复杂深井钻井技术及应用(技术攻关系列丛书)3.doc

第三节控压钻井技术一、控压钻井技术原理控压钻井（MPD）是在欠平衡钻井技术基础上发展起来的它利用了欠平衡钻井的思 想、方法和装备，采用确保安全的“微欠、微过平衡模式”，即在钻进过程中控制在微欠平 衡状态，起下钻过程中控制在微过平衡状态，从而有效地控制井内压力，提高窄安全密度窗 口、高压高产气井、高风险气井等复杂条件下的钻井安全性和钻井效益，是欠平衡钻井技术 的特殊应用，成为解决窄安全密度窗口下缝洞性油气藏安全钻井的关键技术1） 技术核心 将井底压力控制在合理的范围以内；（2） 技术思路 压井原理；（3） 控制方法一一密度（性能）、排量、套压；（4） 控制手段一一欠平衡装备；（5） 技术特点一一针对性、多样性控压钻井技术在钻进过程中保持微欠平衡状态，可以充分暴需和发现油气，同时也可控 制进入井内的有毒有害气体在可接收的范围内在起下钻过程中保持微过平衡状态，可以避 免使用不压井起下钻装置带来的问题，也可控制钻井液漏失在可接收的范围以内可同时兼 顾防喷、制漏、保护储层和井控安全塔中的储层为奥陶系礁滩复合体，具有高渗孔隙性特征，偶然有微小裂缝和微小溶孔存 在，属于典型的压力敏感性地层，适合于使用控压钻井（MPD）技术。

但在塔里木油田压 力敏感性地层实施控压钻井技术，除了要解决准确掌握地层压力系统这一难题外，还需要三 项核心技术作保障：（1） 钻进过程中的微欠平衡控制方法（2） 起下钻过程中的微过平衡控制方法（3）保证安全的井控方法1＞钻进过程中的微欠平衡控制方法控压钻井技术在钻进过程中的微欠平衡，表现形式为边喷边钻，可以充分暴露和发现油 气，同时也可控制进入井内的有毒有害气体在可接受的范围能够形成微欠平衡的压力控制 方法很多，如注气、变排量、变密度、变套压等由于塔里木油田压力敏感性地层的孔隙压 力系数一般在1.2左右，因此，采用改变套压进行压力控制的方法是最简单可行的变套压的压力控制方法一般按如图8-io a程进行立管注入钻井液钻井液经钻柱到达钻头钻井液经钻头喷嘴到达井底环空混合流体的静液压力与循环动压联合造成井底压力，与储层压力之差为欠压值AP在欠压值APT，储层油气等流体进入井筒，与钻井液和岩屑混合，成为混合流体混合流体在环空向上流动计算：混合流体平均速度一一计算的视速度液体流动速度一一液相速度气体流动速度一一气体速度（向上滑脱）固体流动速度一一固相速度（向下沉降）沿环空向上，由于压力、温度变化将引起：气体变化一一密度、粘度、压缩因子油粘度变化一一油粘度随压力、温度变化液粘度变化一一泥浆粘度随压力、温度变化气体总量变化一一饱和压力，溶解气析出与剩余环空流态变化：泡流、弹流、段塞流、混块流、环雾流 不同流态下计算静压和动压直至井口，井口阻流阀回压图8・10微欠平衡控压钻井控制方法常规控压钻井技术通过改变钻井液密度、钻井液流变性、返速、节流阀回压等来实现井 底压力的调节与控制，以适应窄密度窗口和复杂漏喷条件下安全钻井的需要。

常规控压钻井 技术的最大问题是当接单根（立根）以及起下钻过程中钻井液停止循环时，由于循环压耗消 失，使井底压力减低，易发生溢流甚至发生井喷事故注气控圧钻井技术是在常规控压钻井 技术之上发展起来的循环时注气，减少液柱压力以抵消循环压耗；停止循环时停止注气则 压力恢复，从而能更好地适用于窄密度窗口、甚至零窗口条件下的安全钻井2. 起下钻过程中的微过平衡控制方法对于敏感性地层，由于钻井液安全密度窗口窄，会经常出现井漏、溢流等情况在深井 条件下，密度控制的微小变化、性能控制的微小波动和循环过程中的动态效应，都有可能引 起井底压力的较大变化，从而导致井漏、溢流的频繁发生安全起下钻最大的问题是井下环空液血的准确判断如果能够准确判断井下环空液血高 度，就可以通过调整灌入钻井液量和灌入钻井液的密度，使井内压力处于动平衡状态中，确 保起下钻、电测作业的井控安全如果不能够准确判断井下环空液面高度，在起下钻、电测 作业过程中盲目灌浆，不但会消耗大暈的钻井液，还可能诱发溢流，导致复杂事故，进而严 重影响到起下钻、电测作业的井控安全生产实践表明，对于敏感性地层迫切需要一双“井下观察的眼睛”来准确掌握井下液面 的高度和变化情况，在保证井控安全同时，避免起下钻盲目灌浆，节约钻井液，减少复杂处 理时间。

