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[摘 要]控压钻井技术是一项应用于复杂地层的油气资源开采技术，并因其具有降低生产成本，简化操作流程，缩短非生产时间和显著改善油井生产效率等优点，逐步成为近年来国内外钻井新技术研发热点。本文阐述了控压钻井技术的概念及压力控制原理，介绍了控压钻井系统的组成，以及研究了控压钻井技术几个关键工艺的实现方法。
[关键词]控压钻井，压力控制，应用
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-009-01
1. 控压钻井技术概述
1.1 控压钻井技术概况
控压钻井技术最早起源于20世纪60年代，但直到2004年SPE/IADC在Amsterdam举行的钻井专题会议上才正式提出，并与UBD和Air Drilling一起被IADC定义为钻井过程中的控制压力钻井的三大体系。在经历最近几年的快速发展后，控压钻井技术已经逐步形成了以恒定井底压力技术、加压泥浆帽钻井技术、双梯度钻井技术和健康安全环境技术为主的工艺体 系。
控压钻井主要是通过对井口套管压力、流体密度、水力摩阻等的综合控制，精确控制整个井眼环空压力剖面，使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间，有效控制地层流体侵入井眼减少井涌、井漏、卡钻等多种钻井复杂情况，非常适宜孔隙压力和破裂压力窗口较窄的地层作业。
1.2控压钻井技术的定义
目前世界对控压钻井技术的定义比较繁多，但总体上采用国际钻井承包商协会的定义。国际钻井承包商协会欠平衡作业与控制压力委员将其定义为：MPD是用于精确控制整个井眼压力剖面的实用钻井程序，其目的在于保持井底压力在设定的范围以内。目前，国内部分学者从广义角度将其称为“管理压力钻井”，认为MPD包括过平衡、近平衡、欠平衡钻井等一系列钻井工艺技术，现场把MPD称作是“控制压力钻井技术”，但不管MPD中文名称如何，其主要技术特点和核心的技术目标是一致的，即：
（1）将工具与工艺相结合，通过预先控制环空压力剖面，可以减少窄安全密度窗口钻井相关的风险和投资；
（2）可以对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制；
（3）可以快速的应对处理观察到的压力变化，能够动态控制环空压力，更经济地完成其它技术不可能完成的钻井作业；
（4）可用于避免地层流体侵入，操作（包括用适当的工艺）发生的任何流动都是安全的。
2.控压钻井技术原理
从IADC所给出的控压钻井的定义中可以清晰地看出，该技术特点主要包括控制目标、控制策略和实现方法（如图1）。
控压钻井的控制目标是整个技术的核心，也就是只有将井眼的压力控制在可操控范围内，才能实现钻井作业的顺利完成。在这一过程中，必须要考虑井井筒液柱压力、环空循环压耗和井口回压，此外操作过程中因抽吸、侵入、流动等产生的压力波动也许考虑，并满足式1。
式中：BHP为井底压力；Pm为环空液柱压力；AEP为环空循环压耗，Pc为井口回压；Pcf为环空循环压力波动，单位MPa。
在一般的钻井过程中，井底气压的调节主要依靠改变钻井液密度或者调节循环排量的方式来实现，但前者的时效性较差，而后者在钻井液循环停止是会因封闭失效而无法实现连续压力控制。当然，对复杂地层的石油钻井而言，常规钻井的压力控制方式无法避免问题的出现，在这种情况下，就必须借助控压钻井的地面装置对意外侵入流体进行控制。
3. 控壓钻井技术的主要设备
