控压钻井系统特性分析与关键工艺实现方法

在系统总结和对比分析国外控压钻井装备特点和技术特征后,重点介绍了国内首台PCDS-I精细控压钻井系统研制进展,阐述了装备结构组成和功能特点,同时开发了一套控压钻井钻进、接单根、重浆压井和起下钻等控压关键工艺实现方法。现场应用表明,该工艺方法动态压力控制精度高,钻进过程系统回压控制精度达到0.2 MPa,接单根、起下钻过程系统回压控制精度达到0.5 MPa,能满足现场控压作业要求。     

精细控压钻井工艺设计及其在牛东102井的应用

精细控压钻井技术可有效解决窄密度窗口钻井溢漏同存的难题,提高钻井时效。为此,系统分析了控压钻井的工艺原理,以及PCDS-I精细控压钻井系统实现循环钻进、起下钻和接立柱等不同工况的控压钻井循环流程,制定了牛东102井控压钻井工艺设计方案,并在牛东102井进行了现场应用和效果评价。应用结果表明,该精细控压钻井系统实现了钻进、起下钻和接立柱等工况的压力精细控制,控制精度在0.5 MPa以内,收到了迅速抑制溢流、有效控制漏失、防止井壁掉块、降低作业风险和提高机械钻速的效果。     

精细控压钻井系统

控压钻井技术是在欠平衡钻井基础上发展起来的新型钻井方式,近年来已成为国内钻井新技术研发的热点,其主要目的是为解决"卡、塌、漏、喷"等钻井难题提供有效的手段。控压钻井工艺有多种形式,包括井底恒定压力控压钻井、连续循环钻井和双梯度压力钻井。重点论述了由中国石油集团西部钻探工程有限公司钻井工程技术研究院自主研发的基于井底恒压的控压钻井系统,并就利用该系统实现钻进、停泵接单根、控压起下钻、双梯度钻井液帽压力控制及衔接的工艺方法进行了阐述。结合新疆油田白28井,给出了精细控压钻井系统在该井应用压力控制取得的成果,系统压力控制精度为0.35MPa,达到国外同类产品的控制水平。对控压钻井技术的发展提出了加大该技术在漏、喷问题严重的勘探开发区块的推广应用力度的建议。     

“液量稳定”控压钻井方法

为了满足"窄密度窗口"地层安全钻井的需要,开展了"液量稳定"控压钻井技术研究。在分析井内压力关系的基础上,指出了当前控压钻井技术存在的问题与不足,提出了"液量稳定"控压钻井方法。该方法以地层压力与井底压力平衡为依据,在钻进中控制循环液量稳定,接单根时关井保持井内液量稳定,起下钻时关井并通过挤注与放出液体方式保证井内液量稳定,达到井内压力平衡要求。通过控制"液量稳定"来达到井底压力与地层压力平衡,是实现平衡压力钻井的一种有效方法。该方法在高压、超饱和、窄密度窗口盐水层钻井中获得成功,并形成了特色钻井技术。提出了实施要点与相关计算方法,为控压钻井技术的研究与应用提供了一种新思路。     

单通道控压钻井装备压力控制方法与应用

为进一步提高钻井效率和降低钻井成本,研制了单通道控压钻井装备。该装备去除了冗余通道和辅助通道,优化设计了自动节流控制系统,降低了控压钻井作业成本;加强了模块化设计和自动控制软件功能设计,既可与自带回压泵配合,也可用钻井泵进行控压起下钻和接单根等作业,并开发了井口憋压接单根的专家模式以及进行欠平衡控压钻进作业的欠平衡模式;可与井下作业和固完井作业相结合,实现全过程控压作业。应用结果表明:单通道控压钻井装备在钻进过程中能够自动精确控制井口回压,自动监测钻井液进出口流量和立管压力,有效解决钻井过程中的漏失和溢流等问题。单通道控压钻井装备压力控制方法为安全快速钻井提供了保障。     

Canrig公司连续循环系统

<正>欠平衡钻井、控压钻井及泡沫钻井技术的关键之一是起下钻过程中的连续循环问题,尤其在欠平衡钻井中,停泵接单根会造成停钻时间较长。当循环恢复时,需要较长的时间才能再次形成欠压,同时还可能导致油层损害。为此,Canrig公司开发出连续循环系统。该系统可在钻井液低速循环过程中确保井底压力稳定,改善井眼机械完整性和清洁度,并降低井涌风险。该系统主要由短接头、控制台及节流管汇组成。短接     

连续循环阀气体钻井技术及其现场试验

目前气体钻井面临大出水地层生产时效低,中断循环后可能引起井壁垮塌、卡钻等井下复杂,充气钻井井底压力波动大、井控风险高等问题。为此,介绍了新研制的一种基于连续循环阀的钻井系统的技术原理以及现场试验情况。该系统主要由连续循环阀和地面控制系统两个部分组成,钻进中将连续循环阀接在钻杆上,接单根、起下钻时,通过连续循环控制系统切换循环通路,实现井下连续循环。在宁211井氮气钻井和月005 H1井充气钻井2口井现场试验的结果表明,接单根作业井底压力恒定,缩短了重新建立正常循环的时间,实现了接单根和起钻作业过程中的连续循环,初步证实了连续循环系统的可靠性与工艺的可行性。连续循环钻井技术在充气钻井过程中的试验成功,标志着该项技术从单一循环介质迈向了两相循环介质的新台阶,可为钻井液条件下的欠平衡井、窄密度窗口井、大位移井、长段水平井安全高效钻井提供新的技术手段。     

