天然气井井控技术应用现状及发展探讨

王忠东 侯儒

摘 要：天然气具有密度低、易扩散、压缩系数和膨胀性高、易燃易爆、有毒有害等特性，在进行天然气藏勘探与开发时，必须做好井控工作。由于天然气在地层孔隙中处于压缩状态，一旦地层被打开天然气就会进入井筒，并随钻井液循环返出井口，若不能采取有效措施控制天然气持续进入井筒，就会导致出现溢流、井涌或是井喷事故的发生，甚至出现着火，不仅危及井场人员人身安全、毁坏钻井设备、浪费油气资源、造成环境污染，甚至会造成油气井报废，造成巨大的经济损失，严重影响天然气勘探与开发效果。因此，加强对天然气钻井井喷过程研究，分析制约天然气钻井井控效果的因素，加强天然气钻井井控技术研究具有重要意义。

关键词：天然气钻井 井控 技术难题 发展方向

1井控基本原理及分类

钻井井的井控是通过合理的方法和工艺技术来控制地层压力，保证钻井内部处于压力平衡状态，以此来促进钻井施工操作的顺利开展。在钻井施工过程中运用井控，能有效预防和降低井喷造成的危害，也能保护油气层，降低破坏周围环境和资源的程度。从当前的发展可将井控分为初级井控、二级井控和三级井控三类。初级井控是在钻井过程中通过工艺技术调整和钻井液的合理选用来提升井底压力，以此来有效控制地层压力，有效降低流体对地层的侵入。二级井控是井底压力低于地层压力的情况下，井内如果发生溢流现象，在控制溢流的基础上对压力平衡过程进行重建。三级井控是出现井喷时，通过对应的技术措施和合适的设备来进行抢险，对井底压力进行重新控制的过程。

2天然气钻井井控面临的技术难题

2.1不能及时准确发现溢流

目前钻进过程中监测溢流的手段主要是通过监测钻井液流量、密度、烃类气体含量及泥浆池体积变化等参数，这些参数变化都是一个缓慢的过程，一些细微变化很难及时发现。由于现场采取坐岗值守制度，坐岗人员偶尔会出现脱岗、睡岗情况，其责任心也影响溢流的及时发现。此外，在钻井液静置期间发生溢流的可能性较大，而监测的参数较少，只能通过池体积变化来发现溢流，增加了停泵期间监测溢流的难度。虽然井筒压力监测提供了较好的解决办法，但相应的压力监测仪器还需要进一步开发。

2.2钻具设备问题分析

钻具工作中会受到压力、扭曲力和拉力等共同作用，容易造成转动设备的扭曲，钻具工作中无法稳定，如果操作不当，在地质元素腐蚀下就会磨损钻具，导致工作异常，出现钻具断落等情况。钻具断落不仅是由钻具本身质量引起，不当的操作也会有很大影响，要想减少对钻井的损耗，就需要采取合理的钻具和正确使用。钻进过程中井眼中的较大岩石块可能导致跳钻和憋钻的情况而影响钻进效率。在钻井施工之前要进行全面安全检查，确保施工中的钻具都符合安全要求。

2.3平衡钻井技术有待提高

目前开钻的井多采用近平衡钻井技术，这种钻井技术对井筒内的压力控制要求较高，为了保持起下钻期间压力的平衡，通常使用附加当量密度来调节井筒内压力，导致在正常钻进过程中井底压力大于地层压力。如果附加的当量密度过大，当钻遇浅层气较多时，脱气器如果不能起到较好的脱气效果，井筒内压力会进一步上升，导致井底压力远大于地层压力，在压差作用下，会出现井漏等情况，严重损害油气层，同时会导致机械钻速降低。因此，必须运用好近平衡钻井技术，同时还需要进一步研究，以提高钻井效率。

3天然气井井控技术发展方向

3.1加强溢流监测仪器研制

溢流是发生井喷的先兆，加强对溢流的监测显得尤为重要。分析溢流的特点发现，溢流早期烃类气体会进入钻井液，导致井筒内钻井液体积增加，相应的钻井液液面会上升。要实现对井底烃类气体的监测比较困难，由于钻井液体积小幅增加即可导致井筒内液面的大幅上升，因此监测井筒内钻井液液面上升相对易于实现，需要研究精度较高的井筒液面监测仪器，能够发现细微的井筒液面变化，然后结合开关泵及钻具下入情况，通过软件自动判断是否发生溢流，发现溢流及时报警，达到及时准确监测溢流目的。此外，还需要加强对钻井液密度、含烃量及井筒压力仪器设备的研究，达到全方位、多参数监测溢流的发生。

3.2井控设备的优选

为了达到井控的技术要求，优选最佳的井控设备，如各种井口防噴器的选择和使用，当井口出现溢流后，立即关闭防喷器，关井泄压，防止发生井喷事故的发生。井控设备与常规的石油钻井设备对比，具有更高的安全性能，有效地保护了井筒，避免发生严重的钻井施工事故，给石油钻探施工带来巨大的经济损失。依据液压防喷器的等级，针对天然气井的实际情况，优选最佳的井口防喷器，达到防喷的效果。优选全套的井控设备，安装完毕后，必须进行清水试压，达到压力等级后，才能投入到钻井施工过程中，达到设计的防喷能力。

3.3加强压力控制钻井技术研究

随着钻井技术不断发展，气体钻井、气液两相钻井等负压钻井技术取得长足进步，在特殊钻井条件下应用越来越普遍。负压钻井技术能够提高钻井效率、有效保护油气层，但是对井筒内压力控制要求较高，现阶段由于压力控制技术还不够成熟，导致负压钻井技术应用效果受到影响。为了提高负压钻井技术应用水平，提高钻井效率、保护油气层，需要加强负压钻井全过程闭环压力循环系统研究，通过强化旋转防喷器，配置节流管汇、承压振动筛、分离器、压力监测仪器，编制相应的监测、控制软件，使井筒内压力能够保持动态平衡，保障负压钻井的安全。

4结语

随着大庆油田持续勘探与开发，天然气成为油田增储上产的重要资源，加强天然气钻井井控技术研究显得尤为重要。为了提升天然气钻井的安全性、可靠性，使井控技术效能从单纯的防止井喷发展到提升钻井效率、保护油气层、防止环境污染等，应从强化钻井异常监测手段、提升井控配套设备研发、完善压力控制钻井技术、提升突发事故处理水平等方面出发，使天然气钻井井控技术迈上新的台阶。

参考文献：

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[2] 程常修，曾时田.天然气井钻井应重点考虑的几个技术问题[J].天然气工业，2002，22（2）：50-53.

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