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【摘要】在油气勘探开发中，油气井压力控制技术（井控技术）不仅直接关系地下油气资源的科学发现、保护和开发，还直接影响着井壁稳定和钻井速度，与一口井的成败、人身设备安全休戚相关。各国钻井研究人员通过多年的时间和不断探索，在井控技术上取得了显著的研究进展。本文分析了几种主流的井控技术，并对未来井控技术的发展做出了展望。
【关键词】井控技术 油气井 技术进展
在石油天然气钻井过程中，地层流体常处于不稳定状态，一旦失控，便会发生井喷事故，不仅造成设备损坏、油气资源损失，又会污染自然环境甚至造成严重的人员伤亡，潜在的社会负面影响程度更是难以估量。因此，对于石油天然气钻井工程而言，井控技术显得格外重要。天然气钻井井控技术尤其要重点关注，这是因为天然气密度低、易燃易爆、可压缩性高，与油井相比更容易发生井喷和失火事故，且后期修复工作难度大。如何综合优化可控因素，保证钻井施工安全和施工进度，是每一个钻井工程师都要思考的问题。
1 井控安全技术的探索与实践
笔者根据接触到的案例和相关资料，结合自己多年的工作经验，将井控技术的应用实践归纳为以下几点：
1.1 提高井控装备的动态控制能力
（1）优化节流阀结构设计，提高节流阀强度、精度及耐腐蚀能力。节流阀是压井作业中实现压力控制的重要元件，高压气井常会遇到压井节流施工作业。当前，压力控制存在的问题主要有：高压工作状态下阀芯易卡死；节流阀动态响应速度缓慢，截面变化较小，机械特性较硬，反应不灵敏。为改进节流阀性能，防止阀芯断落，应在设计伊始就充分考虑外界工况，完善控制系统的适应能力；可给节流阀配备硬质合金套，提高阀体强度和耐腐蚀能力。另外，在资金允许的情况下，可以尝试引进国外先进产品，其使用寿命和综合性能相比国内产品优势明显。
（2）研制多级节流系统。高压气井一旦超压溢流，关井压力很高，尤其在压井后期，套压会出现明显的尖峰值，致使节流阀流速陡然增加，阀芯、阀柱短时间内收到巨大冲击。究其原因，很重要的一点便是单级节流阀的前后压差过大。为此，多级节流系统便应运而生。具体来讲，有以下几方面措施：一是引进高精度节流阀，提高控制精度，改善控制能力；二是优化压力分配，确保阀体处于最佳工作条件；三是多途径降压节流，防止单一路径失效影响全局；四是实行带负反馈的自动控制，提高精度，谨防人员误操作。
（3）改进液气分离器结构，提高大密度钻井液的处理量和脱气效率。举例说明， 06年以来，某油田在山前构造区的高压井施工作业中，淘汰了传统的液位机构分离器，选用了U形分离器，使得天然气处理量提升至600000m3/d，相比原来的液位机构分离器，效率提升近7倍。
（4）推广气动加重装置。传统高密度钻井作业中，钻井液配备速度很慢，该装置可以大大提升工作效率，并降低井下工作人员在等待钻井液时潜在的事故隐患概率，同时缩短工期，减轻劳动强度。
（5）使用固井机，改善地面管汇条件，改进泥浆泵抗压性能，这样不仅达到了固井要求，又满足了正反循环压井条件，现场试压、地破压力试验等试验条件也同时得到满足。
1.2 积极开展井控工艺研究1.2.1 压回法或循环压井法
在钻井过程中，一旦发生技术套管破裂，将带来严重的安全隐患。尤其对山前井一类的长周期作业项目，套管磨损相对严重，为防止正循环压井给套管带来的损坏，从安全角度考虑，压回法、反循环压井法有更好的效果。03年，乌参2井在钻至6300米左右时发生溢流，地层压力达到了1200个大气压，相关人员成功实施了反循环压井。
1.2.2 积极结合信息技术
近年来，随着信息技术和专业软件的飞度进展，井控技术也迎来了新一轮技术革新。可以编制专门的辅助软件，对整个钻井过程进行实时监控。在作业前要做好风险评估，和预案制定；钻井结束后，在钻井液中添加封堵剂，保护气层；掌握油气上窜规律，杜绝下钻时发生急速溢流，确保起下钻过程的井控安全。这些过程可以转换为相关的机器代码写入编程，全程交由计算机控制，既提高了作业效率，又降低了出错率。
1.3 做好硫化氢防护工作