不同的设备有不同的设计参数，对于设备的选择要根据实际情况来考虑，比如所要开采的油藏的潜力如何；油藏地质储层的渗透性；储层压力；是否是探明的探井；对地层液体的流动有影响的主要阻力；钻井设施的质量等。
控压钻井技术实施的过程中，往往采用动态压力控制系统来控制地面的环空压力，以便保持井底压力的恒定。该系统由以下几个方面组成：合理精准的水力学计算模型、旋转控制装置、钻井液返出台。
为了更好的保证操作过程的安全性以及效率性，在控压钻井的操作中，一般不采用人工节流阀系统，而是采用自动的控制系统。节流阀组和钻井泵是相互独立的两个系统，回压泵的作用是向环空流体提供能量，达到对回压的精准控制和调整。节流阀组主要向环空提供回压，来补充循环中摩擦所损耗的部分。
总体来说，控压钻井技术是在欠平衡技术的基础上开发进步的，它主要是在 UBD 的设备上进行的平衡压力下的钻井开发，用节流阀组和回压泵来向地面提供环空回压，从而保持井底压力的恒定。在这一整个过程中，地层中的流体都被阻止进入钻井井筒中，所以 MPD 技术可以在处很复杂的问题时采用相对简单的设备，而且还可以对井底压力进行较好的控制，解决了很多欠平衡技术无法解决的难题。
4. 控压钻井几个关键工艺的实现方法
基于恒定井底压力控压钻井有几个关键环节，这几个环节包括：
（1）钻进过程中因工程参数（主要是流量）变化导致的循环压耗的改变目标套压的调整；
（2）单根钻进完成后，钻井液由循环转为停止，压力补偿控制调整；
（3）接单根完成后，钻井液由停止转为循环，压力补偿控制调整。
为实现以上关键环节，设计了如下压力控制工艺。
4.1钻进工况下的压力控制方法
钻进工况下，控压钻井决策分析系统依据采集的排量、套压、井下PWD数据，实时比对实际井筒压力与目标压力。依据其差值，相应给出节流阀控制信号，以实现对井筒压力控制的目标。自动节流控制管汇系统结构如图2。
4. 2 停泵接单根井筒压力控制方法
控压钻井停泵接单根井筒压力控制采用回压泵配合的方式完成。停泵之前将回压泵打开，停泵过程中（钻井泵排量逐渐降低至零）通过AJ1与AJ3节流阀联调进行压力控制，钻井泵完全停止后，通过回压泵在井口增加部分回压以补偿环空循环压耗，从而实现停泵过程中的井筒压力平稳过渡。
停止循环接单根过程中，井口套压由AJ3控制。
接单根完成后，逐渐打开钻井泵，通过AJ1与AJ3节流阀联调进行压力控制，直至钻井泵排量恢复至正常钻进排量，可关闭回压泵，转入AJ1单独控制压力，继续钻进。
具体控制流程如下：
（1）按照控压钻井排量循环，准备停泵；
（2）启动回压泵，打开节流阀AJ3循环，自动控制阀前压力。此时隔离阀BZ3保持关闭；
（3）AJ1与AJ3节流阀联调，待节流阀AJ3和节流阀AJ1压力匹配后，打开隔离阀BZ3，由节流阀AJ3自动调整井口压力，进行接单根操作；
（4）接单根完成后，开始循环，逐渐增加钻井泵排量至钻进排量，并逐渐打开节流阀AJ1相应调整井口压力；
（5）待节流阀AJ3和节流阀AJ1压力匹配后，关闭隔离阀BZ3，回压泵停止循环，通过节流阀AJ1单独控制压力进行钻进。
5.结论
控压钻井技术在复杂地层石油资源开采过程中所展现出的解决压力衰减、调节井底压力失衡和减少高渗透裂缝性油藏等的复杂钻井问题的能力十分出众。但目前国内对该技术的使用还基本是基于国外研发成果，难以实现真正意义上的成本控制。只有经过不断的技术攻关和理论完善，才能促进钻井技术的进步和实现钻井施工作业的安全与质量、效率与效益的全面提高。
参考文献：
[1]蒋宏伟，周英操，赵庆，等.控压钻井关键技术研究[J].石油矿场机械，2012（1）：1- 5.
[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，2011，（5）：47- 50.
