刘强宇

(中国石化华北石油工程有限公司河南钻井分公司，河南南阳  473132)

 

摘 要：控制压力钻井技术能够精准确定环空液压剖面，明确井下的压力窗口，是精准操控井内环空压力剖面的自适应钻井过程，提高井眼钻达目的层的可能性，减少由于环空压力引起的井漏，进而有效提高井控安全性。控制压力钻井技术能够有效解决钻遇空隙压力以及破裂压力的密度窗口问题，近些年来被广泛应用。基于此，本文立足于技术发展层面，系统分析控制压力钻井技术的应用状况，以及其在油气井开发方面的未来前景。

关键词：控制压力钻井技术；技术创新；应用

中图分类号：U45；TH3    文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2023)05-2024-03

 

0.引言

随着信息扩容、技术发展，国内外技术人员在钻井技术研究方面取得了明显成果。随着油气井勘探逐步走向成熟，向复杂深层方面发展，控制压力钻井技术也面临着新挑战，为了提升油气井开发的综合技术水平，广大技术人员需要开拓眼界，积极探索，不断学习国外先进钻井设备理念，应用新技术，寻找技术突破口，进而缩短我国与国外控制压力钻井技术的差距，提升国内钻井综合质量。 

1.控制压力钻井技术概述

1.1控制压力钻井技术目标

控制压力钻井技术使用封闭和承压钻井循环系统，所采用的欠平衡钻井技术以及新设备，都具备一定的可实践性与应用性，能够有效解决传统技术水平下钻井遇到的诸多难题，进而提高了钻井的性价比，大大提升钻井综合水平。技术人员运用控制压力钻井技术，能够更好地控制钻井过程中的压力，克服传统模式钻井出现的可钻性低，成本高等诸多问题，是针对钻井过程控制压力平衡的新技术。多年之前，国外便开始应用钻井液循环系统，随着技术的逐步成熟，成为陆地钻井的主要发展方向，能够快速提高井控能力，同时控制钻井成本，提高钻井经济性。随着技术不断成熟，理念不断完善，进而减少安全事故发生概率，同时缩短钻井时间，提升钻井效率，使得钻井过程兼具安全性与经济性。

1.2控制压力钻井技术的优势

控制压力钻井技术能够解决传统钻井过程中的诸多问题。首先，能够大幅度提高钻井压力的准确度，地下液体不容易流入到钻井当中；其次，控制压力钻井技术能够有效稳定井底压力，钻井过程中的压力能够与井底压力更加吻合，平衡整个井底的压力。最后，该技术采用封闭和承压钻井液循环系统，一旦发现钻井液溢流问题能够快速发现，快速处理，减少人员、设备的损失，进而有效避免事故发生。除此之外，若技术人员在进钻井的过程中突发井塌、井漏等问题，采用控制压力钻井技术能够得到快速处理，进而减少安全事故的发生概率，降低钻井成本，优化井身的总体结构。

2.控制压力钻井技术的应用

2.1井底常压控制压力钻井的应用

在钻井过程中，能够合理控制井底压力是保证钻井过程安全的重要环节。控制压力钻井技术也可称为当量循环密度控制技术，能够有效把控钻井液的密度，一旦发现常规钻井液密度低于正常值，便需要进行平衡钻井。在循环的过程中井底压力是上环空压耗与静夜柱压力的总和，在接钻杆与关井的过程中，循环压耗便会消失，此时井底压力便处于欠平衡状态，控制人员需在接口处加一个回压，使其处于压力再平衡状态，防止出现地层流体侵入的状况。技术人员需要在压力稳定的情况下开展钻井作业。环空压力剖面的压力处于平衡状态，同时运用水力学模型进行计算测量井下数据，能够对钻井过程中流体流变性能、井眼大小、井口回压等数据进行合理把握，进而保障井底压力处于相对平衡状态。

