控压钻井技术要点探究

曹悦贤

摘要：为了研究钻井工程所涉的控压钻井技术要点。本文基于笔者中国石油长城钻探工程有限公司钻井一公司多年相关工作经验，在理论结合实际的前提下开展相关分析。系统介绍了控压钻井所涉的井底压力恒定技术、加压泥浆帽钻井技术、水平井控压钻井技术、数据传输技术、连续管和套管控压钻井技术以及优选控压钻井液的筛选方案。最后在笔者自我运用和经验指引下进行了控压钻井技术的应用前景的展望。

关键词：欠平衡;控压;钻井;泥浆;侵入

化石能源的开采需要剥离地层，通过探孔和原始矿山开采进行媒介化生产。而石油天然气的开采更是需要先期勘探、甜点预测、钻井设计在测录井、定向钻、金刚石钻头等一系列技术与设备的配合下完成一定深度的井眼延伸，最终穿遇设定油气藏完井开采。而钻井工程中井控主要依靠井控设备和泥浆起到了润滑钻头，支撑井壁，冲击提速、压井井控的作综合用。根据井控需要除了配备好井控设备和异常演练完善前提下，日常现场还需要进行重浆储备以应对突发情况，而在页岩气井中由于储层伤害的不同特点，需要考虑速敏和其他多重滤失伤害因素的发生。所以在钻进参数合规确保安全的前提下需要严格考虑泥浆性质，确保一天至少2次的泥浆性能检测，并强化坐岗。确保井控安全。本文基于笔者多年钻井一线工作经验，在技术现状和运行现状上展开多维角度分析和讨论。力求弥补当前井控工作管理混乱，人员素质低下问题。系统探索了控压钻井技术的工程意义和智能化监控系统组成。给钻井工程更好更快的发展提供技术支撑。

一、控壓钻井技术概述

控压钻井技术是基于工艺原理手段进行的提速提效、保证安全的本质技术之一。而在具体操作实施方面却受到诸多条件限制。但是在运用和推广方面理论接受程度和市场反响程度较好。原理方面，进行有限的控压钻井能合理和科学的控制井眼压力。达到多维工况下的水流压力平稳运行。同时运用计算机监控设备和相关仪表可以进行水流扰动产生的不同程度变化，指引现场及时查明原因，调整工况，预控风险。操作层面，该技术的运用也仅需节流阀进行水力压力的节流管汇调整，确保井壁稳定性和转进效率的合理匹配，在合理标准范围内安全运行。而多维角度的钻井液优化还能极大降低成本，将井漏概率和储层污染程度降至最低。而控压节流阀的操作也能在计算机以及安全保护装置的配合下进行智能化安全运行。

需要注意应用控压钻井技术需要首先明确和了解钻井工程涉及的常规钻井井控技术、钻井液配比技术以及完井技术。在理论基础强化的基础上进行控压钻井设计，全面优化现场装备配给，优化管柱力学与工具运用程度。根据基础物理计算，控压钻井技术细分包括了过平衡钻井技术、近平衡钻井技术、欠平衡钻井技术、精细控压钻井技术。具体技术概述如下：

过平衡钻井技术简称OBDT（OverbalancedDrillingTechnology），其理论解释为：钻井过程中预设泥浆密度灌入井筒中产生的静液柱压力大于地层孔隙介质产生的压力时，确保井筒岩屑剥离亏空导致的应力变化平稳，而高效稳定的钻进。通常在实际操作中，相应钻井液密度需要参考常规钻进裸眼井段最高地层孔隙压力前提下的最高值在附加一个补偿量。根据笔者工作经验，路上油气田附加值的确定准则通常为油水井0.05～0.10kg/L，井底正压差1.5～3.5MPa;气井0.07～0.15kg/L，井底正压差3.0～5.0MPa。

近平衡钻井技术简称NBDT（NearbalancedDrillingTechnology），其理论解释为：钻井过程中预设泥浆密度灌入井筒中产生的静液柱压力等于地层孔隙介质产生的压力时，确保井筒岩屑剥离亏空导致的应力变化平稳，同时最小程度污染地层，确保安全钻进。笔者在现场运用该技术情况较少，仅仅是在确保安全的个别开发井的安全层段。在此给出近平衡钻井的钻井液密度附加值经验范围：油水井0～0.05kg/L，井底压差0～1.5MPa;气井0～0.07kg/L，井底压差0～3.0MPa。

