控压钻井设备在油田钻井中的应用

王文超

摘要：石油作为经济发展的主要能源，随着油气资源的日渐衰竭，开发油气勘探会面临更加复杂的地层，出现多压力体系、喷漏共存、压力窗口窄、井壁稳定性不足等特点，但是在钻探这些深层复杂地层的时候，经常会出现井漏、排出有害气体、卡钻等情况。无疑会增加钻井的投入成本以及操作风险。本文主要讨论控压钻井设备的原理以及现场安装应用、控压技术的发展。

关键词：控压钻井设备;油田钻井;应用

前言：

近些年，开发油气勘探的重点逐渐转变成深部地层以及复杂地层，找窗口安全钻井问题也逐渐提进计划中，基于这基础上，控压钻井技术会得到较好的发展，在我国已经有四川盆地、塔里木盆地、柴达木盆地等都有较多的理论研究以及现场的实践，已经有了较好的成绩。

一、控压钻井设备的原理以及现场安装应用

（一）控压钻井的原理以及模式

其实控压钻井原理就是在钻井期间，借助回压泵、调整环空压力体制、节流阀精细控制，保证环空液柱压力大于井底压力，还有不压漏地层，然后在窄压力窗口阶段实现安全且快速钻井的一种钻井技术[1]。按照采集的井底压力值，利用闭环压力控制算法软件，准确计算井口需要施加的局部循环压耗，不断调节井口套压，使井底压力保持平衡。可以控制井底压力在预定的范围中，不断提供不同工况中的井底压力控制，使窄密度安全密度窗口井底压力控制更加准确，解决漏涌共存的情况[2]。针对常规钻井，控压钻井井底压力波动比较小，防止在接立柱以及起下钻、停泵等情况引发压力波动，防止出现更加复杂的情况。经过控制钻井液密度、井口回压以及循环压耗，保持井底压力相对平衡就是控压钻井技术。

（二）控压钻井设备的组成

集机、液、电、信息、自动控制等技术为一体的就是控压钻井系统，实时采集井底以及地面的实际数据、信息，主动调节井口的套压，精细化控制井底压力。集成配套包括：为流量控制钻井系统、井底恒压钻井系统、精细压力控制欠平衡钻井系统、带压泥浆帽钻井系统这几项特色技术[3]。这项控压钻井系统其中包含着自动节流控制系统、回压补偿系统、实时数据采集以及控制系统、随钻环空压力监测系统。其中控压钻井系统使用模块化以及集中控制双重思路，这样不但可以整体使用，其中每个子系统也可以独立使用;擁有微流量以及井底压力两种监控方式，就可以实现精准控制井底压力，控制精度在±0.35Mpa。首先是旋转控制头，旋转控制头在井口环形防喷器上方安装着，形成井口密封，这个旋转控制头的高度1.7米左右，静态工作压力在5000psi，动态工作压力2500psi，其中安装要求就是转盘、天车、井口，这三者中心偏差小于一厘米。其次是旋转轴承总成，旋转控制头主要部件，主要用于和钻具以及旋转控制头本体之间的密封。尺寸就是外径：432毫米;中心孔通径196毫米，工作的转速小于120rpm，密封胶芯的使用时间小于120个小时。精细控压钻井系统，每个平台都有固井泵、油气分离器等设备，要综合考虑成本以及设备简单化等原因，要广泛使用分体式控压钻井系统，固井泵充当回压补偿泵使用[4]。其中控压钻井系统技术的特点就是将套压、微流量、立管压力一体的综合井筒压力控制技术，可以更加准确控制井眼环空压力的剖面，应对井下压力发生的变化。流量监测装置，使用艾默生流量计，可以满足多种工作情况，准确检测流量以及气体，在入口以及出口检测流量，使用软件及时校正。这样流量检测精度比较高，方便及时发展流量的改变，能满足钻井、起下钻、接单根等情况。

（三）控压设备的应用

首先是安装控压钻井设备，根据设备安装的程序，在万能防喷器上安装旋转控制头的底座，主要是连接高压三通、液动高压阀门和闸板阀门，连接旋转控制头底座润滑管线还有控制管线，确认关闭液动阀。在开窗作业结束之后，起钻完、空井穿轴承总承、试压，放着备用，开始安装控压专用的喇叭管，组建BOP脚手架，给操作提供方便。连接返浆管线还有节流管线。

（四）应用效果

使用低密度的钻井液，安全顺利钻过亏空层油组，在保证微过平衡压文地层的基础上，顺利钻至完钻的深度，完成钻井的目标。使用控压钻井技术钻井，使用低密度钻井液，经过设置不同的井口回压，基于保证微过平衡压稳地层基础下，顺利完成钻井的目标，达到零漏失、零复杂设计地质目的，最大程度保护井下安全，提升工作效率，使用低密度钻井液钻井，减小亏压层漏失出现的风险，还对储层保护有保护的作用，起到保护储层的目标。

二、控压技术的发展

在国际上使用控压钻井技术解决窄窗口安全钻井方面取得较好的成就，虽然我国起步比较晚，而发展速度比较快，当前已经开展有关技术的引进以及对应的工艺技术、机械设备等自主创新研究，对于窄窗口钻井问题已经有较多的实践。总而言之，我国已经从常规控压钻井技术发展到精细控压钻井技术。钻井设备已经研发环空压力对钻监测，装置的研发以及实践、控压钻井配套设备，已经拥有多项的发明专利;其实钻井工艺的有关理论知识、设计、对应监测软件已经得到长远的发展，其中配套技术主要有：堵漏技术、防漏技术、地层压力预测以及监测技术、地层压力评价技术等等。在今后很长一段时间我国的发展方向都会着重于精细控压技术。

结语：

综上所述，其实控压钻井技术已经发展比较成熟，控压钻井技术可以随钻实时保障井筒安全，等井筒出现严重问题的时候重新构建井筒平衡的一种应急技术，基于提升井口装备控压能力以及完善控压钻井的基础上，构成一项新的全过程井筒安全控制钻井技术。

参考文献：

[1]冮鹏，韩亮，耿立军等. 精细控压钻井技术在渤海油田复杂压力体系井的应用[J]. 钻探工程，2021，48（07）：58-64.

[2]张钦岳，殷志明，李滨. 深水窄压力窗口控压钻井技术进展及应用[J]. 石化技术，2021，28（04）：101-106.

[3]陈清正，侯得景，聂光辉等. 控压钻井设备在渤海某油田钻井中的应用[J]. 科学技术创新，2021，（09）：120-121.

[4]刘书杰，吴怡，谢仁军等. 深水深层井钻井关键技术发展与展望[J]. 石油钻采工艺，2021，43（02）：139-145.