控制压力钻井技术应用探讨

控制压力钻井技术应用探讨

柳彬

中石化西南石油工程有限公司湖南钻井分公司    湖南长沙  410007

摘要：由于钻井环境较为复杂，传统开采方式还存在一定的局限性，导致钻井作业中面临着较多的安全隐患，而且井下情况比较复杂，出现卡、漏、塌等现象的概率较高，不仅会导致钻井效率下降，油气层还会因此受到污染，降低开采质量，产生较大的损失。而目前采用的控制压力钻井技术使用了承压和封闭的钻井液循环系统，不仅可以更好的控制复杂的井下环境，减少各种作业问题，还能够降低钻井成本，提高钻井可钻性等，尤其是可以更好的适应窄密度窗口钻井工作而开展，因此该技术的应用价值也比较高，已经受到了广大钻井公司的青睐。基于此，本文就控制压力钻井技术应用进行了探讨，以期能够为当前的钻井作业提供科学的参考依据。

关键词：控制压力；钻井技术；应用

引言

控制压力钻井技术能够有效提高对井眼压力的精确控制，确保井内压力保持在合理的范围之中，而井底压力保持稳定则会保障钻井工作的顺利进行，减少各种不良问题的发生，因此相关技术人员也越来越重视对该项技术的研究工作，这对提高当前油气开采工作的质量也有着十分重要的现实意义。

一、控制压力钻井技术概述

控压钻井技术是在对井眼环空进行精确控制的前提下实施的一种欠平衡钻井技术。在实际操作中，相关作业人员需要用到地面井口压力控制设备（RCD）、井下监控系统（PWD）、地面节流系统、回压补偿系统、智能压力控制系统的互相协调配合进行钻井操作，在钻进的过程中可以利用上述设备对井筒压力剖面进行动态控制，以此可以确保井底压力能够控制在合理的范围内，从而有效地预防井下可能会出现的易漏地层井漏、井涌等状况，同时还能够保护油气层，最终实现安全、高效地钻井工程施工。近年来，控制压力钻井技术的应用范围越来越广，在各油田的钻井工作中起着重要的应用价值，实践中也可以发现，控制压力钻井技术采用的设备中同时使用了承压和封闭的钻井液循环系统，该系统的组成比较复杂，但是通过了相关设备的操作能够更好地面对传统钻井方式可能会遇到的各种井下复杂状况，并有效解决了以往钻井过程中出现的钻井成本高、钻井可钻性低等各种障碍。具体来说，控制压力钻井技术具有以下优点，一是精细控压，降低了钻井风险，由于控制压力钻井技术可以有效控制井眼的环空压力，确保井底压力始终保持在安全可控的范围内，因此可以有效地避免因地层流体的侵入而对钻井性能造成的不利影响，真正地控制了钻井施工风险，在此技术上也有效地降低了钻井的施工成本，扩大了公司的利润空间；二是可以实现动态监测，以便及时处理故障，控制压力钻井技术在作业期间可以实时监测井下流体的密度、环空液面、流体流变性、井眼尺寸、井底回压等参数，并结合其参数的变化发现其存在的故障问题等，以便提高相关故障解决的及时性，降低了钻井事故可能造成的损害，因此也保障了钻井施工的安全性；三是可以进行对比分析，提高事故防范的有效性，在钻井作业中可以实时对比地孔隙压力以及破裂压力，并准确判断有可能出现的井漏、井涌、井塌等钻井事故发生，在此基础上可以做好事故的预防，从而减少了钻井施工造成的损失[1]。

