国外控制压力钻井工艺技术

化学工程与装备 2015年 第7期 224 Chemical Engineering & Equipment 2015年7月国外控制压力钻井工艺技术张 娜（中石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南 郑州 450000）摘 要：作为推动油气勘探开发工作快速发展的重要手段之一的钻井工艺技术，控制压力钻井工艺技术在国外早已得到了快速发展，而且因为其具有的优势和作用，使其成为深水油气钻探的首选。

控制压力钻井是一项先进的钻井工艺，它是通过对井底压力的有效控制，对空隙压力以及破裂压力窗口较窄地层钻井中诸多钻井复杂情况加以解决，进而实现了对更深更复杂地层油气的顺利开采，从而促进了油气勘探的发展和进步。

文章围绕国外的控制压力钻井工艺技术进行探讨，首先阐述了控制压力钻井技术的定义以及与欠平衡钻井之间的差异，然后分析不同的控制压力钻井工艺技术。

关键词：控制压力钻井；井底压力恒定；控制泥浆帽压力钻井；双梯度钻井引 言随着经济全球化的不断深入，人们耗费的能源资源越来越迅速，能源资源的耗费量也越来越大，这使得世界上已发现的油气资源日趋枯竭，因此各国增加了对更深更复杂地层的勘探开发活动，但是在对这些深层复杂地层进行钻探的过程中，时常会有诸多钻井复杂问题的出现，例如卡钻、有害气体泄漏、井漏、井涌以及起下钻时间过长等。

而且根据相关专业人员估计，如果采取常规的钻井方法，将会有70%的油气资源是不能被开发的，但是如果在钻井过程中采取有效措施进而有效控制井下压力，那么就能很好的让上述难题得到解决，而控制压力钻井技术就是基本可以解决上述复杂情况的有效手段。

1 控制压力钻井工艺技术的概述控制压力钻井工艺技术主要是综合控制井眼的几何形态、水力摩阻、环空液位、流体的流变性与密度以及回压，进而使得整个井筒压力可以保持在地层孔隙压力和破裂压力之间，使得钻井环境的平衡或近平衡，从而对地层流体向井眼侵入现象加以有效控制，降低多种钻井复杂情况出现机率，包括卡钻、井漏和井涌等，因此控制压力钻井工艺技术很适宜在破裂压力和孔隙压力窗口较窄的地层中作业[1]。

而且相比于常规钻井方法，它的特点更加具有优势，例如保证了钻井的安全经济等。

虽然控制压力钻井与欠平衡钻井之间有着相同之处，都是在钻井过程中控制井筒的压力，但是这两者之间有着本质区别，因为在进行控制压力钻井的时候，井底的压力始终都保持在地层破裂压力和孔隙压力范围内，与地层孔隙压力始终都保持在近平衡或者平衡的状态下，这样就可以有效控制钻井过程中底层流体的流动，进而不让井筒受到地层流体的侵入。

而在进行欠平衡钻井的时候，钻井液柱所施加的井底压力总是会比地层空隙压力小，这样就不能控制底层流体向井筒方向的侵入。

而且控制压力钻井作业适用于在破裂压力和孔隙压力窗口较窄地层，主要目的是解决钻井问题；欠平衡钻井适宜在钻压力衰竭的地层作业，主要目的是为了使表皮系数得到有效降低，进而使油气的采收率得到有效提高，这是为了解决储层伤害的问题。

随着控制压力钻井工艺技术的兴起，国外有关的工艺理论已系统形成，并且在提出不同的控制钻井工艺技术的同时，也在广泛推广和使用，并获得了较好的应用成果。

2 控制压力钻井工艺探讨控制压力钻井所利用的并不是新的钻井原理，而是在钻井过程中控制井筒内压力的基础上进行的一种改进而形成的钻井技术，它能够对整个井眼中的环空压力剖面进行精确控制，并通过对井底压力的准确控制实现对环空压力剖面的控制。

