本文摘要：摘要：控壓技術基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結構，通過壓穩(wěn)計算，并結合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全�？貕汗叹饕獞迷谡芏却翱诰叹⒏邷馗邏壕叹�。控
摘要：控壓技術基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結構，通過壓穩(wěn)計算，并結合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全�？貕汗叹饕獞迷谡芏却翱诰叹�、高溫高壓井固井等�？貕汗叹夹g在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過壓穩(wěn)計算，并結合控壓裝置精確動態(tài)控制正注入排量和返出口流量，產(chǎn)生反向回壓，從而調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實現(xiàn)安全固井的技術。
關鍵詞：控壓固井技術;氣竄漏失;壓穩(wěn)計算;動態(tài)控制
常規(guī)固井技術通常是通過提高水泥漿密度來預防井涌和氣竄，但是高密度水泥漿和循環(huán)壓力容易壓裂地層、導致漏失。窄密度窗口以及淺層氣侵、水侵問題對常規(guī)固井技術提出了挑戰(zhàn)。此外，固上部地層套管時，因為井眼尺寸較大，采用傳統(tǒng)固井技術的話，在水泥漿凝固階段，水泥漿失水及流體靜壓力的下降嚴重，很容易導致氣竄、水侵，破壞井筒完整性，需要進行補救，嚴重時不得不棄井�？貕汗叹夹g是在控壓鉆井技術的基礎上提出的，主要在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過壓穩(wěn)計算，并結合控壓裝置精確動態(tài)控制正注入排量和返出口流量，產(chǎn)生反向回壓，從而調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實現(xiàn)安全固井的技術。
1控壓固井應用現(xiàn)狀
控壓固井技術夠解決傳統(tǒng)固井方法遇到的窄窗口固井、高溫高壓固井、淺層水侵、氣竄和漏失難題，提高固井質(zhì)量和保證固井安全。同時控壓固井工藝復雜，對人員以及設備要求較高，并且固井施工的成功依賴于水力學模型與實際情況的符合程度。在區(qū)塊成功封固7″尾管(水泥漿密度2.15g/cm3，井底靜止溫度178℃)。2017年，成功進行了4-1/2″尾管固井(井深7793m的超深井)。
2控壓固井的原理及系統(tǒng)組成
控壓技術基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結構，通過壓穩(wěn)計算，并結合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全。不考率波動壓力時，根據(jù)水力學原理，環(huán)空壓力=靜液柱壓力+環(huán)空循環(huán)壓耗+井口回壓。哈里巴頓公司、斯倫貝謝公司的控壓固井系統(tǒng)組成類似：都包括固井泵、控壓鉆井設備(包括旋轉控制頭，自動節(jié)流系統(tǒng))。旋轉控制頭是一種壓力控制設備，安裝在環(huán)形防噴器頂部，提供一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，在鉆桿旋轉時可以保持井筒密封，使井筒內(nèi)返回的鉆井液流向自動節(jié)流系統(tǒng)，自動節(jié)流系統(tǒng)控制流入和流出的流量大小，進而控制施加在井口的回壓大小。如突然停泵，井口回壓則由回壓泵施加，以防止在固井施工中發(fā)生井涌或漏失。