保证电测的安全性，确保顺利进行放射性、成像、常规全套电测并为试油起下管 柱、更换管柱和下油管提供便利和井控安全应用井下液面探测系统(LLT) nJ以满足上述要求起下钻作业和测井作业均可根据液 面监测结果，现场作业人员调整灌钻井液量，非常容易地控制井筒内的液柱压力，防止地层 流体进入井筒，既保证了起下钻过程中井控安全，也解决了测井作业的井控问题，又节约了 大量的钻井液，现场作业人员给与了高度评价3、 安全有效的井控方法实施控压钻井技术在微欠平衡与微过平衡之间的转换、钻进和起下钻时发生溢流等情况 下都需要进行压井作业，需要有安全有效的井控方法适用于压力敏感性地层的压回法、重 泥浆帽法等压井方法可以解决这个问题二、TZ62-27井注气控压钻井实施情况塔里木油田塔中62井区的油藏为碳酸岩缝洞性油气藏，储层地层压力敏感，安全密度 窗口窄，易发生喷、漏事故，并且井内含有H?S,会对钻井施工造成很大风险针对这种情 况，为了能够在保护储层的前提下，安全的实施钻井作业，塔里木油出引入了注气控压钻井 技术，并将其应用在塔中62-27井，该井2006年7月9日起开始进行控压钻井，7月 21日控压钻井作业完毕，共计钻井进尺141.20m。

1、地质概况塔中62 — 27井位于塔里木盆地中央隆起塔中低凸起塔中I号断裂坡折构造带塔中62岩从图可以看出，塔中62-27井与塔中621、塔中622和塔中62-1等井相邻，因 此，这几口井的实钻资料对塔中62-27井有重要参考价值塔中62-27井为一口滚动开发井，主要钻井目的是落实塔中62奥陶系生物礁滩地层圈 闭西南部的含油气性，为塔中62奥陶系生物砥滩凝析气藏高效开发试验区正式开发方案的 编制提供依据该井设计井深4957m,完钻层位奥陶系，完钻原则是进入上奥陶统颗粒灰 岩59.6m完钻塔中62-27井钻遇志留系显示段的压力系数预测为1.19,奥陶系地层压力系数为1.18 （根据邻井塔中62-1井奥陶系测试地层压力推算）在已完钻的该井区邻井小，部分井曾在 奥陶系地层发现有H2S （浓度在3256-16.9mg/m3之间）因此在这种前提下，在钻井过程 中对H?S的预防需要特别重视2、注气控压钻井配备的相关设备欠平衡作业井口装置采用美国williams旋转控制头及配套设备所用钻具为3仏〃斜坡 钻杆地面节流管汇采取了 2套并联节流管汇，其小1套为正常钻井用，另1套为控压钻 井使用根据注气量的需要，准备了 2套35-15m3/min制氮车和增压车组，其中一套作为备用。

注气管线采用27/8〃油管，并在现场试压28MPao在注气管线上安装有流量计以便随时记录 氮气流量氮气与钻井液通过混合器进行混合后注入井内注气控压钻井过程中为了能够从钻井液中及时有效地除去均匀混合的氮气，配置了真空 除气器3、 注气控压钻井对井身结构及钻具组合要求该井6〃井眼设计实施控压钻井，控压钻井井段4885~4957m为保证该井三开控压钻 井技术的顺利实施，在技术套管上井深500m处下入1只7〃套管阀，三开控压钻井钻具组合：6〃钻头+為4〃浮阀+4/〃钻铤x162m + 31/2〃斜坡钻杆x310m + 4叨〃旋塞+4V浮阀+ 3仏〃斜坡钻杆x4410m+43/r旋塞+4V浮阀+ 31厶〃斜坡钻杆4、 注气控压钻井主要技术措施及施工简况三开钻开水泥塞后即进入控压钻井（MPD）作业方式实施MPD作业的钻井参数为: 钻压40〜60KN,转速60r/min,泵压17-19MPa,排量12L/S在实施MPD作业时，随时 监测井下的气测值，并且依据井内H?S含量来决定控压钻井的作业方式（即采用微欠平衡 作业还是采用微过平衡作业）作业过程中需根据井底情况对钻井参数及时进行修正现场 MPD实施简况及主要技术措施如下：1） 三开前要求节流管汇保持在MPD钻井作业时要求工况检测制氮车、氮气管线以 及管线上各平板阀、单流阀、流量计工作状态，确保其止常工作，保证氮气通道畅通。