根据API SPEC6A标准，硫化氢压力大于0.0003Mpa时，就要考虑硫化氢腐蚀问题。为此，可结合油田井下的工况，研制使用抗硫套管头和套管；积极探索钻杆的剪切力学技术研究；在硫化氢浓度较高的地区，需安装剪切闸板，既满足剪切要求，又可以于剪切后封闭井口；使用放喷管线，防止硫化氢外溢时，放喷管线断裂；在放喷管口设置自动点火装置，严禁人工点火；试油作业时，制定详细的防硫地面预案；管理层要制定硫化氢防护装备的配备标准，钻井队需根据要求将相关设施配备齐全。2 井控技术的发展方向
2.1 完善井控理论，开发配套软件
近年来，各类传感器的研发如火如荼，计算机技术也发展迅速，人们更深入了解到了井下工况，这为井控理论的创新提供了实际数据参考，可帮助技术人员准确预估井内压力。新的井控理论要充分考虑不同压力下油气层的流态，结合井筒瞬态压力和温度场参数，运用气固两相流体力学的相关内容计算井筒截面压力，并根据试验数据加以修正。此外，以新型井控理论为基础的软件开发也迫在眉睫。此类软件在求解大型方程组、高次微分方程方面优势巨大，而且相关的仿真数据能够为压力钻井设计提供初始参考。另外，水平井的天然气侵入和气固两相流动场也是研究热点，这与钻井液的密度设定和安全作业时间的设置密切相关。
2.2 研究负反馈闭环系统装置
在钻井速度、油气层保护、改善井下作业环境方面，负压钻井凸显出巨大优势。但这些技术在井筒压力控制方面很不稳定，这严重束缚了它的推广应用。为充分发挥负压钻井的优点，降低作业成本，需要对井筒压力实现实时控制，这要求建立全过程闭环压力控制系统，不断将压力参数返回控制室。在完善防喷器的基础上，要配备承压振动筛、除气器、钻杆浮动阀构成负反馈，结合相关的传感器和电子检测仪器，实现负压钻井时的稳压控制。
3 结语
21世纪，钻井技术将会迈向全面自动化的阶段，以寻求更高的技术经济性。在井控理论、设备研制、软件开发等领域面临新一轮挑战，以将各类先进压力控制钻井技术推广，变单一的井喷防治为油气层综合保护。随着井控安全技术的发展，势必将大大推动钻井技术进步，为我国的石油天然气开采事业添砖加瓦！
参考文献
[1] 程常修，曾时田. 天然气井钻井应重点考虑的几个技术问题[J]. 天然气工业，2002，22（2）：50-53
[2] 鲁瑞理.井控装置现场使用问题初探[J].今日科苑，2009，（18）
【关键词】井控技术 油气井 技术进展
在石油天然气钻井过程中，地层流体常处于不稳定状态，一旦失控，便会发生井喷事故，不仅造成设备损坏、油气资源损失，又会污染自然环境甚至造成严重的人员伤亡，潜在的社会负面影响程度更是难以估量。因此，对于石油天然气钻井工程而言，井控技术显得格外重要。天然气钻井井控技术尤其要重点关注，这是因为天然气密度低、易燃易爆、可压缩性高，与油井相比更容易发生井喷和失火事故，且后期修复工作难度大。如何综合优化可控因素，保证钻井施工安全和施工进度，是每一个钻井工程师都要思考的问题。
1 井控安全技术的探索与实践
笔者根据接触到的案例和相关资料，结合自己多年的工作经验，将井控技术的应用实践归纳为以下几点：
1.1 提高井控装备的动态控制能力
（1）优化节流阀结构设计，提高节流阀强度、精度及耐腐蚀能力。节流阀是压井作业中实现压力控制的重要元件，高压气井常会遇到压井节流施工作业。当前，压力控制存在的问题主要有：高压工作状态下阀芯易卡死；节流阀动态响应速度缓慢，截面变化较小，机械特性较硬，反应不灵敏。为改进节流阀性能，防止阀芯断落，应在设计伊始就充分考虑外界工况，完善控制系统的适应能力；可给节流阀配备硬质合金套，提高阀体强度和耐腐蚀能力。另外，在资金允许的情况下，可以尝试引进国外先进产品，其使用寿命和综合性能相比国内产品优势明显。
（2）研制多级节流系统。高压气井一旦超压溢流，关井压力很高，尤其在压井后期，套压会出现明显的尖峰值，致使节流阀流速陡然增加，阀芯、阀柱短时间内收到巨大冲击。究其原因，很重要的一点便是单级节流阀的前后压差过大。为此，多级节流系统便应运而生。具体来讲，有以下几方面措施：一是引进高精度节流阀，提高控制精度，改善控制能力；二是优化压力分配，确保阀体处于最佳工作条件；三是多途径降压节流，防止单一路径失效影响全局；四是实行带负反馈的自动控制，提高精度，谨防人员误操作。