2.2加压钻井液帽控制压力钻井的应用

技术人员在进行钻井作业的过程中，难免会因为技术因素、外界环境因素的影响，出现井漏现象。在开展钻井作业的过程中，若突发井漏状况，技术人员可以采用加压钻井液帽控制压力钻井技术进行及时处理。在进行问题解决的过程中，其主要是通过控制泵泵入高密度的钻井液，目的是隔封环空，保证井内压力。若发生井漏问题的地层压力相对较小，则也可利用诸如海水之类的密度相对较小的钻井液，沿着钻杆沿线注入钻井液，使得其漏入裂隙当中，进而有效提升机械的转速，此种措施可以有效减少钻井液的使用量，起到降低成本的作用。

2.3双梯度控制压力钻井的应用

双梯度控制压力钻井技术主要应用隔水导管在导管中注入低密度钻井液，或者通过套管外部的寄生管注入低密度钻井液，在此过程中在连接点注入空气、惰性气体、低密度钻井液以及固体添加物，能够使得其与地面钻井液密度更加接近。此项技术并不是简单地降低井底压力或者降低钻井液密度，而是避免在钻井作业的过程中，出现压力不平衡的问题，防止井身压力过大出现破裂状况。

3.控制压力钻井设备研究进展

随着广大技术人员对于控制压力钻井技术的不断研究，目前控制压力钻井系统主要包括连续循环系统、监控系统、地面压力控制设备、旋转控制装置等诸多设备以及其他特定应用的专业设备。

3.1可控钻井液帽系统

此系统与加压泥浆帽钻井系统相类似，主要是通过钻井泵液帽的液面高度合理调整井底压力。可控钻井液帽系统通过回流管以及灌浆液输送管与钻井液池相接，运用隔水管单根通过钻井液的举升泵以及高压阀相连接，通过调节钻井叶帽的液面高度，精准控制隔水管中钻井液的体积，进而合理调控井底的压力。

3.2当量循环密度降低工具

此类工具主要是由上部、中部、下部三部分组成，包括密封装置、轴承以及涡轮马达等装置。上部利用涡轮马达能够有效吸收液压，将液压转换为机械能，当工具开始作业时，涡轮马达会随着钻柱进入井内，驱动涡轮助力环空返回钻井液进行吸收，有效减少下部井段的当量循环密度，进而快速降低井底压力，增加上部套管的当量密度，保持井筒上部分高压。中部主要是由涡轮马达驱动多级混输泵展开作业，下部分主要是由密封装置以及轴承组成，并配备专属应急密封备用装置。在钻井作业的过程中，一旦需要压力差，环空便可迅速开启，进而展开钻井作业。

3.3连续循环系统

连续循环系统的特点便是易于控制的、稳定的、平衡的，特别是在钻井过程中有气体存在的情况下。连续循环系统的优势便是新型连接器，新型连接器可以设定并连续控制钻井入口、出口的压力以及钻井液流量。在循环系统中，连接器接单根时可以有效避免钻井液回流，且不单纯依靠单向阀。经实践研究，单向阀作业费时费力，若技术人员在钻井的过程中需二次建立循环系统则会影响井内压力，连续循环系统可以有效平衡压力，并使得钻井过程中的压力梯度处于最佳状态。

3.4旋转控制头

在钻井作业的过程中，旋转控制头能够有效密封井眼环以及钻井空间，能够保障安全精确的压力控制。此外，在钻杆或方钻头进行旋转的过程中，密封胶心也可随之变动，井眼内若反出流体，可直接导出井口。运用控制压力钻井技术可以有效保障钻杆或方钻头的密封性，使井口始终保持压力平衡，确保钻井液无法喷上钻台，钻井液可以从旁侧流出，进而保证控制压力钻井作业的正常运行，合理把控环空回压，在压力值安全范围内开展作业，有效避免井喷现象的发生。

