簡(jiǎn)易控壓方法及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

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(1.中國(guó)石油 大港油田公司，天津 300280；2.中國(guó)石油 渤海鉆探工程有限公司，天津300450；3.中國(guó)石油 華北油田公司，河北 任丘 062550)

我國(guó)石油的勘探開發(fā)不斷向復(fù)雜區(qū)域進(jìn)軍，遇到的地層壓力問題也越來越復(fù)雜，部分地區(qū)鉆井井控安全的重大風(fēng)險(xiǎn)因素之一是壓力窗口不明確，且該情況在新區(qū)勘探和老區(qū)注采后的井中現(xiàn)象突出，是造成井控安全事故頻發(fā)、井下復(fù)雜的重要因素。

部分區(qū)域已鉆井出現(xiàn)低密度漏、高密度溢流的現(xiàn)象，為后續(xù)施工的井控安全帶來了很大的不確定性因素。進(jìn)一步落實(shí)鉆井工程中的鉆井液安全密度窗口的有效方法是降低井漏風(fēng)險(xiǎn)的前提下低密度鉆進(jìn)，在發(fā)生氣侵、溢流時(shí)提高鉆井液密度，從而豐富工程數(shù)據(jù)，為后續(xù)井提供可靠的密度數(shù)據(jù)[1-6]。

采用上述策略鉆井時(shí)是通過調(diào)節(jié)鉆井液密度來實(shí)現(xiàn)的，但在遇到井漏、溢流等復(fù)雜時(shí)調(diào)節(jié)鉆井液密度需要的時(shí)間較長(zhǎng)，不利于快速反應(yīng)。此外，對(duì)于部分復(fù)雜地層而言，僅通過調(diào)整鉆井液密度并不能滿足安全作業(yè)的需求，尤其在密度窗口不確定、全密度窗口敏感的作業(yè)區(qū)域，降低鉆井液密度在循環(huán)時(shí)不壓漏地層，但停止循環(huán)就降低了井底壓力，地層流體也會(huì)流入井內(nèi)。提高鉆井液密度雖然可以滿足靜態(tài)井底壓力大于地層孔隙壓力，但開泵循環(huán)時(shí)又會(huì)造成井漏，因此按照常規(guī)的鉆井壓力控制方式，復(fù)雜情況無法避免[7-12]。

針對(duì)密度窗口不穩(wěn)定等安全鉆井問題，可以采用控壓鉆井技術(shù)來解決。但精細(xì)控壓鉆井技術(shù)存在一些問題，例如專用裝備關(guān)鍵部件復(fù)雜、應(yīng)用成本費(fèi)用高等。針對(duì)這一問題研究了一種簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)[7-13]。該技術(shù)在保留控壓核心功能的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了節(jié)流管匯等設(shè)備。通過調(diào)節(jié)節(jié)流管匯節(jié)流閥，控制井口回壓在井口旋轉(zhuǎn)防噴器額定范圍內(nèi)，采用合理的鉆井液密度，保持整個(gè)井筒環(huán)空壓力平衡地層壓力，從而保證了井控安全。

在壓力窗口敏感地區(qū)鉆井時(shí)，使用簡(jiǎn)易控壓鉆井，鉆進(jìn)時(shí)可以在合理范圍內(nèi)采用相對(duì)低的鉆井液密度，循環(huán)時(shí)保持井底當(dāng)量密度在安全密度窗口內(nèi)保證不壓漏地層的基礎(chǔ)上控制了氣侵。在停止泥漿泵的時(shí)候，井口通過旋轉(zhuǎn)防噴器施加一定量的回壓，以維持靜態(tài)井底壓力在安全范圍之內(nèi)。同時(shí)可以利用控壓技術(shù)易于控制井底壓力的特點(diǎn)，在降低井控風(fēng)險(xiǎn)的前提下，采用低密度鉆井液鉆進(jìn)，提高機(jī)械鉆速[14]，從而達(dá)到提高勘探開發(fā)效果的目的。

1 簡(jiǎn)易控壓鉆井方法

1.1 控壓鉆井設(shè)備優(yōu)化

控壓鉆井的核心就是對(duì)井底壓力實(shí)現(xiàn)精確控制，保持井底壓力在安全密度窗口之內(nèi)。井底壓力等于靜液柱壓力、環(huán)空壓耗和井口壓力三者之和。井口壓力的調(diào)節(jié)主要通過控壓設(shè)備來實(shí)現(xiàn)[15-17]，主要由自動(dòng)節(jié)流管匯、隨鉆壓力測(cè)量工具、旋轉(zhuǎn)防噴器等組成。精細(xì)控壓技術(shù)的實(shí)施需要的設(shè)備復(fù)雜、成本高，對(duì)技術(shù)服務(wù)人員的綜合素質(zhì)要求高，在一定程度上增加了鉆井成本，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用受到一定限制。

