控压钻井技术在深井复杂结构井中的应用

陈林　黄术军

摘要:控压钻井是解决窄安全窗口钻井问题的有效手段之一，能够提高钻井时效。控压钻井是用于精确控制整个井眼压力剖面的自适应钻井程序，其目的在于保持井底压力在设定范围内。其概念表明了装备是关键、工艺是核心的技术理念。Weatherford主要是通过实时监测进出口钻井液的微小压力，质量流量，当量循环密度，流速等参数，快速改变井口回压，能在小于80L时监测到溢流，并在2min内控制溢流，使总溢流体积小于800L。

关键词：控压钻井；压力控制；监测；流量

1前言

滨41井的邻井在钻探过程中多次出现溢流、井涌、而且在加重过程中产生井漏，地层安全密度窗口窄，造成井下情况复杂，歧北次凹34*1井东岩性圈闭构造沙河街地层泥岩水化膨胀导致井壁不稳定产生掉块，井下复杂且处理时间较长、钻井液密度高、机械钻速慢等情况严重制约着油气勘探开发的速度。

2控压钻井技术简介

（1）控压钻井定义。IADC将MPD定义为：控制压力钻井是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井过程，其目的是确定井下压力环境界限，并以此控制井眼环空液柱压力剖面。控压钻井方式避免地层流体连续侵入井筒，任何偶尔侵入井眼的液体将通过适当的方法安全的处理掉；（2）控压钻井原理。对井底压力实现精确控制，保持井底压力在安全密度窗口之内。井底压力等于静夜柱压力，环空压力损耗和井口回压三者之和。静液柱压力主要受钻井液密度影响，通常不能快速改变环空压力损耗受钻井液排量井身结构钻具组合、钻井液性能，岩屑含量，钻具转速多方面影响，保持井底压力恒定，必须改变井口回压以补偿环空压力损耗的改变。Weatherford 微流量控压钻井技术是根据钻井液进出口流量的变化，判断井下状况，自动节流管汇根据出口流量的变化，自动调节节流阀的开、关度，降低或增加井口回压，来达到井底压力稳定。在控压钻井过程中设定出口流量连续15s变化量达到15L以上，自动节流管汇立刻报警并开始动作；（3）控压钻井实施的依据。本井三开井段采用MFC控压钻井方式钻进，初衷是歧北次凹34*1井东岩性圈闭存在异常高压地层，而且邻井出现异常高压后压井过程中又出现井漏，MFC控压钻井方式是通过应用旋转控制设备，建立起闭环循环系统，将钻井液密度尽可能地降低至接近地层孔隙压力系数进行钻井作业。MFC控压钻井系统不但对溢流和漏失的监测精度非常高（流量的千分之一），而且可以迅速通过自动节流管汇做出反应，及时控制溢流和漏失，减少因此而产生的非生产时间。

3现场应用及效果分析

3.1滨41井基本数据

井 别：预探井 井 型：直井地理位置：河北省黄骅市张巨河村西约4.1km 构造位置：歧北次凹滨34×1井东岩性圈闭目 的 层：沙三段。岩性：深灰色泥岩、泥质粉砂岩浅灰色灰质粉砂岩。三开日期：2011年9月19日，完钻日期：2011年10月5日钻 井 液 体 系：硅基防塌钻井液 ，钻井液密度：1.32-1.48g/cm3控压钻井井段：3390-4450m进尺：1060m 平均机械钻速：4.23m/h。完钻层位：沙三段

完井井深：斜深4450m

3.2控压钻井的准备工作

（1）井口封井器组合：ST35-70+2FZ35-70+FZ35-70+FZ35-70+FH35-35+7100RCH；（2）控压钻井的工艺流程：钻井液经过立管、到达井底、经过环空到达井口，经过旋转防喷器的三通到达控压管汇、走自动节流管汇进入液气分离器到达循环罐；（3）钻具组合的优选。控压钻井工艺钻具组合：马达动力钻具，因为接立柱时采用井底恒压模式所以，井筒内得承受由于停泵造成的压力损失，所以内防喷工具使用两个箭型止回阀加一个浮阀确保井控安全。

