精细控压钻井技术在近平衡钻井中的应用

张兴全，丁丹红，周英操，刘 伟

(1.中海油研究总院，北京 100027；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中国石油钻井工程技术研究院，北京 102206)



精细控压钻井技术在近平衡钻井中的应用

张兴全1，丁丹红2，周英操3，刘 伟3

(1.中海油研究总院，北京 100027；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中国石油钻井工程技术研究院，北京 102206)

针对碳酸盐岩地层在常规近平衡钻井过程中易喷、易漏等问题，分析了近平衡钻井井底压力控制中存在的问题，井深的增加使附加压力、循环压耗增加，井底过大的正压差难以满足近平衡钻井要求；根据精细控压钻井压力控制特点，采用随钻测量工具辅助压力控制方法和以流量为目标的压力控制方法来实现井底压力近平衡钻井，并进行了现场应用。研究表明，精细控压钻井方法能够实现近平衡钻井，该技术对近平衡钻井理论和实践的发展具有重要意义。

近平衡钻井；井底压力；精细控压钻井；压力控制

0 引 言

在塔里木油田、四川油气田碳酸盐岩地层钻井过程中，由于钻井安全密度窗口窄，近平衡钻井易发生井喷、井漏等复杂问题。随着钻井深度的不断增加，井底形成的过平衡度越来越大，过大的正压差无法满足近平衡钻井压力控制要求，因此，有必要开展对近平衡钻井压力控制的研究[1-9]。在前人研究的基础上，分析了近平衡钻井井底压力控制过程中存在的问题，并针对性地提出了精细控压方法。现场应用表明，利用精细控压方法可实现近平衡钻井。

1 近平衡钻井井底压力控制中存在的问题

近平衡钻井主要通过控制钻井液附加密度值、优化井身结构、控制起下钻速度、优化钻井液流变性和钻井液排量等来控制井底压力。近平衡钻井钻井液附加密度值：油井和注水井钻井液密度为0.00～0.05 g/cm3或井底压差为0.0～1.5 MPa；气井钻井液密度为0.00～0.07 g/cm3或井底压差为0.0～3.0 MPa。然而，随着钻井深度的不断增加，钻井液附加密度值、环空压耗等因素使近平衡钻井井底压力过大。如当井深达到7 000 m时，气井的附加密度值达到2.1 MPa；循环压耗也随着井深的增加而增加。而现有的近平衡钻井压力控制方法无法消除钻井液附加密度、循环压耗、起下钻、环空岩屑重力、异常工况等对井底压力的影响，这些因素共同影响使得近平衡钻井井底过平衡度过大，没有实现真正意义的近平衡钻井。同时，碳酸盐岩等地层对压力敏感，钻井过程中开泵即漏、停泵即侵等现象时常发生，对井底压力的控制精度要求进一步提高，而常规的近平衡钻井井底压力控制方法已不能满足钻井要求。

2 近平衡钻井中的精细控压方法

近平衡钻井的核心是实现井底压力的控制，而精细控压钻井通过改变井口回压能够实现井筒压力的精细控制[10-11]，使井底压力接近地层压力，从而实现近平衡钻井。精细控压钻井主要有2种压力控制方法。

2.1 随钻测量工具辅助压力控制方法

在井下钻具组合中安装随钻地层测试工具(FTWD)和随钻测压工具(MPD)，能够实时监测地层压力和井底压力值，根据井底压力和地层压力的差值，调整精细控压钻井井口回压值，使井底压力等于地层压力，达到近平衡钻井目的。如MPD测量的井底压力值比FTWD测量的地层压力高0.5 MPa时，精细控压钻井控制系统可增大节流阀开度，使井口回压值降低0.5 MPa，使井底压力趋近于地层压力。

2.2 流量为目标的压力控制方法

当不能实时监测井底压力和地层压力时，可以通过出入口流量辅助进行压力控制。当出口流量大于入口流量时，表明井底压力小于地层压力，井底为欠平衡压力状态，应逐渐增大井口压力；当出口流量逐渐等于入口流量时，井底压力等于地层压力，井底为近平衡状态，如图1a所示。