簡(jiǎn)易控壓是在精細(xì)控壓基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)優(yōu)化，在保留精細(xì)控壓大部分功能的基礎(chǔ)上，以旋轉(zhuǎn)防噴器為核心，對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。

1) 自動(dòng)控制節(jié)流管匯優(yōu)化為常規(guī)節(jié)流管匯。自動(dòng)控制節(jié)流閥控制精度高，誤差小(0.2～0.5 MPa)，但價(jià)格昂貴。簡(jiǎn)易控壓工藝中，控制壓力是利用液動(dòng)節(jié)流閥或手動(dòng)節(jié)流閥進(jìn)行人工控壓，精度有所降低，但保留了節(jié)流的核心功能，壓力控制精度可以保持在0.5～1.0 MPa。，如圖1所示。

1—旋轉(zhuǎn)防噴器；2—鉆井泵；3—固控系統(tǒng)和鉆井液罐；4—液氣分離器；5—控壓管匯；6—節(jié)流管匯；7—壓井管匯。圖1 簡(jiǎn)易控壓循環(huán)系統(tǒng)及管匯

2) 自動(dòng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)化為壓井管匯+專用節(jié)流管匯+泥漿泵，以實(shí)現(xiàn)回壓補(bǔ)償功能。自動(dòng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)由回壓泵、控制閥等組成，在接單根和起下鉆時(shí)補(bǔ)償環(huán)空壓耗造成的壓力差，設(shè)備復(fù)雜且利用率低；簡(jiǎn)易控壓過程中利用壓井管匯+專用節(jié)流管匯+泥漿泵的組合代替了自動(dòng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，在保留回壓補(bǔ)償功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

3) PWD實(shí)時(shí)測(cè)壓短節(jié)優(yōu)化為軟件計(jì)算壓力。精細(xì)控壓中利用PWD實(shí)時(shí)測(cè)壓短節(jié)實(shí)測(cè)井底壓力作為控壓的依據(jù)，但PWD短節(jié)壓力傳輸依賴于泥漿脈沖，受定向儀器和傳輸時(shí)間的影響，部分井不便于下入工具進(jìn)行傳輸，同時(shí)壓力脈沖信號(hào)傳輸滯后，使控壓時(shí)的參考數(shù)據(jù)滯后。因此，可以通過計(jì)算井底壓力代替測(cè)量壓力，以計(jì)算數(shù)據(jù)作為控壓依據(jù)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的實(shí)時(shí)校核也能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)數(shù)據(jù)的需求。

1.2 控壓實(shí)現(xiàn)方法

1) 正常鉆進(jìn)時(shí)。在正常鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆井液密度能夠控制住地層壓力，鉆井液經(jīng)旋轉(zhuǎn)防噴器側(cè)面液動(dòng)平板閥。通過管線到高架槽，回流到循環(huán)罐，與常規(guī)鉆進(jìn)相同。鉆井液循環(huán)路線如圖2所示。

圖2 正常鉆進(jìn)時(shí)鉆井液循環(huán)路線

2) 氣侵時(shí)簡(jiǎn)易控壓循環(huán)。發(fā)生油氣侵仍需要鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液循環(huán)經(jīng)四通進(jìn)入專用節(jié)流管匯，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，合理控制井口回壓，通過液氣分離器除氣，經(jīng)高架槽進(jìn)循環(huán)罐。鉆井液循環(huán)路線如圖3所示。

圖3 氣侵鉆進(jìn)時(shí)鉆井液循環(huán)路線

3) 控壓起下鉆控壓。在起鉆過程中，若在井底壓力不斷增大的情況下，油氣大量進(jìn)入井筒，使得井眼內(nèi)液柱壓力下降，造成井口壓力增大，增加了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。為降低這種風(fēng)險(xiǎn)，需要控壓起鉆[13-15,20]，簡(jiǎn)易控壓起下鉆的控壓值需要附加起鉆抽吸壓力或激動(dòng)壓力，從而消除抽汲壓力、激動(dòng)壓力的影響，實(shí)現(xiàn)安全起下鉆。

控壓起下鉆時(shí)鉆井液循環(huán)如圖4所示。旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯中是鉆具，鉆井液流經(jīng)壓井管線和壓井管匯進(jìn)入井筒，再?gòu)木擦鹘?jīng)節(jié)流管匯至鉆井液罐。在控壓起下鉆的過程中，鉆井液保持循環(huán)并調(diào)節(jié)節(jié)流閥使井口保持一定的壓力，從而達(dá)到控制井底壓力大小的效果。起鉆時(shí)，井底壓力(井口回壓+靜液柱壓力-抽汲壓力)<地層壓力，抽汲壓力的存在使得井底欠壓值增大，可適當(dāng)增加井口回壓；下鉆時(shí)，井底壓力(井口回壓+靜液柱壓力+激動(dòng)壓力)<地層壓力，激動(dòng)壓力使井底欠壓值減小，此時(shí)可適當(dāng)降低井口回壓。

