韓烈祥

1.中石油集團(tuán)川慶鉆探鉆采工程技術(shù)研究院； 2.油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室欠平衡與氣體鉆井試驗(yàn)分基地

精細(xì)控壓鉆井是在窄安全密度窗口地層鉆完井過程中精確控制環(huán)空壓力，實(shí)現(xiàn)井筒壓力平穩(wěn)。隨著技術(shù)的不斷完善，不僅可用于解決窄安全密度窗口地層、同一裸眼井段多壓力系統(tǒng)的安全鉆進(jìn)難題，還能延長水平井鉆深能力，提高復(fù)雜超深氣井的固井質(zhì)量。該技術(shù)自2003年提出至今，已應(yīng)用于多個(gè)油氣田窄安全密度窗口地層鉆井，有效解決了鉆井過程中出現(xiàn)的井涌、井塌、井漏、卡鉆問題［1］。

1 精細(xì)控壓鉆井技術(shù)

CQMPD精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)是中國石油集團(tuán)川慶公司自主研制的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的閉環(huán)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)［1］，已在川渝、塔里木、土庫曼斯坦阿姆河右岸等油氣田廣泛使用，有效解決了深層油氣田復(fù)雜地層剖面鉆井難題。

CQMPD精細(xì)控壓鉆井技術(shù)已發(fā)展形成了全過程精細(xì)控壓鉆完井技術(shù)，形成了從鉆前、鉆進(jìn)、起下鉆、電測、下套管固井（下完井管柱）等所有工況的精細(xì)控壓配套技術(shù)，有效降低了安全起下鉆風(fēng)險(xiǎn)，保證了井身質(zhì)量。CQMPD精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)有兩種型號或控制方式。

1.1 CQMPD精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)

1.1.1 回壓補(bǔ)償式控壓鉆井系統(tǒng) 控壓鉆井控制井底壓力平穩(wěn)的方法就是讓循環(huán)期間的井底壓力與停止循環(huán)時(shí)的靜液柱對井底的壓力保持一致，在不采取控壓措施的情況下，二者的差值就是環(huán)空水力壓耗。為了便于描述地層安全密度窗口，循環(huán)期間的井底壓力一般用當(dāng)量循環(huán)密度（ECD）來表示。CQMPD-I控壓鉆井系統(tǒng)能快速測定地層的漏失壓力和孔隙壓力，為鉆進(jìn)過程的井底壓力控制和后期作業(yè)控壓需要提供可靠依據(jù)。系統(tǒng)主要裝備包括：監(jiān)測與控制系統(tǒng)、節(jié)流控制系統(tǒng)、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)、隨鉆壓力測量系統(tǒng)（PWD）等核心裝備。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具備微流量和井底壓力兩種監(jiān)控方式，運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。該系統(tǒng)采用質(zhì)量流量計(jì)實(shí)時(shí)、精確監(jiān)測微溢流變化，判斷井筒壓力與地層壓力的相對平衡狀態(tài)，或者依據(jù)實(shí)時(shí)PWD數(shù)據(jù)直觀確定井底壓力變化；采用自動(dòng)控制的節(jié)流管匯或?qū)Ｓ帽媒M補(bǔ)償回壓的方式“隨鉆壓井”，使井底壓力達(dá)到ECD目標(biāo)值，從而保持了連續(xù)動(dòng)態(tài)井底壓力平穩(wěn)。自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)的額定節(jié)流壓力為10 MPa，井底壓力控制精度±0.35 MPa，堵漏材料在節(jié)流管匯中通過性好；回壓補(bǔ)償系統(tǒng)的額定輸出壓力為15 MPa，輸出排量范圍為0～21 L/s；PWD耐溫175 ℃，抗壓175 MPa［1-2］。成熟區(qū)域可以采取非實(shí)時(shí)的由壓力存儲(chǔ)器回放數(shù)據(jù)擬合的環(huán)空壓耗預(yù)測圖版指導(dǎo)回壓控制，提高控壓鉆井的經(jīng)濟(jì)性。

1.1.2 連續(xù)循環(huán)控壓鉆井系統(tǒng) CQMPD-Ⅱ型控壓鉆井系統(tǒng)［3］包括連續(xù)循環(huán)閥、高壓管匯和循環(huán)控制系統(tǒng)，可保持鉆進(jìn)、起下鉆接單根、檢修設(shè)備等工況井下鉆井液的不間斷循環(huán)，全程當(dāng)量循環(huán)密度（ECD）不變，避免了因停泵造成后效天然氣聚集以及沉砂卡鉆等問題，提高了鉆井作業(yè)安全性。

1.2 控壓起下管柱技術(shù)

