4所示，可保证钻井施工的顺利进行。