控压钻井技术研究现状及发展.pdf

2016年04月 | 165 近年来， 油气勘探开发的重点逐渐向深部地层、 复杂地层 发展。 窄窗口安全钻井问题逐渐被提上日程， 在此基础上， 控压 钻井技术得到了较好的发展， 目前在塔里木盆地、 四川盆地、 柴 达木盆地等都进行过较多的理论研究及现场实践， 取得了一定 的成绩。 本文从窄窗口技术及问题出发， 对目前常规控压钻井 技术进行研究， 提出今后一段时间的发展方向， 为我国油气钻 探提供一定的指导。 1 窄窗口相关概念及技术难点解决方法 (1) 窄窗口相关概念 窄窗口是在钻井安全窗口的基础上 提出来的， 所谓钻井安全窗口即在钻井过程中不发生井喷、 溢 流、 垮塌、 卡钻等钻井安全事故， 一般使用钻井液来平衡地层压 力以保证井壁的稳定性。 窄窗口地层压力窗口较小， 钻井液在 平衡地层压力的时候由于工况的不同或者压力系统的频繁变 化， 导致钻井液密度很难控制地层压力， 造成相关钻井安全事 故。 一般情况下， 窄窗口主要有以下一些情况。 裂缝、 溶洞发育的碳酸盐岩地层或裂缝发育的碎屑岩地 层， 通常表现为开泵井漏、 停泵井涌的情况， 称之为压力敏感性 地层 ； 平衡井底( 或下部) 地层是， 上部地层出现漏失， 而平衡 上部地层时， 下部地层出现溢流。 也就是统一压力系统井段较 长的情况 ； 异常高压地层的存在， 如上部地层为异常高压， 当 进入下部正常压力系统地层时， 发生漏失 ； 相对薄弱地层， 如 容易垮塌或者容易发生漏失的地层 ； 老油田开采后期， 由于油 气层压力降低而造成下部地层发生漏失。 (2) 技术难题及解决方法 现场钻井实践表明， 窄窗口钻 井技术的难点的关键是如何防止井下复杂情况的发生， 从钻井 地质及工程着手， 认为主要存在以下一些难点。 钻井地质 ： 地 层压力预测不准、 地层压力较高但破裂压力较低 ； 多套压力系 统发育与同一裸眼段 ； 地应力复杂， 井壁易发生失稳， 出现井 壁易垮塌、 缩径等 ； 地层属于三高地层。 钻井工程 ： 窄窗口下高 密度钻井液发生漏失 ； 同一地层又漏又溢 ； 碳酸盐岩地层出现 密度置换 ； 井身质量不能满足施工要求 ； 发生井漏后由于地层 压力梯度差异， 井下更加复杂 ； 三高井循环压耗导致安全窗口 不够。 因此解决窄窗口安全钻井问题主要有 ： 精确的确定安全 窗口、 采用相关工具或措施扩大钻井安全窗口、 采用特殊工艺 或工具控制好环空压力。 经过多年的发展， 认为控压钻进能有 效的解决窄窗口钻井安全问题。 2 控压钻井技术发展现状 所谓控压钻井指的是采用一定方法控制井眼的环空压力 剖面的钻井技术， 实现方法是通过确定井下压力情况达到控制 环空液柱压力的目的。 研究表明控压钻井技术可有效的解决窄 窗口钻井安全问题。 一般将控压钻井技术分为常规控压钻井和 精细控压钻井技术。 (1) 常规控压钻井技术发展现状 常规控压钻井主要包 控压钻井技术研究现状及发展 李晓清( 中石化中原石油工程公司钻井四公司, 河南 濮阳 457001) 摘要 ： 从国内外解决窄窗口钻井技术对策着手，对常规控压钻井技术、精细控压钻井技术及其配套设备进行分析，指出了近年 来精细控压钻井技术的现状及发展趋势，为控压钻井技术的进一步发展提供一定的指导。 关键词 ： 控压钻井 ; 窄窗口 ; 配套设备 ; 研究现状 括 ： 简易导流控压、 流量监测控压、 手动节流控压、 充气控压、 双梯度控压、 加压泥浆帽控压、 HSE MPD 技术等钻井技术。 下 面对其常用技术进行说明。 简易导流控压钻井技术指的是运用旋转控制装置(RCD) 及 引流连通管汇对流量进行实时监测， 增强早期溢流和漏失监测能 力。 该技术成本低且方便， 适用于压力窗口稍微宽松的地层。 加压泥浆帽控压钻井指在环空流体密度较小的情况下加 入一定压力， 利用旋转控制装置将加重钻井液注入环空， 实现 钻屑漏失在钻头上的孔洞以及裂缝发育处。 该技术可以对发生 严重井漏地层有较好的作用， 通用于陆地及海洋油气井中， 特 别是深层碳酸盐岩地层。 双梯度控压钻井技术主要应用于海洋油气钻井过程中， 其 实现方式是采用隔水管内充灌海水， 利用海底泵回输钻井液。 或 者通过注入低密度流体、 气体或空心微球降低隔水管内流体返 出密度， 达到与海水密度相当。 该技术的主要技术点在于保持双 密度钻井液， 控制环空及井底压力而实现平衡井底压力的目的。 井口连续循环钻井系统指的是将接单根分为几个连续操 作， 目的是在保持钻井液循环的基础上对进行钻柱连接， 保证 钻井液循环密度不变。 该技术在BP 油田得到首次应用。 降ECD 工具是近年来发展起来的新技术， 其通过涡轮将钻 井液动能转换为旋转机械能， 使钻井液泵向上推动， 作用在工具 安装处之上的流体重力以及环空压耗， 实现降低井底ECD目的。 3 研究现状及发展 近年来， 国际上利用控压钻井技术解决窄窗口安全钻井 已取得了较好的成绩， 我国起步相对较晚， 但发展较快， 目前已 开展了相关技术的引进以及相应工艺技术、 设备的自主创新研 究， 针对窄窗口钻井问题已进行过相当多的实践。 总体来说， 我 国已经从常规控压钻井技术向精细控压钻井技术发展。 具体而 言， 钻井装备已经研发了如环空压力随钻监测、 控压钻井配套 设备、 装置的研发及实践， 取得了多项发明专利 ； 钻井工艺相 关理论、 设计、 相应监测软件都已经得到了长足的发展 ； 配套 技术上主要包括防漏技术、 堵漏技术、 地层压力预测及监测技 术、 地层压力评价技术等都已经初具规模。 今后一段时间我国 的发展方向应该着重于精细控压技术的研究及应用。 参考文献： 1 辜志宏, 王庆群, 刘峰, 等. 控制压力钻井新技术及其 应用J. 石油机械,2007,35(11):68-72. 2 严新新, 陈永明, 燕修.MPD 技术及其在钻井中的应用 J. 天然气