（3）改进液气分离器结构，提高大密度钻井液的处理量和脱气效率。举例说明， 06年以来，某油田在山前构造区的高压井施工作业中，淘汰了传统的液位机构分离器，选用了U形分离器，使得天然气处理量提升至600000m3/d，相比原来的液位机构分离器，效率提升近7倍。
（4）推广气动加重装置。传统高密度钻井作业中，钻井液配备速度很慢，该装置可以大大提升工作效率，并降低井下工作人员在等待钻井液时潜在的事故隐患概率，同时缩短工期，减轻劳动强度。
（5）使用固井机，改善地面管汇条件，改进泥浆泵抗压性能，这样不仅达到了固井要求，又满足了正反循环压井条件，现场试压、地破压力试验等试验条件也同时得到满足。
1.2 积极开展井控工艺研究1.2.1 压回法或循环压井法
在钻井过程中，一旦发生技术套管破裂，将带来严重的安全隐患。尤其对山前井一类的长周期作业项目，套管磨损相对严重，为防止正循环压井给套管带来的损坏，从安全角度考虑，压回法、反循环压井法有更好的效果。03年，乌参2井在钻至6300米左右时发生溢流，地层压力达到了1200个大气压，相关人员成功实施了反循环压井。
1.2.2 积极结合信息技术
近年来，随着信息技术和专业软件的飞度进展，井控技术也迎来了新一轮技术革新。可以编制专门的辅助软件，对整个钻井过程进行实时监控。在作业前要做好风险评估，和预案制定；钻井结束后，在钻井液中添加封堵剂，保护气层；掌握油气上窜规律，杜绝下钻时发生急速溢流，确保起下钻过程的井控安全。这些过程可以转换为相关的机器代码写入编程，全程交由计算机控制，既提高了作业效率，又降低了出错率。
1.3 做好硫化氢防护工作
根据API SPEC6A标准，硫化氢压力大于0.0003Mpa时，就要考虑硫化氢腐蚀问题。为此，可结合油田井下的工况，研制使用抗硫套管头和套管；积极探索钻杆的剪切力学技术研究；在硫化氢浓度较高的地区，需安装剪切闸板，既满足剪切要求，又可以于剪切后封闭井口；使用放喷管线，防止硫化氢外溢时，放喷管线断裂；在放喷管口设置自动点火装置，严禁人工点火；试油作业时，制定详细的防硫地面预案；管理层要制定硫化氢防护装备的配备标准，钻井队需根据要求将相关设施配备齐全。2 井控技术的发展方向
2.1 完善井控理论，开发配套软件
近年来，各类传感器的研发如火如荼，计算机技术也发展迅速，人们更深入了解到了井下工况，这为井控理论的创新提供了实际数据参考，可帮助技术人员准确预估井内压力。新的井控理论要充分考虑不同压力下油气层的流态，结合井筒瞬态压力和温度场参数，运用气固两相流体力学的相关内容计算井筒截面压力，并根据试验数据加以修正。此外，以新型井控理论为基础的软件开发也迫在眉睫。此类软件在求解大型方程组、高次微分方程方面优势巨大，而且相关的仿真数据能够为压力钻井设计提供初始参考。另外，水平井的天然气侵入和气固两相流动场也是研究热点，这与钻井液的密度设定和安全作业时间的设置密切相关。
2.2 研究负反馈闭环系统装置
在钻井速度、油气层保护、改善井下作业环境方面，负压钻井凸显出巨大优势。但这些技术在井筒压力控制方面很不稳定，这严重束缚了它的推广应用。为充分发挥负压钻井的优点，降低作业成本，需要对井筒压力实现实时控制，这要求建立全过程闭环压力控制系统，不断将压力参数返回控制室。在完善防喷器的基础上，要配备承压振动筛、除气器、钻杆浮动阀构成负反馈，结合相关的传感器和电子检测仪器，实现负压钻井时的稳压控制。
3 结语
21世纪，钻井技术将会迈向全面自动化的阶段，以寻求更高的技术经济性。在井控理论、设备研制、软件开发等领域面临新一轮挑战，以将各类先进压力控制钻井技术推广，变单一的井喷防治为油气层综合保护。随着井控安全技术的发展，势必将大大推动钻井技术进步，为我国的石油天然气开采事业添砖加瓦！
参考文献
[1] 程常修，曾时田. 天然气井钻井应重点考虑的几个技术问题[J]. 天然气工业，2002，22（2）：50-53
[2] 鲁瑞理.井控装置现场使用问题初探[J].今日科苑，2009，（18）