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劉強宇

(中國石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南南陽  473132)

 

摘?要：控制壓力鉆井技術能夠精準確定環空液壓剖面，明確井下的壓力窗口，是精準操控井內環空壓力剖面的自適應鉆井過程，提高井眼鉆達目的層的可能性，減少由于環空壓力引起的井漏，進而有效提高井控安全性。控制壓力鉆井技術能夠有效解決鉆遇空隙壓力以及破裂壓力的密度窗口問題，近些年來被廣泛應用。基于此，本文立足于技術發展層面，系統分析控制壓力鉆井技術的應用狀況，以及其在油氣井開發方面的未來前景。

關鍵詞：控制壓力鉆井技術；技術創新；應用

中圖分類號：U45；TH3    文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064(2023)05-0012-03

 

0.引言

隨著信息擴容、技術發展，國內外技術人員在鉆井技術研究方面取得了明顯成果。隨著油氣井勘探逐步走向成熟，向復雜深層方面發展，控制壓力鉆井技術也面臨著新挑戰，為了提升油氣井開發的綜合技術水平，廣大技術人員需要開拓眼界，積極探索，不斷學習國外先進鉆井設備理念，應用新技術，尋找技術突破口，進而縮短我國與國外控制壓力鉆井技術的差距，提升國內鉆井綜合質量。 

1.控制壓力鉆井技術概述

1.1控制壓力鉆井技術目標

控制壓力鉆井技術使用封閉和承壓鉆井循環系統，所采用的欠平衡鉆井技術以及新設備，都具備一定的可實踐性與應用性，能夠有效解決傳統技術水平下鉆井遇到的諸多難題，進而提高了鉆井的性價比，大大提升鉆井綜合水平。技術人員運用控制壓力鉆井技術，能夠更好地控制鉆井過程中的壓力，克服傳統模式鉆井出現的可鉆性低，成本高等諸多問題，是針對鉆井過程控制壓力平衡的新技術。多年之前，國外便開始應用鉆井液循環系統，隨著技術的逐步成熟，成為陸地鉆井的主要發展方向，能夠快速提高井控能力，同時控制鉆井成本，提高鉆井經濟性。隨著技術不斷成熟，理念不斷完善，進而減少安全事故發生概率，同時縮短鉆井時間，提升鉆井效率，使得鉆井過程兼具安全性與經濟性。

1.2控制壓力鉆井技術的優勢

控制壓力鉆井技術能夠解決傳統鉆井過程中的諸多問題。首先，能夠大幅度提高鉆井壓力的準確度，地下液體不容易流入到鉆井當中；其次，控制壓力鉆井技術能夠有效穩定井底壓力，鉆井過程中的壓力能夠與井底壓力更加吻合，平衡整個井底的壓力。最后，該技術采用封閉和承壓鉆井液循環系統，一旦發現鉆井液溢流問題能夠快速發現，快速處理，減少人員、設備的損失，進而有效避免事故發生。除此之外，若技術人員在進鉆井的過程中突發井塌、井漏等問題，采用控制壓力鉆井技術能夠得到快速處理，進而減少安全事故的發生概率，降低鉆井成本，優化井身的總體結構。

2.控制壓力鉆井技術的應用

2.1井底常壓控制壓力鉆井的應用

在鉆井過程中，能夠合理控制井底壓力是保證鉆井過程安全的重要環節。控制壓力鉆井技術也可稱為當量循環密度控制技術，能夠有效把控鉆井液的密度，一旦發現常規鉆井液密度低于正常值，便需要進行平衡鉆井。在循環的過程中井底壓力是上環空壓耗與靜夜柱壓力的總和，在接鉆桿與關井的過程中，循環壓耗便會消失，此時井底壓力便處于欠平衡狀態，控制人員需在接口處加一個回壓，使其處于壓力再平衡狀態，防止出現地層流體侵入的狀況。技術人員需要在壓力穩定的情況下開展鉆井作業。環空壓力剖面的壓力處于平衡狀態，同時運用水力學模型進行計算測量井下數據，能夠對鉆井過程中流體流變性能、井眼大小、井口回壓等數據進行合理把握，進而保障井底壓力處于相對平衡狀態。