它是在基于不对上覆岩层加以压裂的情况下，对易出现漏失、卡钻、地层坍塌和气侵现象的地层进行钻进的实施，进而增长钻进的井深。

2.1 双梯度钻井工艺技术该工艺技术是一种深水钻井技术概念，它的基本原理就是在同一井筒内对两种密度流体进行控制，在进行作业的过程中，将低密度的钻井液打入井眼上部的井段，将高密度的钻井液打入下部井段，再利用双泥浆密度体系，让压力窗口持续保持在地层破裂压力和孔隙压力范围内[3]。

双梯度的实现可以通过水下泵系统或者是灌注海水等手段使得隔水管中钻井液密度得到有效降低。

双梯度钻井实现了对破裂压力梯度低的深部地层的有效钻入，其作业的真正目的不是为了让井底压力向欠平衡状态靠近，而是为了避免因为出现过大的环空钻井液柱比重而导致地层压裂情况的出现。

在作业的时候，会按照常规的方法将钻井液打入到钻柱中。

返出的时候，钻井液不会经过海洋隔水管完成环空的返出，而是利用张 娜：国外控制压力钻井工艺技术 225一根寄生管线从海底将钻井液及其钻屑返出到地面。

然后，海水会注满泥浆管线上的环空，这是为了让临界井深维持在一个适当的静水压力环境中。

钻井液虽然还是会通过环空，但是其流程较短，仅仅是从井底向海底泵流，这就能够让下至总井深的套管数量得到有效减少。

2.2 控制泥浆帽压力钻井工艺技术该工艺技术是控制压力钻机工艺技术应用在深海的技术形式，它能够对一些深水井控的难题加以解决，并对井涌处理缺点进行弥补[2]。

该钻井系统不仅可以作为开环循环系统进行操作，还可以作为闭环循环系统进行操作，也就是在完全关闭表面回油管道防喷器（BOP）的全封闭闸板之前，该工艺系统就可以作为开环循环系统。

它通过最大限度将气体膨胀的影响加以去除以及水下泥浆举升泵系统对隔水管内泥浆帽位置的调节，对井底压力进行快速和准确地控制，进而保证安全的钻井。

它能够在深水、压力衰竭性地层、高裂缝性地层、高温压地层以及“窄”压力窗口地层加以运用。

其系统的泥浆帽液面是通过一台泥浆泵进行调节，能够对井底压力进行更好的控制，它在深水井控操作中，主要是对深水钻井的主要问题加以解决。

该工艺技术在进行钻井和井控操作的时候，隔水管中的泥浆柱液面将不会超过海面，进而成为一个“泥浆-空气”界面。

在该系统中有一个下水泥泵，利用泥浆泵体系对“泥浆-空气”界面的位置进行调节，进而起到对井底静水压力的有效控制作用。

在安装水下泥浆泵位置和该界面之间的一段环空泥浆液柱，即为“泥浆帽”[4]。

该系统的工作原理就是利用水下泵的泵压系统对“泥浆帽”的液柱高低进行调整，进而完成对制动马力（BHP）的控制，并且能够对由于井底压力的循环和调整所导致出现的摩擦压耗进行补偿。

2.3 恒定井底压力钻井工艺技术该工艺技术主要是利用钻井液静液柱压力和环空水力摩阻与节流压力来实现对井眼压力进行精确控制。

对井底压力恒定的一种保持就是精确控制钻井液的当量密度（ECD），这样让钻进、接单根或者在下钻的过程中都保持在一个恒定环空压力环境中，进而达到“近平衡”钻进的目的[5]。

当停泵的时候，会提升环空的摩擦压力，将一个水力回压施加给井口，当开泵的时候，则会降低环空的摩擦压力，此时所施加的回压会停止，这样的操作让井筒压力更能维持一定的恒定，进而有效防止在开泵和停泵的过程中有井涌-井漏的恶性循环现象出现。