在非鉆進(jìn)作業(yè)過程的井控工作更為重要。實(shí)踐證明，大多數(shù)井噴事故都發(fā)生在起下鉆具、油套管柱或測井過程當(dāng)中，如震驚全國的羅家16H井“12.23”井噴失控事故和天東5井、隆5井、塔中823井等，因?yàn)樵诜倾@進(jìn)過程失去了循環(huán)，ECD降低，無法監(jiān)控井底壓力，起下鉆過程中存在壓力抽汲或激動(dòng)，并且溢流上竄過程中膨脹滑脫會(huì)加劇處理難度，井控風(fēng)險(xiǎn)極高。因此，針對“三高井”編制了起下鉆動(dòng)態(tài)控制環(huán)空液面的作業(yè)規(guī)程，通過定期核定灌漿量來保證環(huán)空液面相對平穩(wěn)，同時(shí)對于高含硫井實(shí)行微漏控制模式。另一方面，開發(fā)了固體凝膠段塞（圖1），該固體凝膠段塞成膠溫度為 120～150 ℃，耐溫180～200 ℃；可泵送特性：固化時(shí)間約1.5～3 h，且時(shí)間可調(diào)，流動(dòng)度為20～24 cm，塑性黏度為20～25 mPa·s；承壓特性：耐壓差5 MPa/250 m；可鉆性：抗壓強(qiáng)度為11.05 MPa。該固體凝膠段塞可隔斷井下壓力系統(tǒng)、防止溢流上竄，具有施工過程呈液態(tài)而在井下迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的特點(diǎn)。在起鉆前注入井中，一般在含油氣層上方50～200 m固化開始起鉆，還可以在套管閥下深受限時(shí)替代套管閥工作。

圖1 凝膠段塞固化前后形態(tài)Fig. 1 Configurations before and after gel slug solidification

1.3 精細(xì)控壓固井技術(shù)

對于深井固井，由于水泥漿相對于鉆井液摩阻更大，因此常規(guī)固井經(jīng)常出現(xiàn)井漏，達(dá)不到返高要求，尤其是對于窄安全密度窗口地層、長井段小環(huán)空間隙固井風(fēng)險(xiǎn)更大。采用正反注工藝補(bǔ)救難以保證水泥漿有效銜接，甚至導(dǎo)致套管鞋或喇叭口竄氣，影響井筒完井性。川慶公司開發(fā)了控壓固井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，聯(lián)合精細(xì)控壓鉆井裝備，形成了控壓固井設(shè)計(jì)技術(shù)、水泥漿性能優(yōu)化技術(shù)、塞流固井技術(shù)、固井實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，全工況、全過程精細(xì)控制環(huán)空壓力介于地層壓力與地層漏失壓力之間，使井筒處于不溢不漏的狀態(tài)。為噴漏復(fù)雜層段安全高效固井提供了新的技術(shù)保障，且大幅度提升了固井質(zhì)量［4-5］。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 支撐高石梯—磨溪?dú)馓锟焖俳óa(chǎn)

川渝高石梯—磨溪區(qū)塊地層壓力高、裂縫發(fā)育、氣層普遍含硫，常規(guī)鉆井使用的鉆井液密度高于地層漏失壓力系數(shù)當(dāng)量密度，易造成施工作業(yè)井漏頻繁、處理復(fù)雜時(shí)間長，并且井控安全風(fēng)險(xiǎn)大。主要的工程地質(zhì)難點(diǎn)分析總結(jié)如下［6-8］：（1）高石梯—磨溪構(gòu)造四開穿過嘉陵江—筇竹寺地層，鉆進(jìn)中鉆遇多個(gè)氣層，鉆遇的層位多、井段長、壓力系數(shù)跨度大（1.68～2.0）；（2）安全密度窗口窄，頻繁交替發(fā)生井漏、溢流，甚至噴漏同存，井控風(fēng)險(xiǎn)大；（3）儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，常規(guī)堵漏方式效果不佳，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該區(qū)塊儲(chǔ)層90%以上發(fā)生過井漏，常規(guī)鉆井時(shí)，磨溪構(gòu)造平均單井漏失量740 m3，處理復(fù)雜井況時(shí)間414 h，高石梯構(gòu)造平均單井漏失量1 962 m3，處理復(fù)雜井況時(shí)間723 h。（4）燈影組等多個(gè)地層H2S含量高。