2.2加壓鉆井液帽控制壓力鉆井的應用

技術人員在進行鉆井作業的過程中，難免會因為技術因素、外界環境因素的影響，出現井漏現象。在開展鉆井作業的過程中，若突發井漏狀況，技術人員可以采用加壓鉆井液帽控制壓力鉆井技術進行及時處理。在進行問題解決的過程中，其主要是通過控制泵泵入高密度的鉆井液，目的是隔封環空，保證井內壓力。若發生井漏問題的地層壓力相對較小，則也可利用諸如海水之類的密度相對較小的鉆井液，沿著鉆桿沿線注入鉆井液，使得其漏入裂隙當中，進而有效提升機械的轉速，此種措施可以有效減少鉆井液的使用量，起到降低成本的作用。

2.3雙梯度控制壓力鉆井的應用

雙梯度控制壓力鉆井技術主要應用隔水導管在導管中注入低密度鉆井液，或者通過套管外部的寄生管注入低密度鉆井液，在此過程中在連接點注入空氣、惰性氣體、低密度鉆井液以及固體添加物，能夠使得其與地面鉆井液密度更加接近。此項技術并不是簡單地降低井底壓力或者降低鉆井液密度，而是避免在鉆井作業的過程中，出現壓力不平衡的問題，防止井身壓力過大出現破裂狀況。

3.控制壓力鉆井設備研究進展

隨著廣大技術人員對于控制壓力鉆井技術的不斷研究，目前控制壓力鉆井系統主要包括連續循環系統、監控系統、地面壓力控制設備、旋轉控制裝置等諸多設備以及其他特定應用的專業設備。

3.1可控鉆井液帽系統

此系統與加壓泥漿帽鉆井系統相類似，主要是通過鉆井泵液帽的液面高度合理調整井底壓力。可控鉆井液帽系統通過回流管以及灌漿液輸送管與鉆井液池相接，運用隔水管單根通過鉆井液的舉升泵以及高壓閥相連接，通過調節鉆井葉帽的液面高度，精準控制隔水管中鉆井液的體積，進而合理調控井底的壓力。

3.2當量循環密度降低工具

此類工具主要是由上部、中部、下部三部分組成，包括密封裝置、軸承以及渦輪馬達等裝置。上部利用渦輪馬達能夠有效吸收液壓，將液壓轉換為機械能，當工具開始作業時，渦輪馬達會隨著鉆柱進入井內，驅動渦輪助力環空返回鉆井液進行吸收，有效減少下部井段的當量循環密度，進而快速降低井底壓力，增加上部套管的當量密度，保持井筒上部分高壓。中部主要是由渦輪馬達驅動多級混輸泵展開作業，下部分主要是由密封裝置以及軸承組成，并配備專屬應急密封備用裝置。在鉆井作業的過程中，一旦需要壓力差，環空便可迅速開啟，進而展開鉆井作業。

3.3連續循環系統

連續循環系統的特點便是易于控制的、穩定的、平衡的，特別是在鉆井過程中有氣體存在的情況下。連續循環系統的優勢便是新型連接器，新型連接器可以設定并連續控制鉆井入口、出口的壓力以及鉆井液流量。在循環系統中，連接器接單根時可以有效避免鉆井液回流，且不單純依靠單向閥。經實踐研究，單向閥作業費時費力，若技術人員在鉆井的過程中需二次建立循環系統則會影響井內壓力，連續循環系統可以有效平衡壓力，并使得鉆井過程中的壓力梯度處于最佳狀態。

3.4旋轉控制頭

在鉆井作業的過程中，旋轉控制頭能夠有效密封井眼環以及鉆井空間，能夠保障安全精確的壓力控制。此外，在鉆桿或方鉆頭進行旋轉的過程中，密封膠心也可隨之變動，井眼內若反出流體，可直接導出井口。運用控制壓力鉆井技術可以有效保障鉆桿或方鉆頭的密封性，使井口始終保持壓力平衡，確保鉆井液無法噴上鉆臺，鉆井液可以從旁側流出，進而保證控制壓力鉆井作業的正常運行，合理把控環空回壓，在壓力值安全范圍內開展作業，有效避免井噴現象的發生。