[3] 孙振纯，夏月泉，徐明辉1井控技术[M]1北京：石油工业出版社，1997.
[4]刘超，周玉海，等.控制压力钻井技术在衡6井的应用[J].石油钻采工艺. 2009（6）.
[关键词]控压钻井，压力控制，应用
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-009-01
1. 控压钻井技术概述
1.1 控压钻井技术概况
控压钻井技术最早起源于20世纪60年代，但直到2004年SPE/IADC在Amsterdam举行的钻井专题会议上才正式提出，并与UBD和Air Drilling一起被IADC定义为钻井过程中的控制压力钻井的三大体系。在经历最近几年的快速发展后，控压钻井技术已经逐步形成了以恒定井底压力技术、加压泥浆帽钻井技术、双梯度钻井技术和健康安全环境技术为主的工艺体 系。
控压钻井主要是通过对井口套管压力、流体密度、水力摩阻等的综合控制，精确控制整个井眼环空压力剖面，使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间，有效控制地层流体侵入井眼减少井涌、井漏、卡钻等多种钻井复杂情况，非常适宜孔隙压力和破裂压力窗口较窄的地层作业。
1.2控压钻井技术的定义
目前世界对控压钻井技术的定义比较繁多，但总体上采用国际钻井承包商协会的定义。国际钻井承包商协会欠平衡作业与控制压力委员将其定义为：MPD是用于精确控制整个井眼压力剖面的实用钻井程序，其目的在于保持井底压力在设定的范围以内。目前，国内部分学者从广义角度将其称为“管理压力钻井”，认为MPD包括过平衡、近平衡、欠平衡钻井等一系列钻井工艺技术，现场把MPD称作是“控制压力钻井技术”，但不管MPD中文名称如何，其主要技术特点和核心的技术目标是一致的，即：
（1）将工具与工艺相结合，通过预先控制环空压力剖面，可以减少窄安全密度窗口钻井相关的风险和投资；
（2）可以对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制；
（3）可以快速的应对处理观察到的压力变化，能够动态控制环空压力，更经济地完成其它技术不可能完成的钻井作业；
（4）可用于避免地层流体侵入，操作（包括用适当的工艺）发生的任何流动都是安全的。
2.控压钻井技术原理
从IADC所给出的控压钻井的定义中可以清晰地看出，该技术特点主要包括控制目标、控制策略和实现方法（如图1）。
控压钻井的控制目标是整个技术的核心，也就是只有将井眼的压力控制在可操控范围内，才能实现钻井作业的顺利完成。在这一过程中，必须要考虑井井筒液柱压力、环空循环压耗和井口回压，此外操作过程中因抽吸、侵入、流动等产生的压力波动也许考虑，并满足式1。
式中：BHP为井底压力；Pm为环空液柱压力；AEP为环空循环压耗，Pc为井口回压；Pcf为环空循环压力波动，单位MPa。
在一般的钻井过程中，井底气压的调节主要依靠改变钻井液密度或者调节循环排量的方式来实现，但前者的时效性较差，而后者在钻井液循环停止是会因封闭失效而无法实现连续压力控制。当然，对复杂地层的石油钻井而言，常规钻井的压力控制方式无法避免问题的出现，在这种情况下，就必须借助控压钻井的地面装置对意外侵入流体进行控制。
3. 控壓钻井技术的主要设备
不同的设备有不同的设计参数，对于设备的选择要根据实际情况来考虑，比如所要开采的油藏的潜力如何；油藏地质储层的渗透性；储层压力；是否是探明的探井；对地层液体的流动有影响的主要阻力；钻井设施的质量等。
控压钻井技术实施的过程中，往往采用动态压力控制系统来控制地面的环空压力，以便保持井底压力的恒定。该系统由以下几个方面组成：合理精准的水力学计算模型、旋转控制装置、钻井液返出台。
