李勇鵬 馬紅興 馬小兵 劉朝武 馮亞莉

摘要：由于鉆井技術(shù)的不斷的革新，鉆井的深度也是越來越深，因此井底的壓力控制成為一大難題。本文主要通過對(duì)欠平衡壓力鉆井中井底壓力如何控制進(jìn)行具體的分析，從而可以找到有效控制的方法，為今后相同類型的壓力鉆井平臺(tái)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：欠平衡壓力鉆井;井底壓力;控制技術(shù)

引言：近年來，井噴井爆事故頻繁出現(xiàn)，歸根結(jié)底還是井內(nèi)壓力控制不當(dāng)造成的。對(duì)于欠平衡壓力鉆井來說，保持鉆井過程中的欠平衡狀態(tài)是欠平衡壓力鉆井能夠?qū)崿F(xiàn)的前提條件。但是如果在鉆井的過程中出現(xiàn)井底壓力控制不當(dāng)，就會(huì)造成過壓或者漏壓狀態(tài)，就會(huì)打破原有的欠平衡狀態(tài)，欠平衡壓力鉆井就無法實(shí)現(xiàn)，長此以往就會(huì)嚴(yán)重影響整體的地質(zhì)勘探以及鉆井工作的進(jìn)行，甚至?xí)l(fā)生一些不可預(yù)知的危險(xiǎn)。對(duì)于如何控制欠平衡壓力鉆井井底壓力，國內(nèi)外的研究學(xué)者進(jìn)行了很多的理論研究，比如在壓力控制方面，已經(jīng)研究出FWD技術(shù)來對(duì)欠平衡壓力鉆井井底壓力進(jìn)行測(cè)量，并且取得了良好的效果，但是在國內(nèi)，由于鉆井的成本較高，很多企業(yè)并沒有足夠的預(yù)算來引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，因此追求經(jīng)濟(jì)上的效益，導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)階段還不能有效的推廣。因此需要對(duì)現(xiàn)有的欠平衡壓力鉆井井底壓力控制技術(shù)方法做一個(gè)具體的探討，找到能夠完整支持整個(gè)過程的技術(shù)，并且在成本允許的范圍內(nèi)，提高總體的效率。

1.欠平衡壓力鉆井引起井底壓力波動(dòng)的因素分析

1.1泵排量不變，泵壓下降引起壓力波動(dòng)

這種情況發(fā)生是有一個(gè)前提條件的，在初次鉆井時(shí)有時(shí)候會(huì)遇到油氣層，導(dǎo)致油氣層會(huì)形成一系列的油氣柱，由于油氣柱的氣壓是低于外界的氣壓的，會(huì)導(dǎo)致油氣柱上升這樣會(huì)帶來一個(gè)問題會(huì)造成液柱的壓力下降，這樣會(huì)導(dǎo)致泵壓的下降，總的井底的壓力就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為明顯的波動(dòng)，因此對(duì)于工程上來說比較難以監(jiān)測(cè)井底壓力的變化，很容易發(fā)生一些危險(xiǎn)。

1.2鉆柱的連接導(dǎo)致井底壓力的變化

鉆井設(shè)備在連接的過程中，需要往鉆柱中注入氣體，在這個(gè)過程中氣相和液相的循環(huán)會(huì)中斷，并且在很多情況下由于往鉆柱中注入了氣體導(dǎo)致鉆柱中的氣壓與井底的壓力以及外界的壓力出現(xiàn)一個(gè)差值，這個(gè)差值就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一定的壓差，產(chǎn)生壓力的波動(dòng)現(xiàn)象。這個(gè)波動(dòng)在正常的范圍內(nèi)是完全可以接受的，但是需要往鉆柱中注入氣體的過程中要時(shí)刻的檢測(cè)壓力的變化以及波動(dòng)的范圍。這個(gè)檢測(cè)的范圍在一定的情況下比較難以實(shí)現(xiàn)，這也是欠平衡壓力鉆井井底壓力控制的難題之一。

1.3非線性流動(dòng)特性導(dǎo)致井底壓力的波動(dòng)變化

對(duì)于欠平衡壓力鉆井平臺(tái)來說是由兩相流控制的，由于在鉆井的過程中受到泵的排量影響，氣相的注入方式以及前文中提到的對(duì)鉆柱注入氣體等多方面的影響，會(huì)導(dǎo)致這些因素打破原有的一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，并且由于這些氣相的流動(dòng)是無規(guī)則的，并不是線性的流動(dòng)方式，因此把它們看成是非線性的流動(dòng)特性，從而造成井底壓力一直達(dá)不到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而引起井底壓力的不斷波動(dòng)變化。

