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水平井压力控制钻井技术研究与应用

发表时间：2020/3/18 来源：《文化时代》2019年18期作者：1李勇鹏 2马红兴 3马小兵 4冯亚莉

[导读] 水平井大多数面对的是长距离的油田，在钻井以及控压方面要求较高，因此本文主要对现阶段的水平井压力控制方面存在的难题进行分析，找到能够精准控制钻井压力的方法，并通过一个具体应用进行分析。

1中国石油渤海钻探第四钻井工程分公司河北省沧州市任丘市 062550；
2中国石油渤海钻探井下作业分公司河北省沧州市任丘市 062550；
3 河北华北石油工程建设有限公司河北省沧州市任丘市 062550；
4 中国石油华北油田华美综合服务处河北省沧州市任丘市 062550
        摘要：水平井大多数面对的是长距离的油田，在钻井以及控压方面要求较高，因此本文主要对现阶段的水平井压力控制方面存在的难题进行分析，找到能够精准控制钻井压力的方法，并通过一个具体应用进行分析。
        关键词：水平井压力控制；钻井；研究与应用


引言：油气田的开采目前处于一个快速的发展阶段，并且技术日益成熟。我国是一个油气存储丰富的国家，但是长段的水平段油田的开采在技术上仍有一定的短板，由于开采过程中压力控制较差，导致开采的总体效率较低。国外的水平钻井技术发展较好，技术成熟，但是在很多时候都是绝对保密的，很多压力控制技术需要专门的技术人员进行保密。尤其是对长水平钻井加压控制等工具只提供一些技术上的指导，因此在很多时候需要对我国自主的水平井压力控制钻井技术进行深入的研究，走中国自己独特发展之路。本文将主要探讨水平井压力控制的几种技术，并且对华北油田这一具体应用对象进行具体的说明。
        1.水平井压力控制钻井技术难题分析
        1.1工具钻压传递困难
        通过对大量的水平井实地考察发现，水平井都有一个共同的特点就是距离较长，都是长距离的水平钻井，在这个过程中随着距离的增加，导致在这个过程中的钻压损耗严重，由于钻井的过程中地形地势的变化是十分复杂的，在这个过程中压力的控制是十分困难的，不仅受到地形地势的影响，还会受到摩擦阻力的影响，这样就会导致工具钻压传递困难。
        1.2水平钻井压力控制过程中键槽卡钻频率较大
        水平井钻井的过程中行程较长，下钻次数较多，在地形较为复杂的工程项目中，水平井钻井的过程下钻要远远多于直井，并且造、增斜的工艺过程较为复杂，导致全角的变化范围较大，因此在这个过程中键槽卡钻的概率会大大的提升，这也成为水平井压力控制过程中亟需解决的难题。
        1.3岩屑的控制问题
        涉及到水平井钻进，会产生一定的钻屑，如果钻屑不能及时有效的排出，就会导致水平井内压力的不断升高，会发生许多次生的危险，甚至会导致泥浆的润滑性能急剧的下降，这样在钻井过程中井壁坍塌的概率将会大大增加。
        2.水平井压力控制技术方法研究与应用
        本文将主要介绍两种具体的压力控制技术方法，一种是水加压控压技术，一种是精细控压技术。由于实验条件有限，本文主要对第一种水加压控压技术做具体的阐述，这种技术在我国的许多大型油田应用广泛，第二种简单的进行介绍。
        2.1水力加压控压技术研究
        所谓水力加压技术就是主要通过振荡器来进行加压控制，在工程上也称之为搅拌器，它的具体特点是将钻井过程中释放的压力传递给控压工具，通过振荡器来精准的测量出现阶段的压力指数，并且随着水平距离的不断增加，遇到的地形地貌的持续变化，可以精准的预测出压力的极值变化范围，并且可以改善钻压过程中的压力损失问题，大大提高了整体效率。
        1.水力加压控压的主要技术优点
        （1）平稳控制钻井压力，扩大作业范围
        由于振荡器的作用，导致水加压的过程中可以有一个震荡的范围值，并且可以实时的进行检测，当这个值没有超过警戒值时可以继续扩大钻井的作业范围，遇到地形较为复杂的井段可以及时的监控，从而既控制了水平井的压力还提高了整体的效率。
        （2）连续摩阻降低，卡钻概率减少
        在前文中分析出，对于水平井来说，由于下钻的行程较长，并且在很多时候容易出现卡钻的现象，但是通过水加压来控压就可以实时监控整个数据，通过振荡器进行精准控制，对于地形变化较大的区域，选择施工方案较容易，并且可以很好的控制水平钻井成本。

