精细控压钻井在裂缝性致密气藏中的应用

唐 斌，屈 洋，蔡光林，李前佑，唐汉林，孙爱生，王 煜

（1.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000；2.中国石油天然气股份有限公司西南管道公司昆明输油气分公司，云南昆明 650020；3.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610500；4.新疆贝肯能源工程股份有限公司，新疆克拉玛依 834000）

精细控压钻井技术就是在钻井作业过程中对井眼环空压力精确控制，以实现安全、高效钻进的技术[1]。其技术核心是一套精确的压力控制系统，它基于井下环空压力剖面的测量结果，通过回压补偿装置和自动节流管汇实现对井底压力的精确控制。利用精细控压钻井技术可以很好地解决裂缝性致密气藏钻井过程中存在的漏失、溢流、溢漏同存等井下复杂情况，以实现裂缝性致密气藏中的优快钻进[2]。

1 裂缝性致密气藏的工程地质特点

裂缝性致密气藏属于典型的窄安全密度窗口地层，钻井过程中普遍存在漏失、溢流、溢漏同存等井下复杂情况，且部分储层存在高压，含硫化氢等情况，井控风险较大[3]。钻井施工的主要难点有：

（1）井下摩阻扭矩问题比较突出，难以持续有效钻进。同时，随着水平段井眼轨迹的延伸，循环压力损耗增加，井底流动压力增大，容易引起井漏等井下复杂情况。

（2）安全钻井液密度窗口窄，部分井段漏失压力系数与地层孔隙压力系数几乎相等。在欠平衡作业过程中地层流体会从裂缝进入井筒，而钻井液会去补偿地层流体流出的空间，从而造成漏喷同存的情况发生。此外，重力置换效应会造成钻井液大量漏失[4]，造成井下复杂情况。

（3）常规钻井技术难以有效保护储层，由于该类储层裂缝发育，钻井液极易沿着裂缝向气藏深部侵入，造成难以逆转的储层损害，导致后期开发难以获得高产量。

2 精细控压钻井原理

精细控压钻井就是对井底压力实施精细控制，保证其始终位于安全钻井液密度窗口之内。井底压力为钻井液静液柱压力、环空摩擦阻力和井口回压之和，通常情况下只有井口回压可以迅速改变[5-6]。因此，精细控压钻井就是通过改变井口回压来实现对井底压力的精细控制。精细控压钻井在实施过程中，采用低密度钻井液体系，通过随钻环空压力测量短节实时监测环空压力剖面，并通过流量计精确计量钻井液的出口和进口流量，以判断井下情况，采用回压补偿装置、自动节流管汇提供井口回压，保持井底压力稳定。

（1）如作业过程中存在漏失。此时精细控压钻井系统将通过减小排量、调节节流阀开度或者减小回压值的方法重新平衡地层压力。

（2）若出现溢流、气侵的情况，控制系统将向相关作业人员发出警报，并自行计算重新平衡地层压力所需要的回压增量，并依据计算结果来调节回压泵及相应的节流设备，以达到控制井底压力、安全钻进的目的。

（3）停泵后，循环摩擦阻力消失，井底压力降低。此时回压泵开启以弥补循环摩擦阻力，实现平衡地层压力的目的。

3 现场应用

X3 井是一口开发井，井身结构（见表1）。该井目的层为裂缝性致密气层，安全钻井液密度窗口窄，易发生井漏、井涌、又涌又漏等复杂情况，井控难度大，难以钻达设计地质井深。针对上述问题，决定在该井五开井段采用基于精细控压钻井技术，降低井控风险，减少非生产时间，实现优快钻进。

表1 X3 井实际井身结构

3.1 基础数据

五开井段钻具组合：Φ152.4 mm 钻头+Φ120 mm×（1.25～1.75）°高温螺杆+Ф120.7 mm 箭形止回阀×2 只+Φ89 mm 无磁抗压钻杆+MWD（高温）+Φ89 mm 钻杆（18°）×400 m+Φ89 mm 加重钻杆×300 m+Φ89 mm 钻杆×900 m+配合接头+Φ139.7 mm 钻杆（18°）×若干+箭形止回阀+Φ127 mm 钻杆（18°）×50 m+箭形止回阀+Φ127 mm 钻杆（18°）+箭形止回阀+Ф165 mm 下旋塞×1 个。

3.2 钻井液漏失控制

精细控压钻井技术实现了窄安全密度窗口地层的钻进，避免了井下复杂情况，降低了钻井液的漏失量（见图1），大大节省了钻井成本。

图1 X3 井与临井钻井液漏失量对比

3.3 气侵监测与控制

4 月21 日11：00 钻进至5 179 m（钻井参数：钻压30 kN，排量16 L/s，泵压16 MPa，扭矩30～32 kN·m），井下压力失衡发生了气侵，井底侵入的气体经过一个迟到时间后返出井口，泥浆池液面突然增长21 m3，进口泥浆密度0.93 g/cm3，出口0.87 g/cm3，井口回压调整为4 MPa，至11:10 回压调整为4.5 MPa，压力较高，并开始节流循环排气，其间于11:38 点火成功，继续控制回压在5 MPa，点火钻进。此时井底压力略微大于地层压力（0.47 MPa），随后气侵量减少，泥浆池液面趋于稳定。期间井底压力波动（见图2）。循环出流体经气液分离器后，点火1 次，火焰高度为0.68 m。泥浆池液面稳定后，维持井口回压0.5 MPa 继续控压钻进。

3.4 储层保护效果

储层保护方面。X3 井五开水平段作业过程中，点火12 次，焰高0.5～4 m，共发现5 层油气显示层。完井后采用5 mm 油嘴求产，产气12×104m3/d。说明精细控压钻井技术较好地解决了储层段钻进过程中因液相侵入带来的储层损害问题。

图2 井底压力波动图

3.5 精细控压钻井应用效果总结

精细控压钻井在X3 井先后完成了控压钻进、接单根、溢流监测等多项控压工况作业。精细控压钻井系统实现井底压力的实时平衡，及时监测并控制了溢流、井漏等复杂情况。施工作业井段（5 105.88～5 338 m），未出现严重的井下复杂情况，节约了钻井成本，缩短了钻井周期，达到了良好的储层保护效果，圆满地完成了预期作业目的。

4 结论和建议

（1）精细控压钻井技术可以保证地层压力和井底压力的实时平衡，溢流、漏失等复杂情况能够在早期及时发现，及时控制，大大提高了井控安全。

（2）实施精细控压钻井技术可以灵活应对裂缝性致密气藏带来的漏喷同存问题，并已取得了良好的效果，建议进一步在该类地层中推广应用。

［1］ 周英操，杨雄文，方世良，等.PCDS-I 精细控压钻井系统研制与现场试验［J］.石油钻探技术，2011，39（4）：7-12.

［2］ 韩继勇，韩金井.精细控压钻井技术在塔里木气田的应用［J］.天然气技术与经济，2011，5（5）：47-50.

［3］ 朱宽亮. 南堡深层潜山水平井欠平衡钻井技术研究与实践［J］.石油钻采工艺，2013，35（4）：17-21.

［4］ 舒刚，孟英峰，李皋，等.重力置换式漏喷同存机理研究［J］.石油钻探技术，2011，39（1）：6-11.

［5］ 石林，杨雄文，周英操，等.国产精细控压钻井装备在塔里木盆地的应用［J］.天然气工业，2012，32（8）：6-10.

［6］ Saponja J, Adeleye A, Hucik B. Managed-pressure drilling（MPD）field trials demonstrate technology value［C］.IADC/SPE Drilling Conference. Society of Petroleum Engineers，2006.