2） 三开时先采用正常钻进（即先不注气），钻井参数参照实施MPD作业时确定的钻 井参数此时钻井液密度保持在1.19g/cm\ ECD为1.24g/cn?,控制钻速在1~2m/h内 钻井过程中加强气测录井，密切监测微量桂、钻时和漏失引起的液面变化，注意正确判断井 下是处于过平衡状态还是处于欠平衡状态（是漏还是涌）如果发现明显井漏，立即转入注 气控压钻井作业；如果未发现明显井漏，待发现气测全坯油气显示后，再转入注气控压钻井 作业3） 当判断井下是处于过平衡状态（发现明显井漏）停止正常钻进，保持12L/S排量 循环，开始注气，注气量为300m3/h> 600m3/h> 900m3/h,分别循环一周以上，通过录井 和监测，获得稳定的全桂浓度，并做好记录4） 根据记录的数据求出地层压力，并根据地层压力来调整钻井液密度，计算合理注气 量5） 监测H?S浓度，如果浓度未超标，则进入近欠平衡注气MPD作业6） 如果实测H?S浓度超标，则实施微过平衡MPD作业7） 如果需要起钻，则在起钻前先减少注气量至微过平衡，并且循环一周以上停止注气，晚停泵3~5min起钻时要控制好起钻速度，同时注意做好套压控制、放气与灌浆。

8） 如果钻遇储层有严重的缝、洞型漏失，则中止注气控压钻井，转为堵漏钻井作业, 此间可以考虑采用充气方法减少漏失，辅助防漏、治漏9） 如果钻遇意外高压、高产气层，则停止注气控压钻井，转为安全井控状态下的正常 钻井作业10） 如果钻遇高含硫化氢气层，则停止注气控压钻井，转为高含硫条件下正常安全钻 井作业11） 实施MPD钻进过程中，应保持钻进和注气参数基本稳定并做好时间、压力、 排量等施工记录作业过程中，要求每米捞钻屑，每10min检测1次上水罐、振动筛和真 空除气器处的钻井液密度12） 密切监测出口流量和钻井液灌液面（比监测全桂发现井漏要早2h以上），如果发 现明显井漏立即转入注气求地层压力程序如果未发现明显井漏，在发现气测全坯油气显 示后，转入注气求地层压力程序该井进入MPD钻井作业后共钻进尺141.20m,井段为4876m〜5017.20m,岩性为灰 岩、泥质灰岩采用注气MPD控压钻井的进尺为42m,井段为4929〜4945m、4949〜4953m、 4994-5016mo在三开井段钻进中，常规钻进平均机械钻速：1.18m/h ,其中三牙轮钻头（HA517G） 0.88m/h,巴拉斯钻头（P3287） 1.48m/ho MPD 钻进平均机械钻速 1.38m/h, 在井段4994~4996m与4998〜5000m两段发现油气显示。

控压钻井过程中未发生任何井漏、 溢流等井下复杂情况，MPD钻井工艺技术在该井应用尝试取得成功控压钻井技术在塔中62-27井的使用在国内尚属首次，通过在这口井实践获得了以下 认识：1） 控压钻井技术是欠平衡钻井技术的特殊应用，可有效提髙机械钻速，显著提高窄安 全密度窗口、高压高产气井、高风险气井等复杂条件下的钻井安全性2） 控压钻井过程中井内液柱压力和地层压力的差值很小，可有效保护储层3） 注气钻井作业过程中，可以通过气测值来计算相应的地层压力，然后再反算出注气 量的大小，在现场应用中很灵活，可以很方便地调节钻井液的密度4） 注气。