2.欠平衡壓力鉆井井底壓力控制技術(shù)研究

2.1欠平衡壓力測(cè)量器的選擇

目前市場(chǎng)上的欠平衡壓力測(cè)量器大多數(shù)是依靠地下機(jī)器人配上傳感器來進(jìn)行測(cè)量，有時(shí)候無法精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)壓力控制，容易造成數(shù)據(jù)上的傳輸誤差等。本文選擇的一款欠平衡壓力測(cè)量器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精準(zhǔn)的對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量，在鉆頭的部位安裝了傳感器，不僅可以實(shí)時(shí)的回放數(shù)據(jù)，以免造成數(shù)據(jù)上的傳輸錯(cuò)誤，還可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)鉆頭的溫度。對(duì)于欠平衡壓力控制來說，由于鉆頭在鉆的過程中容易產(chǎn)生大量的熱量，熱量的變化也會(huì)引起壓力的變化。

本文所選擇的壓力測(cè)量器主要是214螺浮型測(cè)量結(jié)構(gòu)，安裝位置是在鉆頭處，并且一般測(cè)量的位置是在距離井底0.75米的地方，但是由于鉆頭的特殊結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致無法精確測(cè)量到井底的壓力，因此距離井底的0.75米可以代表著井底壓力的測(cè)量。具體的測(cè)量原理是在測(cè)量的過程中壓力測(cè)量器末端有減震裝置，在鉆井的過程中會(huì)受到震動(dòng)波動(dòng)的影響，在末端安裝減震裝置可以極大的增強(qiáng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)于螺扶型的壓力測(cè)量器來說，可以在距離井底很近的地方進(jìn)行測(cè)量，可以跟井底的壓力測(cè)量數(shù)值相似，對(duì)于短鉆鋌型的測(cè)量?jī)x器來說誤差較大一些，而螺扶型的壓力測(cè)量裝置反應(yīng)時(shí)間較快，有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是易磨損，但是在綜合效率方面螺扶型也可以完全的勝任工作，因此選擇螺扶型壓力測(cè)量裝置可以很好的應(yīng)對(duì)欠平衡壓力控制。

2.2欠平衡壓力鉆井壓力控制方法

（1）環(huán)空注入法

環(huán)空注入法是一種可以很好保證井底壓力穩(wěn)定性的一個(gè)方法。主要應(yīng)用在鉆柱注入氣體的過程中，用寄生管或者是同心管環(huán)空進(jìn)行注射，這樣注射的好處是可以保證空氣的很好的流動(dòng)，當(dāng)外界的氣壓和內(nèi)部的氣壓相差較大的時(shí)候就會(huì)排出一部分的氣體，在這個(gè)過程中，鉆柱在連接的過程中還有可以有效的保證氣體的源源不斷的注入，從而可以保證欠平衡壓力處于一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，不至于因?yàn)闅怏w的不斷注入而導(dǎo)致井底壓力與外界壓力存在一個(gè)較大的差值而出現(xiàn)危險(xiǎn)。而且由于注射空氣的時(shí)候是環(huán)空的，還可以很好的隔絕液相，減少液相分離效應(yīng)，保持環(huán)空中空氣能量，減少井底壓力的波動(dòng)。

（2）立管注入法

立管注入法在一些大型欠平衡壓力鉆井平臺(tái)中是經(jīng)常用到的壓力控制方法。主要作用是在下鉆的過程中，通過立管的方式將氣體注入井底，這樣一個(gè)好處就是立管注入的過程中是可以和外界保持一定的空氣流動(dòng)，可以很好的減少由于外部壓力與內(nèi)部壓力之間差值較大而引起較大的壓力波動(dòng)情況。此種方法需要的成本較高，但是安全性以及可靠性有了很大的提高。

對(duì)比這兩種方法，環(huán)空注入法對(duì)于設(shè)備以及成本的要求較低，應(yīng)用比較廣泛，因此本文對(duì)于欠平衡壓力鉆井井底壓力控制選擇環(huán)空注入法。

結(jié)束語

綜上所述，本文主要通過對(duì)欠平衡壓力鉆井井底壓力控制中引起壓力波動(dòng)的因素進(jìn)行具體的分析，然后通過選擇壓力測(cè)試器主要對(duì)井底的壓力進(jìn)行測(cè)試與控制，最后選擇環(huán)空注入法實(shí)現(xiàn)對(duì)井底壓力的精確控制。

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