GS19井四開采用?215.9 mm鉆頭、2.15 g/cm3鉆井液自2 865 m鉆至4 016.69 m時(shí)，鉆遇高壓裂縫層，溢、漏復(fù)雜交替發(fā)生，常規(guī)堵漏和水泥封堵等處理方式已無法鉆進(jìn)，該井段累計(jì)漏失2.30～2.60 g/cm3鉆井液1 962.8 m3，處理復(fù)雜及輔助時(shí)間達(dá)到30 d。改用精細(xì)控壓鉆進(jìn)后，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)使井底液柱壓力始終保持微過平衡狀態(tài)，ECD控制在2.46～2.52 g/cm3。在4 145.13 m和4 232.22 m處又鉆遇2個(gè)新漏層，在控壓鉆井過程中注入橋漿堵漏順利鉆完復(fù)雜井段。近3年在高石梯—磨溪四開及五開完成精細(xì)控壓鉆井作業(yè)40余井次，有效解決了該區(qū)安全密度窗口窄、噴漏同存、儲(chǔ)層嚴(yán)重漏失等難題，成為該區(qū)塊二疊系多壓力系統(tǒng)地層、震旦系燈影組裂縫性儲(chǔ)層中提速和避免井下復(fù)雜的利器。

高石梯—磨溪區(qū)塊震旦系燈影組是典型的裂縫—孔洞型巖性儲(chǔ)層，產(chǎn)量高、高含硫，鉆井普遍噴漏同存，高石12井鉆遇井漏2 200 m3，多次堵漏無效被迫提前完鉆。之后利用CQMPD精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)采用“微漏”精細(xì)控壓作業(yè)方式作業(yè)5口井，平均單井漏失量減少81%，平均處理復(fù)雜時(shí)間降低92.4%，有效解決了震旦系燈影組嚴(yán)重漏失的難題［6-11］。

2.2 支撐九龍山和雙魚石泥盆系勘探

九龍山和雙魚石泥盆系勘探難度極大，鉆遇茅口組產(chǎn)量達(dá)100×104m3/d以上，鉆井作業(yè)溢漏同存、井控風(fēng)險(xiǎn)高、易壓差卡鉆。九龍山構(gòu)造飛仙關(guān)組至龍王廟組和雙魚石構(gòu)造須家河組至棲霞組含多個(gè)氣層，鉆遇的層位多、壓力系數(shù)跨度大，茅口組存在異常高壓，同一裸眼段內(nèi)易發(fā)生噴漏同存，易卡鉆，常規(guī)鉆井易發(fā)生嚴(yán)重漏失且堵漏效果差，處理復(fù)雜時(shí)間長。

在九龍山構(gòu)造和雙魚石構(gòu)造復(fù)雜地層實(shí)施精細(xì)控壓鉆井，井漏漏失量和復(fù)雜損失時(shí)間均大幅度降低。在九龍山構(gòu)造龍?zhí)?井和龍崗70井實(shí)施的精細(xì)控壓鉆井，對比常規(guī)鉆井漏失量下降81.64%，復(fù)雜損失時(shí)間下降92.8%；在雙魚石構(gòu)造實(shí)施精細(xì)控壓鉆井，對比常規(guī)鉆井漏失量下降96.7%，使以前的茅口組需要一開次專打轉(zhuǎn)變?yōu)榕c上部低壓層合打，節(jié)約一層套管，對高效開發(fā)泥盆系儲(chǔ)層具有指導(dǎo)意義。

2.3 精細(xì)控壓固井技術(shù)在應(yīng)用中凸顯成效

在多產(chǎn)層、高低壓互層、長裸眼段（859 m）龍崗70井中的?114.3 mm小間隙尾管固井中，精細(xì)調(diào)整注替排量，注替全過程采用精細(xì)控壓系統(tǒng)補(bǔ)償循環(huán)壓耗變化，維持了敏感地層全過程壓力平穩(wěn)；配套采取了中心管泵注加重鉆井液平衡環(huán)空壓力、分段開泵循環(huán)頂通破壞高密度鉆井液的膠凝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)窄安全密度窗口地層的固井施工全過程井筒壓力平穩(wěn)，電測固井合格率為90.90%、優(yōu)質(zhì)率達(dá)86.57%［7］，喇叭口無竄流，能夠提高復(fù)雜超深氣井尾管的固井質(zhì)量。

3 認(rèn)識(shí)及建議

（1）精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟，已形成了從鉆前、鉆進(jìn)、起下鉆、電測、下套管固井（下完井管柱）等程序的精細(xì)控壓配套工藝，已廣泛應(yīng)用于川渝高石梯—磨溪、劍閣、塔里木庫車山前及土庫曼斯坦阿姆河右岸等地區(qū)，有效解決了安全密度窗口窄、噴漏同存等鉆井難題，降低了安全起下鉆的井控風(fēng)險(xiǎn)，改善了固井質(zhì)量。

（2）精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步挑戰(zhàn)更為復(fù)雜的地層，特別是流動(dòng)性地層及含水地層，以更精準(zhǔn)的壓力控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理環(huán)空壓力剖面，克服過去僅依靠附加鉆井液密度的方式維持鉆井安全的弊端；實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理環(huán)空壓力剖面的實(shí)現(xiàn)將進(jìn)一步提高類似蠕變鹽巖、瀝青層、高壓鹽水層、“三高”產(chǎn)氣層的鉆井能力。