4.技术研究趋势

基于技术发展的要求，油气井开展钻井作业的过程中，大量应用控制压力钻井技术，能够有效控制井身的压力，达到安全钻井、高效钻井的目的。国外经过反复的钻井实验验证得出结论，控制压力钻井技术相较于其他技术而言，更加高效、更加安全。控制压力钻井技术主要目的是合理把控井筒压力，基于水力的摩阻、流体密度、井眼几何特征以及钻井液位使得井筒压力能够维持在破裂压力以及地层孔缝压力范围之内，做到近乎平衡的钻井作业，能够精准把控地层流体进入地眼，减少钻井过程中出现卡钻、井漏、井涌等问题，契合常见油气井窗口窄小的特性。

钻井技术研究的新方向便是深入探索控制压力钻井技术，保证技术理念完善、实践应用成熟。使用密封系统能够快速提升返回系统的钻井液压力，使得其在连续接方钻杆或钻杆的过程中保证压力剖面平衡，避免钻井液流入地层。过合理把控钻井液压力，强化钻井控制，更加精准把控钻井压力，使得钻井液导流顺畅，避免出现压力钻井作业中断的情况，进而保障油气井的采收率。

新技术的研发与升级，能够充分体现可持续发展理念，注重安全、环保方面的考虑，满足安全发展、绿色发展、可持续发展的要求，对于钻井技术设计更加精细准确，通过强调自动化设计，减少人工作业部分，减少安全事故发生概率，最大程度保障人员、设备的安全。该技术通过新材料、新技术、人工智能、自动控制技术、液压驱动技术的应用，强化多学科、多技术融合交叉，将计算机信息技术广泛融入其中，使得控制压力钻井技术设备更加自动化、机械化、智能化，体现出自动操作的优越性。同时完善钻井设备技术自动化、集成化、智能化，从而改变传统钻井模式，提高钻井的质量和效率。目前设计人员对于控制压力钻井设备技术及品种设计更加多元化、系列化，研究出应用于不同地区、不同条件、不同环境，能够满足不同井深、不同井况、不同井形要求的专业化钻井设备，形成系列化钻井设备，进而扩大控制压力钻井设备的作业范围，大大提升设备的应用性能，进而提升钻井的综合效率。同时，技术人员要重视拓宽眼界，积极学习国外先进钻井研发理念，基于复杂地形进行钻井技术的深入研究与探索，强化技术的应用性与实践性。

5.结语

控制压力钻井技术的研究，基于复杂地形钻井作业过程中出现的一系列问题，是理念的创新与技术的优化，技术人员通过深入开发新技术能够在有效降低钻井成本的同时提升钻井效率。该技术应用需要地面压力控制设备、循环系统、监控系统等诸多压力钻井设备。随着理念不断完备、技术不断升级，不同的新技术、新设备、新工艺将会更加适应不同环境条件的要求，进而提升钻井的综合质量。

 

参考文献

[1] 孙光新.控制压力钻井技术应用探讨[J].化工管理,2021, (01):170.

[2] 邢欢. 渤海油田潜山地层压力控制钻井技术适应性研究[D].北京:中国石油大学,2019.

[3] 杨建云.控制压力钻井技术与微流量控制钻井技术的对比[J].化工管理,2020,(11):181.

 

 

 

收稿日期：2024-03-08

作者简介：刘强宇（1976—），男，河南南阳人，本科，研究方向:钻井工程技术管理。

 

Discussion on Application of Controlled Pressure Drilling Technology

LIU Qiangyu

(Sinopec North China Petroleum Engineering Co., Ltd. Henan Drilling Branch, Nanyang  Henan  473132)

Abstract:The controlled pressure drilling technology can accurately determine the annulus hydraulic profile and define the pressure window in the well. It is an adaptive drilling process to accurately control the annulus pressure profile in the well, improve the possibility of drilling the well to reach the target layer, reduce the leakage caused by the environmental control pressure, and effectively improve the well control safety. The controlled pressure drilling technology can effectively solve the density window problem of pore pressure and fracture pressure in drilling, and has been widely used in recent years. Based on the technical development level, this paper systematically analyzes the application of controlled pressure drilling technology and its future prospects in oil and gas well development.

Key words:controlled pressure drilling technology;technological innovation;application