□叢玉麗/遼寧省盤錦市遼河石油職業技術學院遼河油田井控培訓中心
隨著對油井的反復開采，地層壓力和破裂壓力梯度的差值逐漸變小；同時，人們越來越關注過量開采對生產量和工業儲量造成的不可彌補的消極影響，這就要求我們研究一種超越傳統鉆井方法、保持恒定井底壓力的新技術。國際海洋鉆井勘探與生產開發公司已經開發出一種行之有效的解決方法：用一個實時運轉的水利模型連接一個自動節流控制系統來使井底壓力保持在一個相對恒定的值。該技術還應能夠持續減少井涌的發生。
DAPC：保持井壓恒定
近年來發展起來的動力環空壓力控制系統（DAPC）使得通過保持必要的回壓值，在同井內給定深度的動壓力相等的相對恒定井底壓力狀態下實施鉆井成為了現實，如圖1所示。實質上，通過控制回壓使地面壓力增加，而非增加井底壓力，壓力曲線是翻轉的。
這項在保持恒定井底壓力或控制壓力鉆井上的新突破很有可能對由于井壁穩定性、泥漿漏失、通氣、滲透率降低，差壓卡鉆和地層水破壞等產生的問題井的開采上有所幫助。
實際上，我們發現有許多井由于井壁穩定效果欠佳以及地層壓力與破裂壓力的差值減小而不可以在兩種不同壓力狀態下鉆進。另外，我們需要不斷地對井內低強度區域進行修護，而非采用可能會導致地層水破壞的高密度鉆井液。再就是超高的當量循環密度在延伸鉆井中的應用。如果通過傳統方法，要開采以上三種情況結合在一起的油井，還要符合我們日益增加的高回收率低成本的要求不太現實。如圖2所示，在動壓狀態下鉆井可以避免或減少井噴、井漏、差壓卡鉆和破壞油藏等問題的發生。
由于保持靜壓力高于地層壓力帶來的井控問題以及由于地層破裂或泥漿進入基巖和裂縫而致使泥漿漏失而產生動壓，都可能致使鉆井費用的提高。此外，鉆進油層時產生泥漿漏失或過度壓差會破壞地層水或堵塞井壁，大大降低生產率。控制壓力鉆井利用回壓來控制井底壓力是基于以下的簡單公式：
井底壓力=地面回壓+環空壓力
環空壓力=環空壓耗+環空流體靜壓力
現場使用安裝
要保持恒定井底壓力，就要保持恒定地面壓力。然而地面壓力是隨著鉆進速度、泥漿密度以及其他引起壓力波動的因素，如發動機失效、巖屑負荷、鉆桿轉動和泥漿性能等的變化而改變。
用節流閥來控制環空流體靜壓力并不是一個新概念。手動和半自動化節流控制系統也早已被應用于井控和欠平衡鉆井作業。但這些方法是有局限性的，因為他們要依賴于保持各種狀態的穩定，比如，把侵入井內的流體循環出井外時，為了保證在一定范圍內的立管壓力下作業，要保持恒定的泵速。主要的鉆井泵意外斷路或其它突發狀況會導致必要的回壓消失和井底壓力的意外減少；或者在保持井壓時沒有及時打開節流器而導致超壓。
通過以下安裝方法：把一個水利模型、一個高級監督管理程序與鉆井裝置數據傳輸系統連接在一起，將制層色譜控制裝置（PLC）和各種節流器、節流閥連接，同時將一個輔泵連接到節流器的環空上游，就可以達到在鉆井時保持相對恒定井底壓力的目的。為了保證井底壓力一直不變，原本設計動力環空壓力控制系統（DAPC）要在沒有鉆井監督干預（除了最開始的結構和數據校準）的情況下，無論鉆井參數多少，一直處于工作狀態。但在實際操作中，盡管正常運作時間大于98%，為了以防萬一，系統還是一直處于人員監督下作業。
圖3描述了動力環空壓力控制系統（DAPC）的方案設計和安裝到鉆機上的方法。
需要的組件有：旋轉防噴器：鉆進時容納環空壓力并起下鉆具。回水管線可能通過節流器連接到旋轉防噴器上，或者另一個出口管連接到防噴器上。
鉆柱浮閥：防止連接管子時壓力釋放。鉆柱浮閥通常安置在鉆具下部。
輔助壓力泵：當鉆井泵關閉時能夠有效代替它來保持環空壓力。該泵聽從主控制器信號指揮，由電動機來開啟和關閉。
節流管匯：受主控制器操縱，由各種閥件、主節流管匯和輔助節流管匯組成。當主鉆泵啟動時，流體沿著主節流管匯路線流動，當井內流體減少時，主節流器關閉，流體沿體積較小的輔助節流管匯路線流動。用一個電力驅動的液壓動力裝置來發動節流器和閥件。
節流管匯泥漿返回總管：返回泥漿可以通過管線直接進入泥漿振動篩或者通過液氣分離器進行分離。
指重表：水力模型通過指重表上的讀數自動校準。因為壓力讀數并不總是準確的，而且計時間隔也是變化的，如撓性管鉆井時，泥漿脈沖遙測裝置不斷的讀出數據，計時間隔要好幾分鐘。因此不能直接采用讀出的井底壓力值來控制節流器。
用一個可編程序邏輯控制器來控制閥門和節流器。另外，控制系統安裝一個接近于實時運轉的水利模型來不斷地依據泵沖、鉆頭深度、泥漿密度的輸入數據計算井底壓力值。并由此來確定必要回壓值和節流器安裝位置。為了獲得實際地面壓力值，在節流管匯上安裝一個壓力傳感器。在需要保證持續、準確讀數的位置安裝多個傳感器。
實現井底壓力可控
動力環空壓力控制系統（DAPC）已經在三種獨特的壓力控制鉆井中得到應用，包括在很難控制井漏、高溫高壓井易噴、孔隙壓力和破裂壓力梯度邊界較小的油井易發生井涌和井漏的斷裂油藏也有應用。結果顯示該系統能夠有效、持續的保持井底壓力在30磅/平方英寸以內。為了保證使用動力環空壓力控制系統（DAPC）來控制井底壓力時安全、可靠，在進一步修訂、調整系統設計時，將充分重視從以上三種應用種得到的經驗教訓。隨著行業對控制壓力鉆井法及挑戰地層壓力和破裂壓力梯度差值的固有優點的逐步認識，這種新技術將會有更廣闊的發展空間。
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