精细控压钻井

2026-07-28 14:32:00

在钻井过程中常常会出现井底压力稍小,地层油气水侵入井筒,而井底压力稍大则出现钻井液漏失,钻井液密度需要控制在既不会发生油气水侵入井筒又不会发生钻井液漏失的一个很窄的密度范围,我们称之为“钻井液窄密度窗口”,对应井底压力称为“窄压力窗口”。如何掌控这么细微的压差?精细控压钻井就是专门解决此难题的钻井技术,它可以保持井底压力稳定,使井底压力相对地层压力保持在一个微过、微欠或近平衡状态,实现环空压力自适应控制,即将井底压力控制在“窄压力窗口”中进行钻井。

精细控压钻井成套装备由自动节流控制系统、回压补偿系统、监测及自动控制系统、井口旋转控制系统、精细控压钻井控制中心等系统组成,通过控制井口回压,能够自动、精确、自适应地控制井筒压力剖面以及地层流体涌入量。

精细控压钻井系统与钻井液循环系统形成闭环控制回路,环空压力随钻测量系统实时采集地层压力信号传输至地面控制中心,水力计算模块分析井口所需回压值,并通过在线智能监控的自动控制软件,实时精确自适应调节井口补偿压力,确保在钻进、接单根、起下钻等不同钻井工况下,井底压力均在恒定的最佳设定范围内。当钻进过程中发生井下溢流或漏失时,控压钻井系统可自动检测并实时控制、调节自动节流管汇节流阀开度,及时控制溢流或漏失。

在封闭循环系统中,钻井液从钻井液池通过钻井泵到立管进入到钻杆,通过浮阀和钻头上部的环空,然后从旋转防喷器旁侧出口导离井口流出,再通过一系列的节流阀,到液气分离器及振动筛,最后回到钻井液池。(1)在正常钻进时,精细控压钻井自动控制系统采用井底压力模式,根据实时采集的排量、套压和随钻测量井下压力数据,实时对比井筒实际压力与目标压力,依据差值相应给出节流阀控制信号,自动调节节流阀保持井底压力稳定。(2)在接立柱或者接单根作业时,精细控压钻井自动控制系统采用井口压力模式,接立柱或者接单根操作前,控压钻井回压补偿系统确保处于待机状态,井场钻井泵停泵后,井筒内循环摩阻逐渐减少,此时要通过回压补偿系统增加井口回压来弥补井筒循环摩阻的降低值,当接立柱或者接单根作业完毕开泵循环时,井筒内循环摩阻会逐渐增加,此时要不断减小井口回压来达到井底压力恒定的目标。(3)在起下钻作业时,回压泵全过程提供压力补偿,通过自动节流管汇的节流阀实时调节井口回压,维持恒定的井底压力。现场钻井泵停泵后,通过旋转防喷器起钻到预定的深度,然后按重浆驱替过程替入重浆压井,直至井口回压降低为零。值得注意的是,在起下钻过程中,抽汲压力、激动压力对压力控制效果影响较大,所以在起下钻时要对起下钻速度进行一定限制,避免产生较大抽汲压力、激动压力,影响控压钻井作业效果。

精细控压钻井对井筒压力、流量的精确控制可解决80%的常规钻井问题,减少非生产时间20%~40%,钻井液漏失量、复杂处理时间大幅降低甚至为零,井下复杂预警时间较常规钻井提前10分钟以上,水平段延伸能力增加2倍以上,显著提高了单井产能,从而降低钻井综合成本。它有效解决了涌漏同存的钻井难题,实现了复杂地层的安全高效快速钻进,保障了复杂油气藏的安全高效勘探开发,效益显著。精细控压钻井技术的发展趋势:一是逐步增加功能,实时分析判断更多地质、工程数据,如地层孔隙压力测试、涌漏早期监测以及钻柱刺漏、水眼堵塞等监测、判断。二是结合先进的钻井优化设计、实时钻井优化理论,形成控压钻井一体化优化理论,并在此基础上上升为一体化智能优化控制钻井技术。三是与井控技术逐步融合,形成一项新的全过程安全钻井技术。四是向深水发展,多种控压方式并存。五是与连续流动循环系统结合,优势互补。六是精简系统,设计分流系统代替回压泵系统等。

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