为了更好的保证操作过程的安全性以及效率性，在控压钻井的操作中，一般不采用人工节流阀系统，而是采用自动的控制系统。节流阀组和钻井泵是相互独立的两个系统，回压泵的作用是向环空流体提供能量，达到对回压的精准控制和调整。节流阀组主要向环空提供回压，来补充循环中摩擦所损耗的部分。
总体来说，控压钻井技术是在欠平衡技术的基础上开发进步的，它主要是在 UBD 的设备上进行的平衡压力下的钻井开发，用节流阀组和回压泵来向地面提供环空回压，从而保持井底压力的恒定。在这一整个过程中，地层中的流体都被阻止进入钻井井筒中，所以 MPD 技术可以在处很复杂的问题时采用相对简单的设备，而且还可以对井底压力进行较好的控制，解决了很多欠平衡技术无法解决的难题。
4. 控压钻井几个关键工艺的实现方法
基于恒定井底压力控压钻井有几个关键环节，这几个环节包括：
（1）钻进过程中因工程参数（主要是流量）变化导致的循环压耗的改变目标套压的调整；
（2）单根钻进完成后，钻井液由循环转为停止，压力补偿控制调整；
（3）接单根完成后，钻井液由停止转为循环，压力补偿控制调整。
为实现以上关键环节，设计了如下压力控制工艺。
4.1钻进工况下的压力控制方法
钻进工况下，控压钻井决策分析系统依据采集的排量、套压、井下PWD数据，实时比对实际井筒压力与目标压力。依据其差值，相应给出节流阀控制信号，以实现对井筒压力控制的目标。自动节流控制管汇系统结构如图2。
4. 2 停泵接单根井筒压力控制方法
控压钻井停泵接单根井筒压力控制采用回压泵配合的方式完成。停泵之前将回压泵打开，停泵过程中（钻井泵排量逐渐降低至零）通过AJ1与AJ3节流阀联调进行压力控制，钻井泵完全停止后，通过回压泵在井口增加部分回压以补偿环空循环压耗，从而实现停泵过程中的井筒压力平稳过渡。
停止循环接单根过程中，井口套压由AJ3控制。
接单根完成后，逐渐打开钻井泵，通过AJ1与AJ3节流阀联调进行压力控制，直至钻井泵排量恢复至正常钻进排量，可关闭回压泵，转入AJ1单独控制压力，继续钻进。
具体控制流程如下：
（1）按照控压钻井排量循环，准备停泵；
（2）启动回压泵，打开节流阀AJ3循环，自动控制阀前压力。此时隔离阀BZ3保持关闭；
（3）AJ1与AJ3节流阀联调，待节流阀AJ3和节流阀AJ1压力匹配后，打开隔离阀BZ3，由节流阀AJ3自动调整井口压力，进行接单根操作；
（4）接单根完成后，开始循环，逐渐增加钻井泵排量至钻进排量，并逐渐打开节流阀AJ1相应调整井口压力；
（5）待节流阀AJ3和节流阀AJ1压力匹配后，关闭隔离阀BZ3，回压泵停止循环，通过节流阀AJ1单独控制压力进行钻进。
5.结论
控压钻井技术在复杂地层石油资源开采过程中所展现出的解决压力衰减、调节井底压力失衡和减少高渗透裂缝性油藏等的复杂钻井问题的能力十分出众。但目前国内对该技术的使用还基本是基于国外研发成果，难以实现真正意义上的成本控制。只有经过不断的技术攻关和理论完善，才能促进钻井技术的进步和实现钻井施工作业的安全与质量、效率与效益的全面提高。
参考文献：
[1]蒋宏伟，周英操，赵庆，等.控压钻井关键技术研究[J].石油矿场机械，2012（1）：1- 5.
[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，2011，（5）：47- 50.
[3] 孙振纯，夏月泉，徐明辉1井控技术[M]1北京：石油工业出版社，1997.
[4]刘超，周玉海，等.控制压力钻井技术在衡6井的应用[J].石油钻采工艺. 2009（6）.