若出口流量不大于入口流量，表明井底压力不小于地层压力，井底为近平衡或过平衡状态，应采用试探法进行压力控制，井口压力降低0.5 MPa一段时间后恢复到原井口压力值，若一个迟到时间后，出口流量大于入口流量，表明为近平衡钻井，如图1b所示；若一个迟到时间后，出口流量仍等于入口流量，应逐次降低井底压力后，采用试探法进行近平衡钻井压力控制。

图1 近平衡钻井压力控制方法示意图

3 精细控压钻井实现近平衡钻井实例

3.1 基本情况

图2为塔里木油田某井井身结构，设计完钻井深为6 740 m，孔隙压力当量密度为1.1 g/cm3，设计造斜点为4 680 m，井眼采用直—增—平结构，设计水平段长度为1 557 m，最大井斜角为89.63 °，设计二开中完井深为4 955 m，三开Ø168.3 mm钻头钻进。设计在进入A点(5 183 m)前50 m(5 133 m)处使用精细控压钻井方法，以达到近平衡钻井的目的。

3.2 近平衡钻井压力控制过程

采用精细控压钻井系统实现近平衡钻井时，采用以流量为目标的压力控制方法，由于初始时井底为过平衡状态，钻井液密度为1.18 g/cm3，初始设计井底压差为3～5 MPa，根据井下情况，逐渐降低钻井液密度，钻井液密度以每次0.01～0.02 g/cm3幅度降低，直到钻井液密度降为1.10 g/cm3，井底变为近平衡钻井。在降低钻井液密度时应时刻观察出入口流量变化，调整井口回压使出入口流量相等。下面以某一时段为例说明精细控压钻井压力控制过程。

图2 井身结构

(1) 16∶40时出口流量等于入口流量，井口压力为2.5 MPa，井底为过平衡或近平衡压力状态，采用流量为目标的压力控制方法控制井底压力，井口压力由2.5 MPa降低至2.0 MPa，15 min后再升高至2.5 MPa，一个迟到时间后，出口流量依然等于入口流量，说明井底压力比地层压力至少高0.5 MPa。

(2) 井口压力降低0.5 MPa。

(3) 20∶15井口回压由2.0 MPa降低至1.5 MPa，20∶30井口回压由1.5 MPa升高至2.0 MPa，如图3所示。在一个迟到时间后，井口出口流量增加，如图4所示。说明在20∶15时降低的井口回压使地层流体进入井筒，从而确定井口压力在1.5～2.0 MPa时，井底压力等于地层压力，实现了近平衡钻井。为保证井筒流动稳定性，井口压力维持在2.0 MPa。

图3 井口改变回压曲线

图4 井口出口流量增加曲线

精细控压钻井能够实现井底近平衡钻进，通过降低井口回压后观察出口流量能够判断井底压力状态。精细控压钻井能够实现对井底压力的精细控制，有效实现对窄密度窗口地层及易喷、易漏地层的安全快速钻进。由于旋转控制头压力控制能力有限，精细控压钻井过程中在遇到较大溢流和漏失时无法有效控制，需转入常规井控程序。

4 结 论

(1) 由于过大的附加密度值、循环压耗等，使得目前近平衡钻井技术难以实现近平衡钻井。

(2) 精细控压钻井采用随钻测量工具辅助压力控制方法和以流量为目标的压力控制方法可以实现井底压力近平衡钻井。

(3) 现场应用表明，精细控压钻井能够实现近平衡钻井，该技术对近平衡钻井理论和实践的发展具有重要意义。

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编辑 孟凡勤

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.035

20160310；改回日期：20160709

国家自然基金“深水高温高压井钻采过程中密闭环空压力预测和套管柱力学研究”(51504284)

张兴全(1986-)，男，工程师，2009年毕业于中国石油大学(华东)安全工程专业，2015年毕业于中国石油勘探开发研究院油气井工程专业，获博士学位，现从事油气井流体力学研究工作。

TE242

A

1006-6535(2016)05-0141-03