4.技術研究趨勢

基于技術發展的要求，油氣井開展鉆井作業的過程中，大量應用控制壓力鉆井技術，能夠有效控制井身的壓力，達到安全鉆井、高效鉆井的目的。國外經過反復的鉆井實驗驗證得出結論，控制壓力鉆井技術相較于其他技術而言，更加高效、更加安全。控制壓力鉆井技術主要目的是合理把控井筒壓力，基于水力的摩阻、流體密度、井眼幾何特征以及鉆井液位使得井筒壓力能夠維持在破裂壓力以及地層孔縫壓力范圍之內，做到近乎平衡的鉆井作業，能夠精準把控地層流體進入地眼，減少鉆井過程中出現卡鉆、井漏、井涌等問題，契合常見油氣井窗口窄小的特性。

鉆井技術研究的新方向便是深入探索控制壓力鉆井技術，保證技術理念完善、實踐應用成熟。使用密封系統能夠快速提升返回系統的鉆井液壓力，使得其在連續接方鉆桿或鉆桿的過程中保證壓力剖面平衡，避免鉆井液流入地層。過合理把控鉆井液壓力，強化鉆井控制，更加精準把控鉆井壓力，使得鉆井液導流順暢，避免出現壓力鉆井作業中斷的情況，進而保障油氣井的采收率。

新技術的研發與升級，能夠充分體現可持續發展理念，注重安全、環保方面的考慮，滿足安全發展、綠色發展、可持續發展的要求，對于鉆井技術設計更加精細準確，通過強調自動化設計，減少人工作業部分，減少安全事故發生概率，最大程度保障人員、設備的安全。該技術通過新材料、新技術、人工智能、自動控制技術、液壓驅動技術的應用，強化多學科、多技術融合交叉，將計算機信息技術廣泛融入其中，使得控制壓力鉆井技術設備更加自動化、機械化、智能化，體現出自動操作的優越性。同時完善鉆井設備技術自動化、集成化、智能化，從而改變傳統鉆井模式，提高鉆井的質量和效率。目前設計人員對于控制壓力鉆井設備技術及品種設計更加多元化、系列化，研究出應用于不同地區、不同條件、不同環境，能夠滿足不同井深、不同井況、不同井形要求的專業化鉆井設備，形成系列化鉆井設備，進而擴大控制壓力鉆井設備的作業范圍，大大提升設備的應用性能，進而提升鉆井的綜合效率。同時，技術人員要重視拓寬眼界，積極學習國外先進鉆井研發理念，基于復雜地形進行鉆井技術的深入研究與探索，強化技術的應用性與實踐性。

5.結語

控制壓力鉆井技術的研究，基于復雜地形鉆井作業過程中出現的一系列問題，是理念的創新與技術的優化，技術人員通過深入開發新技術能夠在有效降低鉆井成本的同時提升鉆井效率。該技術應用需要地面壓力控制設備、循環系統、監控系統等諸多壓力鉆井設備。隨著理念不斷完備、技術不斷升級，不同的新技術、新設備、新工藝將會更加適應不同環境條件的要求，進而提升鉆井的綜合質量。

 

參考文獻

[1] 孫光新.控制壓力鉆井技術應用探討[J].化工管理,2021, (01):170.

[2] 邢歡. 渤海油田潛山地層壓力控制鉆井技術適應性研究[D].北京:中國石油大學,2019.

[3] 楊建云.控制壓力鉆井技術與微流量控制鉆井技術的對比[J].化工管理,2020,(11):181.

 

 

 

收稿日期：2023-01-08

作者簡介：劉強宇（1976—），男，河南南陽人，本科，研究方向:鉆井工程技術管理。

 

Discussion on Application of Controlled Pressure Drilling Technology

LIU Qiangyu

(Sinopec North China Petroleum Engineering Co., Ltd. Henan Drilling Branch, Nanyang  Henan  473132)

Abstract:The controlled pressure drilling technology can accurately determine the annulus hydraulic profile and define the pressure window in the well. It is an adaptive drilling process to accurately control the annulus pressure profile in the well, improve the possibility of drilling the well to reach the target layer, reduce the leakage caused by the environmental control pressure, and effectively improve the well control safety. The controlled pressure drilling technology can effectively solve the density window problem of pore pressure and fracture pressure in drilling, and has been widely used in recent years. Based on the technical development level, this paper systematically analyzes the application of controlled pressure drilling technology and its future prospects in oil and gas well development.

Key words:controlled pressure drilling technology;technological innovation;application