欠平衡钻井技术简称UBDT（UnderbalancedDrillingTechnology），其理论解释为：钻井过程中预设泥浆密度灌入井筒中产生的静液柱压力略小于地层孔隙介质产生的压力时，而钻进过程中地层内的倾入流体以一定速度微量进入井筒，并参与循环并排出至地面的固控设备中。依据安全余量及其工作要素，可以将欠平衡钻井技术进行不同循环介质的区分，常见的区分方式有气相欠平衡钻井技术、气液两相欠平衡钻井技术、液相欠平衡钻井技术三大类。而现场具体运用层面的操作中，通常运用干空气、氮气和天然气作为气相欠平衡钻井的驱动气。运用雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液技术开展液相欠平衡钻井实现。而在钻井液的使用中，液相欠平衡钻井也需要根据地质情况和成本考虑进行常规钻井液钻井、混油钻井液钻井、泥浆帽钻进工艺的对比优选。

二、控压钻井（MPD）系统的组成

控压钻井技术从概念诞生到产业化发展，其相关工具和工艺发展还不成熟。需要系统性操作体系和智能化控制元件指引生产运行高效、安全。而该技术系统当前的（MPD）最新发展就涵盖有决策分析系统、参数检测系统、指令执行系统、电控系统等多重功能板块。具体实施为现场一次表进行数据采集与筛选，将非实时输入模块中的关键要害数据进行定时定量的获取，将相关的原始数据进行模拟和带入，运用计算分析手段完成相应功能化操作。将模拟计算出水力学参考模型进行现场验证。核算出危险预控的压力控制范围与目标。然后生成操作化规范，并在逻辑判断模块帮助下依据参数检测系统、电控系统、指令系统等给出的数据结果对决策进行判断最终实现数据的互联互通，共享和监控。最终在多维判定下筛选出工艺最优解，并进行井下仪器参数的数据反演式容错监控。实现钻进、接单根、起下钻等施工任务的顺利完成。

三、控压钻井关键技术

1.井底压力恒定技术

这种技术也被称为等效循环密度控制，调节环的液压节流压力和钻井液的静态柱压来精确控制井底压力的方法。在设计过程中，平衡钻井通常进行与比在循环过程常规钻井methods.The井底压力较低的钻井液密度等于静液柱压力加上环的压力损失。当井关闭和钻管连接，周期性压力损失就会消失，同时，留下该井底压力处于不平衡状态，然后在井的顶部添加背压平衡井底压力。以及，可避免地层流体侵入的问题。从理论上讲，在这种情况下，当井口处于静止状态，环形压力时，背压被添加到井口和流通丢失。与在地面上恒定的压力，在钻井过程中，将单根和环形压力分布的压力控制钻井操作的过程中，如果在下层射流或泄漏的一个问题，它可通过压力来控制。

2.加压泥浆帽钻井技术

此技术主要是在井口在孔中的最低环形流体密度，这就是为什么它被称为加压泥浆床钻孔施加正压。在正常情况下，这种技术可以有效地控制井漏的问题，在海底和陆上石油和天然气井泄漏严重执行操作。在应用加压泥浆层钻井技术，如果储层压力小于净水头的过程中，有必要使用泥浆层钻井技术（未加压的）和干净的水喷入环泵当钻井液是该从眼睛气体将通过环的清洁水的压力返回到地层，以确保施工作业可以继续。如果储层压力大于静水压头值，加压泥浆床钻井技术需要通过添加重钻井流体，以实现在整个孔的压力平衡。在应用过程中，旋转控制头通常用于从地层到环空的顶部添加液体钻井液的帽。另外，加压泥浆层的钻井技术实施之前，有必要增加泥浆层钻井液中，并缓慢注入的重量和粘度到环，以防止油和气体进入环，以确保在压力控制好。