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        2.水平井水力加压控压技术在华北油田的具体应用
        （1）华北油田施工情况介绍
        华北油田施工在很多时候需要控制水平井水力的加压状态。尤其是在2500-3500米之间是压力控制最难的一个距离段。
        （2）水加压控压各个距离段的数据对比
        前文中介绍对于华北油田来说，水加压控压技术主要应用在2500米到3500米这一距离段，并且通过水振荡器的使用可以精准的测出时间、距离、尺寸还有钻速等，进而控制水平井压力，具体的数据如表1所示
        表1 水力加压技术在华北油田各个距离段数据对比
        序号滑动井段滑动尺寸滑动钻时滑动钻速
1 2500-2545m 4m 0.8h 5.0m/h
2 2665-2710m 3m 1.3h 2.3 m/h
3 2825-2860m 6m 1.2h 5.2 m/h
4 2970-3015m 7m 1.9h 3.8 m/h
5 3285-3330m 5m 1.1h 4.0 m/h
6 3455-3700m 4m 1.0h 4.7 m/h
合计 29m 7.2h 4.0 m/h
通过对华北油田最深的几个距离段进行具体的测量，发现越深的位置整个距离的压力控制越难，并且还要考虑多种技术的精密联系控制，下面对两个比较典型的距离段进行深入分析，如表2所示

表2 有无水力加压控压数据对比分析
        钻头尺寸钻头型号井段（米）进尺（米）纯钻时（时）滑动钻速（米/时）平均转速（米/时）备注
152.4mm FX55D 3150—3350 200 77 2.00 6.97 没有进行水力加压
152.4mm FX55D 3150—3350 100 52 4.00 13.3 用水力加压控压

通过华北油田用水力加压控压的距离段与没有用水力加压控压的距离段进行对比可以很清晰的看出，用水力加压的整体效率提高了一倍多，钻速提高了100%，综合机械平均钻速提高了91%，总体的效率有了很大的提高。
        2.2水平井精细控压方法简介
        水平井精细控压方法主要应用在压力比较敏感的地层上，综合起来实现较为困难，但是对于水平井的压力控制效果是十分明显的，并且在国外的很多的大型油田应用广泛，水平井精细控压的物理模型图如图1所示

        图1 水平井精细控压方法
        水平井精细控压具体的原理为当水平钻至不同每次会出来一个显示，这个显示带代表钻进的过程遇到大小不一的裂缝或者孔洞等。但是压力的变化可能存在很多可能的情况：
        （1）水平段的压力与损失的压力都是恒定值
        （2）水平段的压力是恒定值损失的压力是变化值
        因此由于存在多种情况，研究起来十分的复杂，但是综合起来第一种水加压控压的方法应用较多，并且在我国的许多大型油田应用广泛。

        结束语
        综上所述，本文主要通过介绍目前水平井控压钻井技术遇到的难题进行重点分析，重点研究了水平井水力加压控压技术来实现对压力的精准控制以及提高效率，并简单介绍水平井精细控压方法，为以后大型油田的钻井控压提供借鉴。

        参考文献：
        [2] 韩继勇；韩金井；；精细控压钻井技术在塔里木气田的应用[J]；天然气技术与经济；2015年05期
        [3] 孙超；李根生；康延军；黄中伟；王鹏程；；控压钻井技术在塔中区块的应用及效果分析[J]；石油机械；2010年05期