徐 彤，鄭 卓，隋成龍，劉穎杰，范子濤，和鵬飛

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司，天津 300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

鉆井工程中的波動壓力主要是指抽汲和激動壓力，主要發(fā)生在鉆桿或者套管等井內(nèi)管柱的起、下過程中[1，2]。定性的分析，抽汲將導(dǎo)致井底或者井筒某一位置的管柱環(huán)空當量鉆井液密度小于實際鉆井液密度，激動將導(dǎo)致當量鉆井液密度大于實際鉆井液密度，但對于極窄壓力窗口壓力井或者存在薄弱點（比如井漏點）的井來說，對于抽汲和激動壓力的定量描述極端重要，定量描述聯(lián)動工程參數(shù)的最優(yōu)化配置[1，3，4]。

1 研究現(xiàn)狀分析與問題

抽汲和激動壓力的獲取，主要采用模型計算方法，因此行業(yè)類開展了較多的模型研究。蘇勤等[5]針對窄安全窗口鉆井，提出設(shè)計系數(shù)計算思路代替常規(guī)經(jīng)驗法鉆井設(shè)計。戴金嶺[6]針對下套管過程的激動壓力控制，進行了套管下放速度的確定計算。余驊[7]建立瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)計算模型，開展波動壓力計算。劉璞[8]為解決川北高壓含硫地層鉆井，研究了井底最低附加壓力，給出了定量附加值數(shù)據(jù)。李云等[9]為保證井筒安全，避免溢流、井塌等問題，根據(jù)滲流理論開展了針對車-66 區(qū)鉆井波動壓力計算研究。韓付鑫等[10]以赫巴流變模型為前提，計算了井筒當量壓力，以此獲得最優(yōu)下套管速度。王再興[11]提出鉆井液流變模型黃金分割算法，建立偏心度等因素的考慮計算情況。

從上述綜述可以看出，模型計算是獲得波動壓力的主要方式，目的是給出最優(yōu)工程參數(shù)推薦，比如下套管速度。但是各類模型均有明確針對對象、地區(qū)和局限性方法，尚未達到推廣應(yīng)用。因此開展了以成熟商業(yè)軟件Wellplan 抽汲和激動模型為基礎(chǔ)的波動壓力精準預(yù)測及隨鉆調(diào)控方法研究和工程應(yīng)用。

2 基于隨鉆調(diào)控的抽汲與激動壓力敏感性分析

2.1 隨鉆分析敏感性影響模型

利用Wellplan 開展抽汲和激動壓力分析，總體上可將影響因素分為兩類，一類是既定參數(shù)，一類是可調(diào)參數(shù)。所謂的既定參數(shù)是工程實施過程中已經(jīng)發(fā)生了或者存在的，隨鉆過程中不易調(diào)整或者不可調(diào)整，但在鉆前設(shè)計時仍屬于可調(diào)參數(shù)：所謂的可調(diào)參數(shù)是指在工程中能夠調(diào)整和改變，開展優(yōu)化應(yīng)用的參數(shù)。因此模型方程可表達為：

其中：Swab-抽汲壓力當量；Surge-激動壓力當量；A-隨鉆既定參數(shù)因素；B-隨鉆可調(diào)參數(shù)因素。

2.2 隨鉆既定參數(shù)因素分析

隨鉆既定參數(shù)因素集主要子因素可表示為：

其中：A-隨鉆既定參數(shù)因素；A1-鉆井液性能因素；A2-定向井軌跡因素；A3-井筒與管柱因素；A4-溫度壓力因素。

2.2.1 鉆井液性能因素

（1）鉆井液密度是既定參數(shù)中影響抽汲和激動的基本面參數(shù)，決定了當量的基準線。在鉆前開展鉆井液密度設(shè)計時，應(yīng)充分考慮最大抽汲和最小激動當量影響的密度變化。

（2）流變性因素。鉆井液流變性因素是隨鉆既定又可調(diào)的參數(shù)，因為在獲得測量的流變性參數(shù)后，通過模擬預(yù)測抽汲和激動當量后，也可通過鉆井液性能的調(diào)整進行改變，但實際工程中受限于鉆井液體系、所用材料等因素，流變性調(diào)整的余量極小。流變參數(shù)主要以多速黏度計測得的6 組轉(zhuǎn)速黏度，擬合獲得選擇流變模型，經(jīng)過海洋鉆井大量井驗證赫巴模型擬合度最高，普適性最強。

2.2.2 定向井軌跡因素 定向井軌跡因素隨鉆時為不可調(diào)因素，鉆前設(shè)計時為可調(diào)因素，但可調(diào)余地較小，對抽汲和激動當量的影響，主要表征在管柱受井筒軌跡導(dǎo)致的側(cè)向力影響而發(fā)生偏心和貼邊問題，Wellplan軟件在計算模型設(shè)置中假定為同心，因此在直井計算中精度要高于斜井。