3.水平井控压钻井技术

控制钻井技术水平压力需要的特殊的井下动力生产工具和先进的精密控制压力钻井测量仪器在申请过程中的应用。的井钻出倾斜的过程中控制压力钻井过程中的角度必须严格控制。以上86度维持，水平井压力来控制钻井技术基本上是定向的压力来控制钻井技术。该技术已在我国的控制压力钻井生产中使用了很长的时间。经过多年的优化和改进，相关公司有几个重要的技术应用点，比如垂直调节，稳定的钻探，动态检测和多个打开的转盘。向上和向下调整主要是指压力控制钻井和特定垂直位置的倾斜角的正确调整的压力来控制钻井期间。钻孔工具的稳定性主要是指在生产中的选择和组合的方法，必须严格控制所使用的钻孔工具的稳定性的严格控制。动态测试主要关心的是评估和定向状态的测试中，组合钻削刀具的方向的状态和压力控制的钻孔部分的计算，和详细的分析和钻孔的有效的调整。通过受控压力。打开所述转台的主要目的是为了减少阻力和摩擦增加机械设备的实际速度。一般来说，从钻托盘的水平段进尺应控制在总进尺超过3/4。

4.数据传输技术

数据传输技术在压力控制钻井技术中起着非常重要的作用。只有掌握了数据传输的功能，才能真正了解石油开采。因此，数据传输技术是压力控制钻井技术中不可缺少的重要组成部分。在压力控制钻井施工前，技术人员必须收集传输技术提供的信息，分析油田下的条件，确定开采的风险因素;那么，带压力控制的钻井液脉冲传输一般在随钻测量时进行。在大型油田中，数据传输技术有着广泛的应用，但在使用该技术的过程中也存在一定的问题。数据传输的准确性会受到电磁感应的影响，会导致数据信息出现错误。随着科学技术的不断进步，数据传输技术也在不断完善和创新。为保证数据传输的准确性，需要将数据技术与电磁技术相结合，充分发挥控压钻井技术的优势。我国油田经济效益的可持续增长。

5.连续管和套管控压钻井技术

目前，国内石油企业在生产过程中对连续控压钻井技术进行了创新和优化，在吹气装置中安装了环形橡胶装置。这种配置可以为压力控制钻井提供安全稳定的操作环境。大大降低控压钻井过程中的地层损伤，保证控压钻井作业的顺利开展，有效保护油气层结构。采用连续控压钻井技术，无需停泵，可保证控压钻井液循环的连续性，防止控压钻井施工过程中发生井喷事故。该技术用于深化控压钻井、老井和小井测井的生产。在应用工程中不需要使用太多的机械设备，一般技术领域比较小。在技术应用过程中。它也经常用于限制地形施工或海上平台上的受控压力钻井作业。压力控制衬管钻井技术是指下衬管钻井与控制压力的有效结合。该技术的应用避免了传统的井下压力控制钻井施工，有效优化了水力参数，提高了井的清洁度，同时提高了环境控制的整体返回速度。

6.优选控压钻井液

压力控制钻井液性能直接关系到井的清洁度、井质量、压力控制的钻井速度等。压控钻井液优化过程坚持以硅稳定剂为重点，积极攻关。攻坚克难，实现控压钻井“稳上快下快”的目标。井稳优化是在原有压控钻井液的基础上，加入一定比例的KH-931降滤失剂。通过观察泥层质量和页岩的抑制能力，发现2%的添加比例是一个非常好的优化效果。井净化采用优化控压钻井液流变参数的方法，控制控压钻井液的塑性动力比（YP/PV）。流速最好保持在490500/s范围内。 0.6以内。润滑防卡剂用于提高控压钻井液的润滑性能，添加白油和无荧光液体润滑剂，添加比例约3%，可大大提高压力润滑性能。控制钻井液和防止钻具出现卡死。防漏堵漏优化采用提高地层承压能力的方法，引入超低渗透堵漏技术，避免因漏漏造成的经济损失和储罐损坏。

四、结语

综上所述，随着我国石油勘探的不断深入，以深层凝析气，盐间油气藏为代表的高难度复杂资源的开采日益常态化。而钻井工程作为沟通油气藏与地面的通道，如何做到成本可控、安全可靠、生产顺利的生产是当前技术人员迫切需要考虑的问题。控压钻井技术兼顾了常规油气田开发的井控安全，又融入了力学导向下的优快钻井理念。在欠平衡钻井施工的基础上不断完善地面设备设施和井下故障复杂预控手段。为有效缩短钻井周期、提高机械钻速的安全生产前提提供了工艺层面的可行性操作意见。

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