使用該方法調(diào)節(jié)井底欠壓值，可實(shí)現(xiàn)控壓條件下起下鉆，工藝簡(jiǎn)單，不需要注入重漿，壓力調(diào)節(jié)速度快。在控制起下鉆速度不變的情況下，可較為準(zhǔn)確地控制井底欠壓值。但控制精度對(duì)抽汲壓力和激動(dòng)壓力的計(jì)算精度和變化要求高，因此要求起下鉆過程中保持恒定的起下鉆速度，以盡量保持作業(yè)中激動(dòng)壓力和抽汲壓力不變，以提高壓力控制精度。

圖4 控壓起下鉆時(shí)鉆井液循環(huán)路線

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 N78-2x井降低井控風(fēng)險(xiǎn)

N78-2x井鄰井N78x井在沙一段地層鉆進(jìn)，鉆井液密度1.33 g/cm3，出現(xiàn)氣侵，后提高鉆井液密度至1.45 g/cm3完鉆。其后N78-1x井在密度1.40 g/cm3時(shí)發(fā)生了井漏，堵漏后發(fā)生氣侵，提高鉆井液密度1.46 g/cm3后完鉆。實(shí)鉆情況表明該區(qū)塊地層壓力較為復(fù)雜，壓力窗口不穩(wěn)定。

為了降低鉆井過程中溢漏復(fù)雜引起的井控風(fēng)險(xiǎn)、豐富該區(qū)塊地層壓力數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到便于現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)施性、作業(yè)成本等，計(jì)劃使用簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)。在發(fā)生溢流時(shí)，通過增加井口回壓，快速提高井底壓力，進(jìn)而緩解溢流防止井控升級(jí)，縮短處理復(fù)雜時(shí)間，提高鉆井效率。

實(shí)鉆過程中，沙一段采用密度為1.26 g/cm3，鉆井液鉆進(jìn)時(shí)遇到氣侵，通過控壓技術(shù)逐步將密度提到1.37 g/cm3壓穩(wěn)油氣層，控壓數(shù)據(jù)如表1所示。使用簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)后，該井比鄰井同層位鉆井液密度低，保證了該井安全，并進(jìn)一步豐富了該區(qū)塊合理的鉆井液密度數(shù)據(jù)。

表1 N78-2x井控壓數(shù)據(jù)

2.2 AT2x井實(shí)現(xiàn)降密提速

AT2x井鄰井WG1井奧陶系鉆井液密度1.11 g/cm3，發(fā)生井涌后，鉆井液密度提高至1.15 g/cm3；WG2井1.0 g/cm3鉆井液密度嚴(yán)重漏失；AT1x井鉆井液密度1.05 g/cm3鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生溢流，提高鉆井液密度至1.15 g/cm3后，壓穩(wěn)油氣層。實(shí)鉆情況表明，該區(qū)塊地層壓力復(fù)雜，為了降低溢漏復(fù)雜引起的井控風(fēng)險(xiǎn)，使用簡(jiǎn)易控壓技術(shù)，一方面有利于井控安全的提高；另一方面鉆井中采用鉆井液密度下限鉆進(jìn)，降低鉆井液密度后也能有效提高機(jī)械鉆速[14]。

AT2x井實(shí)鉆過程中，奧陶系采用密度為1.05 g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生氣侵，通過控壓技術(shù)逐步提高鉆井液密度至1.09 g/cm3后，壓穩(wěn)油氣。該井比鄰井AT1x同層位鉆井液密度降低0.06 g/cm3；機(jī)械鉆速為6.60 m/h，比AT1x(機(jī)械鉆速4.11 m/h)提高了53%。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)通過簡(jiǎn)化設(shè)備、保留控壓核心功能的基礎(chǔ)上仍然能夠?qū)崿F(xiàn)控壓鉆井。通過簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)的實(shí)施，一方面增加溢流復(fù)雜情況的快速反應(yīng)能力，另一方面在保證安全的前提下使用低密度鉆井液，有效提高機(jī)械鉆速。

3 結(jié)論

1) 簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)在保留控壓核心功能的基礎(chǔ)上對(duì)節(jié)流管匯、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化，降低了作業(yè)成本，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

2) 應(yīng)用簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)，可以在發(fā)生溢流時(shí)增加井口回壓，從而快速提高井底壓力，達(dá)到緩解溢流防止井控升級(jí)的目的。

3) 該技術(shù)在降低井控安全風(fēng)險(xiǎn)的前提下，豐富了鉆井工程許用的鉆井液密度范圍；且通過采用低密度鉆井液鉆進(jìn)，可提高機(jī)械鉆速。