以挪威EnhancedDrilling公司的控壓固井技術為例，詳細闡述控壓固井原理。為了便于理解，將重漿(通常是隔離液和水泥漿)頂替鉆井液可以分成2個主要時期，5個階段。第一時期：重漿頂部達到關鍵區(qū)域之前(關鍵區(qū)域是指在固井作業(yè)前后需要保持環(huán)空壓力不變的區(qū)域，一般是指上層套管鞋處)。此階段，泵保持恒定的入口壓力。這樣保證了關鍵區(qū)域的壓力不變。在這一階段，當重漿頂部出了套管鞋，底部環(huán)空壓力隨著環(huán)空中重漿頂替密度低的鉆井液而自然增加。在關鍵區(qū)域處，較小的壓力增加也可能導致發(fā)生地層漏失，因為破裂壓力與環(huán)空壓力很接近。第二時期：重漿頂部達到關鍵區(qū)域之后。這一階段中，泵的入口壓力改變使得固井泵(立管壓力)保持不變。假定循環(huán)速率不變，這一措施將保持關鍵區(qū)域壓力不變。井口壓力(泵的入口壓力)應按照固井前的設計表進行變化，該設計表應取決于需要被頂替的水泥漿或前置液的體積，將水泥漿的頂替分成5個不同的階段。第一階段完成時，泵入的總的液體體積可以根據(jù)地表管線的體積、鉆桿內(nèi)容積和長度推算出來。階段2：重漿頂部進入環(huán)空開始到重漿頂部抵達上層套管鞋時(關鍵區(qū)域)結束。如同階段1,泵的入口壓力應保持不變。在這一階段，通過SPP變化可以判斷重漿頂部位置。SPP隨著重漿進入環(huán)空而自然增加。當重漿頂部抵達上層套管鞋時，SPP壓力增加值為ΔP2。
階段3：環(huán)空中重漿頂部抵達上層套管鞋開始至重漿頂部返至井口。這一階段，需降低泵的入口壓力以抵消因環(huán)空中因重漿沿環(huán)空上升而高度增加所造成的靜液柱壓力增加。為保持上層套管鞋處環(huán)空壓力不變，應保持SPP不變，泵的入口壓力應相應改變。當重漿頂部抵達井口時，泵入口壓力應該降低ΔP3才能保持SPP不變：如果不需要返回振動篩或者取樣，可以選擇是否將重漿排放。階段5：鉆井液頂替水泥漿。固井作業(yè)鉆桿內(nèi)的水泥漿需要被頂替出來。需要被頂替的體積可以計算出來。在這一階段，應控制泵的入口壓力保持不變，以保持環(huán)空壓力不變。因為密度低的鉆井液頂替鉆桿內(nèi)的密度高的水泥漿，這將導致SPP自然增加。以上計算僅僅為了表示控壓固井過程中壓力變化趨勢。公式中沒有考慮摩擦壓力損失和流變特性的影響，一般使用模擬軟件計算這些壓力。
天然氣論文投稿刊物：《天然氣工業(yè)》1981年創(chuàng)刊，是經(jīng)國家科委和國家新聞出版署批準出版的全國唯一全面報道天然氣工業(yè)的綜合性科技期刊。重點反映天然氣工業(yè)在勘探、開發(fā)、鉆采、儲運、處理、加工方面的科學研究、工業(yè)生產(chǎn)和技術應用成果，并通過廣告促進天然氣工業(yè)界和相關產(chǎn)品和技術信息交流。
3控壓固井系統(tǒng)的優(yōu)缺點
控壓固井技術可以提高固井質(zhì)量保證固井安全�？貕汗叹夹g可以設計合理密度差和流變特性，有利于頂替鉆井液、清除鉆井液泥餅和減少混漿。采用常規(guī)固井技術，使用高密度鉆井液，壓力窗口較窄時，無法使用密度更高的水泥漿來頂替鉆井液�？貕汗叹h(huán)系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)生的井口回壓可以彌補因為鉆井液密度降低造成的井底壓力降低值，固井時可以設計合理的密度差和流變特性，取得更好的頂替效率和減小固井過程中鉆井液和水泥漿發(fā)生混漿。同時，降低了環(huán)空中的靜液柱壓力，可提高固井泵速，利于清除鉆井液泥餅。控壓固井有助于減少固井過程中以及水泥漿候凝期間的水泥漿失水量，有助于維持環(huán)空壓力，縮短靜膠凝過渡時間，增加水泥漿的凝膠強度和降低地層水氣侵入的風險，提高井筒完整性。使用控壓固井可以使得環(huán)空壓力始終保持在安全密度窗口之內(nèi)，避免壓裂地層，減少井漏井涌等事故。同時可以及時發(fā)現(xiàn)和控制漏失或井涌。
參考文獻：
[1]郭繼剛.精細動態(tài)控壓固井技術在順南區(qū)塊的應用[J].鉆井液與完井液,2016(5):76-79.
[2]天工.中國石油西南油氣田公司首次精細控壓固井成功實施[J].天然氣工業(yè),2017(2):51.
作者：石鴻傳
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