2.2.3 井筒與管柱因素 井筒與管柱因素的最終方式表征在環(huán)空過流面積的問題，因此井筒內(nèi)徑（包括套管段內(nèi)徑和裸眼段考慮擴大率的內(nèi)徑）、井內(nèi)管柱外徑（底部組合BHA 的外徑、鉆桿的外徑）、管柱的開閉口形式（鉆具浮閥、套管浮箍和浮鞋，均屬于單流閥，流體可下行不可上行）、管柱與井筒的相對位置關(guān)系。具體來講環(huán)空過流面積越大，抽汲和激動波動越小，因此可在鉆前調(diào)整鉆具尺寸干預(yù)；下鉆預(yù)測激動時考慮管柱如果帶單流閥則采用閉口計算，起鉆采用開口計算。

2.2.4 溫度和壓力的影響 溫度和壓力的影響主要體現(xiàn)在鉆井液的密度和流變性。施加壓力會壓縮流體，從而增加密度。溫度使流體膨脹，從而降低了密度。溫度和壓力對流變學(xué)的影響更為復(fù)雜[12-14]。一般來說，溫度會使基礎(chǔ)液變稀，壓力會增加黏度。有機相流體的黏度對壓力的依賴性較大。針對溫度和壓力的影響，軟件提供了簡化處理方式，可以輸入至少3 組不同溫度和壓力下的范式參數(shù)，軟件采用了擬合趨勢預(yù)測方法，在輸入的不同溫度和壓力數(shù)據(jù)下得到趨勢內(nèi)其他溫度和壓力的范式參數(shù)情況。

2.3 隨鉆可調(diào)參數(shù)因素

管柱在井筒是按照單根、立柱的模式接卸，因此可以將管柱在一個單根或者立柱距離內(nèi)的運行形式看作一個操作周期，一個操作周期分為兩個方向、三個過程。所謂兩個方向是向上運動或者向下運動；三個過程可描述為：啟動加速→達到某一恒速→減速至零。在上述情況下可疊加產(chǎn)生復(fù)雜工況，比如開泵起鉆、倒劃眼或者劃眼，這些復(fù)合情況分解后基本動作也在上述范圍內(nèi)。而隨鉆控制抽汲和激動壓力，在上述既定參數(shù)下，可調(diào)參數(shù)便是加速度、恒速量化限制和減速度。對于抽汲當量還可以考慮配合開泵的復(fù)合起鉆，用開泵ECD 當量抵消抽汲降低的當量。

（1）管柱加速度和減速度的確定，如公式（3）。

其中：a-加速度或者減速度，m/s2；v初-管柱初始速度，加速時為0，m/s；v終-管柱終了速度，減速時為0，m/s。

（2）恒速的確定，恒速一般在現(xiàn)場給定，在安全鉆井液窗口較寬時，恒速可調(diào)范圍大，極窄窗口時較小，一般采用給定后預(yù)測抽汲和激動做方案對比，獲得最優(yōu)恒速。

3 工程應(yīng)用案例

南海DF 某井為一口高溫高壓井，設(shè)計完鉆3 428 m，預(yù)測最高地層孔隙壓力2.172 g/cm3，同深度預(yù)測破裂壓力2.28 g/cm3。431.8 mm 井眼鉆至2 445 m，下入339.725 mm套管，311.15 mm 井眼鉆進至2 733 m 中完，有溢流，監(jiān)測孔隙壓力1.93 g/cm3，溢流壓井時井漏，漏失當量1.98 g/cm3，多次堵漏。

在起鉆更換底部鉆具組合和后續(xù)下入244.475 mm套管前，預(yù)測模擬了不同速度下的抽汲和激動當量（見表1，表2），保持最大當量在1.95～1.97 g/cm3，即起鉆速度不超過18 m/min，下套管速度不超過12 m/min。

表1 起鉆抽汲當量的預(yù)測

表2 下套管激動當量的預(yù)測

4 結(jié)論

（1）在隨鉆極窄窗口鉆井過程中，抽汲和激動當量控制的主要途徑是鉆具活動速度。

（2）鉆前設(shè)計時，應(yīng)全面考慮動態(tài)井筒當量的概念，而不是以鉆井液密度或者鉆進ECD 為唯一考慮依據(jù)。

（3）通過基于Wellplan 的抽汲和激動當量壓力精確預(yù)測技術(shù)的研究，打通了理論到實踐的最后一公里，具備廣泛推廣和應(yīng)用的前景。