二、控压钻井系统组成

（一）回压泵系统

在钻井环节中所用到的钻井液一般情况下是由钻井泵所提供的，其主要就是对井口回压起到调节的作用，但是在是操作中经常会出现钻井泵的流量值出现误差的情况，比如没有达到正常的参数值，而这就需要通过其他方式为节流管汇提供相应的钻井液，以便可以确保钻进操作能够顺利的进行下去。目前遇到上述情况所采用的就是IPM启动回压泵该系统装有泄压阀和检测阀两个装置，可以最大程度上控制钻井液的提供过程，而且不会造成井下压力加大的情况，因此极大地确保了钻井过程中的安全性。为了更好地发挥回压泵系统的应用效果，还需要结合作业的实际情况对其排量与压力进行精确的计算，这主要是因为环境的不同对压力也会产生一定的影响，再加上井的深度不同也会导致压力出现变化，因此做好计算工作尤其重要，一般压力值越大，回压泵的流动阻力就会越大，这就需要通过计算回压泵的排量来明确装置内的压力，关于泵排量的调整也需要根据实际情况进行动态的调整，而且回压泵系统中的齿轮箱就是改变排量的主要装置。除此以外，该系统中还安装流量计和压力表来更加详细地了解泵压力和排量的变化，这对预防事故发生也有着重要的作用[2]。

（二）监测控制系统

监测控制系统的主要作用就是对井下情况的安全性进行测量控制，在实际工作中需要测量节气门位置，且节气门位置一般作为传感器的接口，以此可获得可靠的井下数据信息。由于外界环境的变化会影响测量结果，因此还需要结合具体的情况进行科学的判断，以便可以确保监测控制的有效性。

（三）自动节流管汇控制系统

启动主钻井泵后，正常作业下的流体会跟着主节流管汇管线进行流动，且主节流阀会在井内的流体有明显减少的情况下自动关闭。基于IPM控制功能，回压变化主要就是依靠节流阀起到调节的作用。因此在当前的实际工作中，一般是将IPM安装在节流管汇内的压力检测仪上对回压进行有效的监测，使其始终处于水力模型实时计算范围内。如果在正常作业的时候发现监测异常，IPM还会结合实际情况启动相应程序进行自我调节，最终可以确保回压变化始终在正常范围之下。

三、控制压力钻井的核心技术

（一）地层压力随钻检测技术

地层压力随钻检测技术的主要目的是收集原始地层信息，即地层构造和形成历史的记录等方面的信息内容，得知这些信息可以对快速、安全钻井形成科学的指导，尽可能地避免出现各种井下事故。尤其是油气田的地质形成较为复杂，井下的环境更是比较恶劣，如果对原始底层信息掌握不够很有可能会导致钻井工作的失败，因此必须要通过地层压力随钻检测技术来掌握关于原始地层信息的相关数据，以便可以以此为依据来对钻井压力进行有效的控制，从而实现安全施工的目标。

（二）随钻井底环空压力测量技术

井下环空压力的参数会受到诸多因素的影响而产生变化，在正常范围之内则可确保井下工作的正常，但是一旦出现较大的变化就会导致井下环境发生一些安全事故。通过试验研究发现，钻井液密度、排量、流态的变化以及井下温度、地层空隙压力的变化、井壁坍塌、井漏、井涌等多种因素都会使得井下环控压力出现一定的变化，钻井施工过程中也会因此受到一定的影响，轻则导致钻进不顺利，重则会导致坍塌、溢漏等问题，如果忽视这一变化极易会导致钻井施工的不稳定性，因此需要采用随钻井底环空压力测量技术来对环空压力剖面进行精确地检测，并将所得到的数据反馈到地面，再借助计算机等先进设备就可以通过自适应算法来对流量和回压等参数进行自动调整，真正实现对井底压力的自适应精确控制。

（三）钻井液连续循环装置

在钻井操作中，钻井液进入到井内进行循环的时候可以使用钻井液连续循环装置来减少井底压力波动，确保井底的压力始终保持在较为稳定的状态中，避免压力出现变化而影响钻井质量。

（四）井口回压检测与控制技术

井内流动参数的变化会直接影响井口回压，因此还需要了解和掌握井口回压数据参数，以便更加科学的控制节流系统，这就需要采用井口回压检测与控制技术，其主要就是借助于压力控制软件系统的节流管汇自动控制系统来监测并分析井口回压状态，在此基础上也可以实现自动控制的目标。