3.3控压钻井施工工艺过程

（1）第一趟钻主要施工过程。钻具组合：Φ215.9mm钻头+Ф172mm马达+Ф165mm箭形止回阀×2只+Ф210mm扶正器+MWD+Ф165mm无磁钻铤×1根+Ф127mm加重钻杆×5柱+Ф127mm钻杆×若干。主要施工过程：滨41井于2011年9月19日23:15从3390m开始控压钻进，钻井液密度1.32 g/cm3，控压50psi。9月20日06:30钻至井深3432m时，控压钻井系统检测到溢流显示，溢流38L，控压钻井系统自动施加回压，由50psi提高至400psi，，全烃值最高25%，8:00全烃值下降为7%，控压改为手动控制，从400psi逐步降为100psi，恢复正常控压钻进。

9月22日00:30系统出现溢流警报，溢流量87L，控压最大625psi，全烃值3.7%，9月22日00:30-1:45控制井口回压逐步降低为100psi，钻井液密度1.32g/cm3，全烃值最高3.7%。

9月23日3:45钻到深度3724.40米， 威德福控压系统检测到有溢流，溢流量220L，全烃值最高到13.03%，3:55点火成功，火焰高度5米，宽2米，橘黄色火焰，有黑烟。威德福控压系统自动控制控压到900psi，全烃值维持在6%到10%之间， 5:00将控压改为手动控制，增加控压到1000psi，继续保持循环，全烃值维持在5%到7%之间。6:30甲方现场监督在向领导请示后，决定控压1000psi继续钻进。系统设定为自动控制，地面控压在1000psi，火焰在7:35熄灭。8:00采取边加重边钻进方式控压钻进。15:30控压由1000psi逐步降低为100psi，钻井液密度由1.32 g/cm3 提高到1.38g/cm3，系统处于稳定状态，正常控压钻进。

（2）第二趟钻主要施工过程。钻具组合：Φ 215.9 mm钻头+Ф 171mm马达+Ф165mm箭形止回阀×1+Ф165浮阀×1只+Ф165mm箭形止回阀×1只+Ф165mm无磁钻铤×1根+Ф212mm扶正器×1根+Ф127mm加重钻杆×5柱+Ф127mm钻杆×若干。主要施工过程：9月27日8:00钻井液密度1.42 g/cm3，控压由400psi，降至300psi，8:45井深3961.8m,控压钻井系统检测到溢流显示，溢流量140L，8:48开始循环，8:53全烃值由1.59%-1.74%， 8:58控压最高升高到780 psi，溢流停止，9:33控压降至400 psi，9:39控压降至300 psi，9:43控压升至350 psi，循环到9:46开钻钻进，9:52出现控压钻井系统发现溢流显示，溢流量60l，系统自动控制溢流，10:43井深3963米，控压500psi，当量密度1.55 g/cm3，钻井液密度1.42 g/cm3，11:07井深3968米，控压650psi，当量密度1.58 g/cm3，11:07开始加重（准备从泥浆密度1.42 g/cm3提高至1.45 g/cm3,14:30泥浆密度提高至1.45 g/cm3，15:00井深3974，降至300psi，当量密度1.55 g/cm3，正常控压钻进。

参考文献：

[1]周英操，刘永贵，鹿志文.欠平衡钻井井底压力控制技术北京：石油钻采工艺2007.

[2] 杨令瑞，肖润德.四川欠平衡钻井完井技术研究与应用 北京：天然气工业2007.

[3]李玉飞.空气钻井提高钻速机理研究. 北京：石油钻探技术 2006.

[4]刘奇林，许齐聪.四川油气田气体钻井技术.北京：天然气工业2007.endprint