在一般情况下，当地层的破裂压力梯度与孔隙压力想接近的时候，也就是压力窗口窄的时候，才会通过该种工艺技术进行作业。

2.4 带压泥浆帽钻井工艺技术泥浆帽钻井技术是一种较为成熟的钻井工艺，并且其钻井液不会返出地面，带压泥浆帽钻井工艺技术是在进行钻井的过程中，由于环空流体具有较小的密度，因此需要将一个正压施加给井口。

该工艺技术是一种对严重井漏加以控制的作业方法[6]，在陆上和海洋的油气井眼严重漏失的地层钻井都能够进行较好的作业，它虽然与泥浆帽钻井一样都能够在严重漏失地层进行钻井作业，但是当储层压力与静水压头相比较低，那么就需要利用泥浆帽钻井工艺技术，在钻井液出现漏失的过程中，将清水打入到环空中，只要将向井眼侵入的气体被环空内清水压回到漏失层段，其钻井作业就可以继续进行；如果当储层压力比静水压头高的时候，就必须利用带压泥浆帽钻井工艺，通过加重钻井液来使得储层压力得到平衡。

在该工艺技术的钻井过程中，会从地面将液态的“泥浆帽”注入到钻杆/套管的环空中，通常情况下，所注入的泥浆帽都是经过了增粘和加重处理的，而且密度高的钻井液需要向环空缓慢地注入，这样才能有效避免油气上窜并进入到环空中，进而让井控的状态保持良好[7]。

为了让钻屑得到更好的携带，进而避免其沉积在钻头以上层段的裂缝和孔洞中，因此在上返岩屑的同时，将一种Sac钻井液注入到钻杆中，可以是清水，也可以是盐水。

当所钻地层中蕴含着腐蚀性的物质，那么就需要将缓蚀剂添加到清水或者盐水中。

而且根据该工艺技术的钻井作业发现，该工艺是通过密度低的钻井液对衰竭层进行钻进，然后再通过密度高的钻井液将密度低的钻井液向漏失层段进行压入，并继续进行钻进，进而将所有密度低的钻井液和井眼中的流体都向衰竭地层压入。

通过这样的方法，即使全部密度低的钻井液都出现了循环失返，向衰竭地层侵入，也能够对井眼进行有效控制。

3 结束语总而言之，控制压力钻井工艺技术对井眼的可钻性可以起到提高的作用，并缓解因为地层压力波动所产生的诸多钻井复杂问题，这也在不断的实践中得到了证实。

而且与常规钻井方法相比，它能够作业的地层更为广泛，在一定程度上让储量得到有效增加，促进了经济效益的提高，而且不同的控制压力钻井工艺适用于不同的钻井范围，进一步促进了油气勘探的发展，从而推进了社会经济的发展。

参考文献[1] 向雪琳, 朱丽华, 单素华, 等. 国外控制压力钻井工艺技术[J]. 钻采工艺, 2009, 32(01): 27-30.[2] 王子建. 控制泥浆帽压力钻井工艺技术研究[D]. 中国石油大学(华东), 2009.[3] 严新新, 陈永明, 燕修良, 等. MPD技术及其在钻井中的应用[J]. 天然气勘探与开发, 2007, 30(2): 62-66.[4] 杨雄文, 周英操, 方世良, 等. 控压欠平衡钻井工艺实现方法与现场试验[J]. 天然气工业, 2012, 32(01): 75-80.[5] 柳贡慧, 胡志坤, 李军, 等. 压力控制钻井井底压力控制方法[J]. 石油钻采工艺, 2009, 31(2): 15-18.[6] 张松, 等. 欠平衡钻井与套管钻井相结合:特定条件下的一种创新[J]. 国外油田工程, 2008, 24(8): 29-32.[7] 徐文浩. 浅析控制压力钻井工艺技术的应用[J]. 中国化工贸易, 2014(9): 204-204.。