（五）数据传输技术

钻井作业的过程比较复杂，为了保障钻井作业的效率与安全性，必须要有一个庞大的系统对其进行支撑，以便更好地规范整个钻井作业过程，这就需要利用到数据传输技术来掌握整个作业过程的数据信息，并以此为依据更好地指导钻井作业的开展。比如在钻井作业开始之前需要了解并掌握有关作业区域内的地址数据，尤其是施工区块地层信息数据，以便通过有效的检测与了解来避免作业时可预见的相关事故风险的发生。所得到的数据信息可以传输传递给技术人员，以便技术人员按照准确可靠的信息数据做出施工计划等[3]。在实际应用中，由于传统的地面和地面之间的双向传输还存在较大的困难，因此技术人员加大了对电磁传输的研究，电磁传输作为随钻测量的升级，其在传输速度和使用效率上都有了较大的进步，应用价值也较高。

四、控制压力钻井技术的具体应用

（一）井底常压控制压力钻井技术

控制压力钻井技术最重要的就是对井内压力实现有效控制，以便可以确保在钻井过程中无论是否钻进还是循环钻井液，都能够对井底的压力进行准确的控制。基于这一要求，井底常压控制压力钻井技术的应用受到了重视，该技术也被称作是当量循环密度控制，其在实际应用中主要就是控制钻井液的密度，确保其密度水平低于常规钻井的钻井液密度，然后就可以高效地开展平衡钻井作业。在钻进液进入到井内进行循环的过程中，井底的压力为上环空压耗和静液柱的压力之和，也就是说循环压耗变下的情况下就会导致井底压力出现欠压平衡的情况，使得钻井过程面临较大的安全隐患，因此可以井口加一个回压，这主要就是发挥井底常压控制压力钻井技术的作用，以此可以最大程度上使井底的压力保持在过平衡状态下，确保钻井过程的安全性，还能够避免出现地层流体侵入的情况[4]。而且无论是在接单根还是钻进过程中，对于环空压力剖面的压力都能够保持恒定，也方便了相关技术人员对井下测量的数据进行分析，为精确控制井下压力也提供了坚实的保障。

（二）加压钻井液帽控制压力钻井技术

钻井过程中出现的井漏问题比较频繁，因此加压钻井液帽控制压力钻井技术的应用势在必行，该技术主要是通过加压钻井液帽来控制井底压力，以此来防止井喷事故的发生，在实际应用中需要将事先准备好的高密度的钻井液在环空上部通过旋转控制头泵入，然后将钻井液帽安装在井口上方来封闭井眼并控制井内压力，以此发挥隔封环空的作用，还可以快速响应并关闭井口，以阻止油气喷出。该技术常用于高风险油气钻井作业中，在应对高压高温油气井开发的情况有着重要的作用，还能够提高钻井的安全性和控制性，降低井喷事故的风险以及钻井液的费用，因此在当前的控制压力钻井作业中有着较高的应用价值。

（三）双梯度钻井技术

双梯度钻井技术主要用于海上油气田的开采环节中，该技术的原理是向立管内注入海水或与海水密度相近的介质，通过海底泵和小口径回流管道的旁路输送钻井液，不仅可以控制井眼环空和井底压力，还有效地克服了深水钻井遇到的难题，实现安全、经济钻井。

（四）HSE控压钻井

HSE压控钻井技术也被称为防回流钻井技术，其核心是健康、安全与环保，在实际操作中采用的是闭式循环系统，可以通过控制井底压力，防止油气井突然喷出高压油气，造成人员伤亡和环境污染。其在施工中主要用到的是压力控制装置、钻井液循环系统以及气体检测系统，其中压力控制装置可以监测井口压力，并进行相应的调节和控制，以确保井口压力在安全范围内；钻井液循环系统可以将钻井液注入井眼，同时将岩屑和油气排出井口，以便保持井内压力平衡，防止油气喷出；气体监测系统则是监测井内是否有可燃气体，并发出报警。通过以上技术可以降低事故风险，保障人员安全，并减少对环境的负面影响，并且实现了钻井过程中的健康、安全和环境保护。

