□丛玉丽/辽宁省盘锦市辽河石油职业技术学院辽河油田井控培训中心

　　随着对油井的反复开采，地层压力和破裂压力梯度的差值逐渐变小；同时，人们越来越关注过量开采对生产量和工业储量造成的不可弥补的消极影响，这就要求我们研究一种超越传统钻井方法、保持恒定井底压力的新技术。国际海洋钻井勘探与生产开发公司已经开发出一种行之有效的解决方法：用一个实时运转的水利模型连接一个自动节流控制系统来使井底压力保持在一个相对恒定的值。该技术还应能够持续减少井涌的发生。

DAPC：保持井压恒定

　　近年来发展起来的动力环空压力控制系统（DAPC）使得通过保持必要的回压值，在同井内给定深度的动压力相等的相对恒定井底压力状态下实施钻井成为了现实，如图1所示。实质上，通过控制回压使地面压力增加，而非增加井底压力，压力曲线是翻转的。

　　这项在保持恒定井底压力或控制压力钻井上的新突破很有可能对由于井壁稳定性、泥浆漏失、通气、渗透率降低，差压卡钻和地层水破坏等产生的问题井的开采上有所帮助。

　　实际上，我们发现有许多井由于井壁稳定效果欠佳以及地层压力与破裂压力的差值减小而不可以在两种不同压力状态下钻进。另外，我们需要不断地对井内低强度区域进行修护，而非采用可能会导致地层水破坏的高密度钻井液。再就是超高的当量循环密度在延伸钻井中的应用。如果通过传统方法，要开采以上三种情况结合在一起的油井，还要符合我们日益增加的高回收率低成本的要求不太现实。如图2所示，在动压状态下钻井可以避免或减少井喷、井漏、差压卡钻和破坏油藏等问题的发生。

　由于保持静压力高于地层压力带来的井控问题以及由于地层破裂或泥浆进入基岩和裂缝而致使泥浆漏失而产生动压，都可能致使钻井费用的提高。此外，钻进油层时产生泥浆漏失或过度压差会破坏地层水或堵塞井壁，大大降低生产率。控制压力钻井利用回压来控制井底压力是基于以下的简单公式：

井底压力=地面回压+环空压力
环空压力=环空压耗+环空流体静压力

现场使用安装

　　要保持恒定井底压力，就要保持恒定地面压力。然而地面压力是随着钻进速度、泥浆密度以及其他引起压力波动的因素，如发动机失效、岩屑负荷、钻杆转动和泥浆性能等的变化而改变。

　　用节流阀来控制环空流体静压力并不是一个新概念。手动和半自动化节流控制系统也早已被应用于井控和欠平衡钻井作业。但这些方法是有局限性的，因为他们要依赖于保持各种状态的稳定，比如，把侵入井内的流体循环出井外时，为了保证在一定范围内的立管压力下作业，要保持恒定的泵速。主要的钻井泵意外断路或其它突发状况会导致必要的回压消失和井底压力的意外减少；或者在保持井压时没有及时打开节流器而导致超压。

　　通过以下安装方法：把一个水利模型、一个高级监督管理程序与钻井装置数据传输系统连接在一起，将制层色谱控制装置（PLC）和各种节流器、节流阀连接，同时将一个辅泵连接到节流器的环空上游，就可以达到在钻井时保持相对恒定井底压力的目的。为了保证井底压力一直不变，原本设计动力环空压力控制系统（DAPC）要在没有钻井监督干预（除了最开始的结构和数据校准）的情况下，无论钻井参数多少，一直处于工作状态。但在实际操作中，尽管正常运作时间大于98%，为了以防万一，系统还是一直处于人员监督下作业。

　　图3描述了动力环空压力控制系统（DAPC）的方案设计和安装到钻机上的方法。

　　需要的组件有：旋转防喷器：钻进时容纳环空压力并起下钻具。回水管线可能通过节流器连接到旋转防喷器上，或者另一个出口管连接到防喷器上。

　　钻柱浮阀：防止连接管子时压力释放。钻柱浮阀通常安置在钻具下部。

　　辅助压力泵：当钻井泵关闭时能够有效代替它来保持环空压力。该泵听从主控制器信号指挥，由电动机来开启和关闭。

　　节流管汇：受主控制器操纵，由各种阀件、主节流管汇和辅助节流管汇组成。当主钻泵启动时，流体沿着主节流管汇路线流动，当井内流体减少时，主节流器关闭，流体沿体积较小的辅助节流管汇路线流动。用一个电力驱动的液压动力装置来发动节流器和阀件。

　　节流管汇泥浆返回总管：返回泥浆可以通过管线直接进入泥浆振动筛或者通过液气分离器进行分离。

　　指重表：水力模型通过指重表上的读数自动校准。因为压力读数并不总是准确的，而且计时间隔也是变化的，如挠性管钻井时，泥浆脉冲遥测装置不断的读出数据，计时间隔要好几分钟。因此不能直接采用读出的井底压力值来控制节流器。

　　用一个可编程序逻辑控制器来控制阀门和节流器。另外，控制系统安装一个接近于实时运转的水利模型来不断地依据泵冲、钻头深度、泥浆密度的输入数据计算井底压力值。并由此来确定必要回压值和节流器安装位置。为了获得实际地面压力值，在节流管汇上安装一个压力传感器。在需要保证持续、准确读数的位置安装多个传感器。

实现井底压力可控

　　动力环空压力控制系统（DAPC）已经在三种独特的压力控制钻井中得到应用，包括在很难控制井漏、高温高压井易喷、孔隙压力和破裂压力梯度边界较小的油井易发生井涌和井漏的断裂油藏也有应用。结果显示该系统能够有效、持续的保持井底压力在30磅/平方英寸以内。为了保证使用动力环空压力控制系统（DAPC）来控制井底压力时安全、可靠，在进一步修订、调整系统设计时，将充分重视从以上三种应用种得到的经验教训。随着行业对控制压力钻井法及挑战地层压力和破裂压力梯度差值的固有优点的逐步认识，这种新技术将会有更广阔的发展空间。