五、控制压力钻井技术的应用案例分析——以某油田A井为例

（一）背景介绍

某油田早期采用的开发方式是一套层系大井距多层合采，随着开采工作的不断深入，开采作业面的环境也更加的复杂，尤其是底层压力不断加大，甚至出现了超压和亏空同时存在的问题，而且层间的干扰问题比较大，注采关系连通也比较复杂，因此在实际作业中经常会出现井漏的情况，一旦提高钻井液的密度还会加大“又溢又漏”的发生概率，使得油田开采质量不断下降。

基于上述情况，该油田管理层也提高了重视，通过对作业期间出现的“又溢又漏”现象进行分析的基础上引入了压力控制钻井技术，该技术的核心要点就是降低钻井液的密度，并通过合理控制压力实现钻进工作的高质量完成，而且实践证明，该技术的应用大大降低了该油田“又溢又漏”的发生概率，可见，控制压力钻进技术的应用价值较高。

（二）技术方案

1、A井作业情况介绍

A井是该油田的一口综合调整井，开窗为φ244.5mm套管，井眼为侧钻φ215.9mm。目前来说，该井眼目的层位存在着超压严重的问题，并且经过实际测量，我们发现实际钻井液密度已经高达1.28g/cm3。

2、压力控制钻井设计方案

（1）钻具

一般情况下，φ152.4mm井眼设计使用BakerHughes旋转导向钻具。

（2）开钻密度

储层段钻进使用EZFLOW无固相钻井液，在钻井作业中具体选用密度为1.22g/cm3的钻井液，并配合选用井口旋转防喷器来施加井口回压，能够最大程度上保证井下控制压力的安全性[5]。

（3）钻井液配备

EZFLOW无固相钻井液的配置，可以根据不同的压力系数来选用不同密度的盐水进行配置。比如说，当压力系数小于1.20g/cm3的时候，就可以使用KCL/NaCL盐水来进行配置；当压力系数介于1.20g/cm3~1.30g/cm3之间时，就可以选用W130盐水进行配置；而当压力系数大于1.30g/cm3时，就应当选用甲酸钾盐水进行配置，并且体系最大密度不能超过1.52g/cm3。此外，我们需要特别注意的是，作业期间如果需加重，则应该是对应密度盐水进行加重[6]。

（三）应用效果分析

通过控制压力钻井技术的应用可以发现，窄密度窗口地层存在的“又溢又漏”等井下复杂情况发生的概率通过该技术可以得到有效的降低，储层污染通过该技术也得到有效的减少，该技术的应用在储层保护和降低作业成本上也发挥着重要的作用。再者，就某油田所存在的注采连通关系复杂的情况上来看，控制压力钻井技术的应用对此进行了有效地解决，因此应用效果较好，值得大力推广。

结语

综上所述，控制压力钻井技术已经成为当前钻井作业的重要技术手段，领域内相关技术人员对该技术的应用也逐渐深入，应用效果较为显著，可以有效地缩短钻井周期、提高机械钻速、提高生产效率，同时还能够实现井下作业的安全，更是解决了窄密度窗口钻井的重要难题。不仅有利于释放油井产能，还能够提高钻井作业效率，这对提高钻进公司的利润空间也有着十分重要的现实意义。

参考文献：

[1]王方.控压钻井关键技术探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(03):185-186+189.

[2]梁聪,王启伟,张文博.控制压力钻井技术在渤海油田的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(06):190-192.

[3]天工.控压钻井技术新进展[J].天然气工业,2019,39(02):83.

[4]孙光新.控制压力钻井技术应用探讨[J].化工管理,2017(01):170.

[5]杨建云.控制压力钻井技术与微流量控制钻井技术的对比[J].化工管理,2015,No.370(11):181.

[6]邱小华,石磊,刘海龙等.水平井压力控制钻井技术在渤海某油田的应用[J].石化技术,2021,28(03):63-64.