国产精细控压钻井系统在蓬莱9井试验与效果分析

精细控压钻井是解决窄密度窗口安全钻井问题的新技术之一,其目的是精确控制环空压力剖面,实现井底压力的恒定控制。介绍了自主研发的PCDS-I精细控压钻井系统装备特点、现场试验与应用情况。该系统整体运行稳定、无故障,经受住了现场工况的考验,实现了恒定井底压力控制和微流量控制,钻进过程中,系统回压控制精度达到0.2 MPa,接单根、起下钻过程中,系统回压控制精度达到0.5 MPa。     

控压钻井技术在白28井的应用

控压钻井系统主要由钻井参数监测系统(包括井下PWD)、决策分析系统、电控系统、地面自动节流控制及回压补偿系统组成,通过在井口施加连续回压来实现井底压力的恒定控制,能有效解决窄密度窗口地层和高温高压地层所出现的钻井复杂问题。白28井的应用结果表明,使用控压钻井技术,在控压钻进工况下可将井口压力波动控制在0.2 MPa以内,控压停泵和起下钻工况下可将井口压力波动控制在0.5～0.8 MPa,井底压力波动控制在1.0～1.5 MPa,可保证井底压力当量密度在控制范围内;能够快速发现溢流和井漏等复杂情况并进行有效控制,确保了施工过程的安全,实现了钻井安全和勘探开发的目标。     

控制压力钻井技术在缅甸Yagyi-1x井的应用

控制压力钻井技术是通过精确控制井底压力,解决复杂地层钻井难题的一项先进钻井工艺,能够提高钻井效益,降低钻井成本。缅甸D区块钻井液密度安全窗口窄,地层倾角较大,裂缝、孔隙发育,易发生井涌、井漏、垮塌等复杂情况。Yagyi-1x井是部署在缅甸D区块的一口评价井,五开井段采用控制压力钻井技术,通过精确控制钻进、接单根、起下钻等不同工况下的井底压力,成功解决了该井段安全密度窗口窄的问题,同时减小了压持效应,提高了机械钻速。     

欠平衡钻井与控压钻井技术的异与同

控压钻井技术是当前最先进的钻井技术之一,它是在欠平衡钻井技术的基础上发展起来的.文章从基本概念、工作原理出发,对比了两者的分类、主要设备、应用目的、优缺点、适用范围、发展关键要素等.这有助于弄清它们的异同点,在充分利用现有欠平衡钻井技术的同时,更快更好地发展控压钻井技术,解决钻井中的难题.     

井下微流量控制方法

近几年,国外在常规钻井和欠平衡钻井技术的基础上发展出了一种被称为控压钻井（MPD）的新技术,该技术主要用于解决窄钻井液密度窗口地层的安全钻井问题,其核心是要求精确控制井眼环空压力剖面。但作为一种新的钻井技术,控压钻井现有的方法理论和硬件系统尚存在一定的不足,有待于完善。文中介绍的井下微流量控制方法属于控压钻井技术中的一种,是对现有地面微流量控制方法的改进,能够随钻监测井下环空流量的变化,及早发现溢流或井漏等井下复杂情况,与地面返出环空流量监测相配合,进而调节井口回压阀的开度,通过改变井底压力来控制溢流或井漏的大小,从而实现对环空流量的精确控制。该方法能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性并降低钻井成本。     

高压旋转防喷导流系统研制

针对进口的欠平衡钻井用井口压力控制设备 ,特别是承受高压的井口压力控制设备 ,价格非常昂贵 ,使用成本很高的情况 ,利用可靠性设计法研制了一种具有自主知识产权的高压旋转防喷导流系统。系统由旋转防喷导流装置、冷却 /润滑动力装置和远程控制监测装置等 3部分组成 ,其核心部件———高压旋转密封总成 ,其内外壳体间通过轴承组及动密封组实现承载、旋转、密封功能。经室内试验和现场使用情况证明 ,该系统额定静密封压力达到 35MPa ,动密封压力达到 17 5MPa ,其动密封性能已超过进口产品 ,完全能满足现代欠平衡钻井工艺的需要。     

充气控压钻井气液两相流流型研究

充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。本研究将多相流体流动简化为气液两相流动,建立了充气控压钻井循环系统的物理模型,系统地总结和对比了气液两相流流型转换准则、压降计算模型,通过大量的模拟实验,验证、修正了常规气液两相流流型判别准则和压降模型,得出适用于充气钻井的压降计算模型。通过流型敏感因素分析,得出气液比、地面回压、流道的几何形状是流型主要影响因素,该研究结果为充气控压钻井的压力控制提供了理论依据。     

精细控压钻井井底压力自动控制技术初探

控压钻井技术是当前油气钻井工程领域的前沿技术之一。钻井各个工况的井底压力须保持恒定,才能确保窄密度窗口复杂地层井段的安全、顺利钻进。为此,通过分析前人对各个工况井底压力计算的研究成果,提出了精细控压钻井井底压力计算模型,该模型的环空循环压耗计算包含了多相流动的重力压降、摩阻压降和加速度压降梯度。在塔里木盆地实施了1口井的精细控压钻井作业,用停泵工况由地面回压泵施加的回压值与计算值比较,最大误差为0.30 MPa,能满足工程实际需要,为今后精细控压钻井井底压力精确计算与控制提供了理论支撑。     

高压旋转防喷导流系统的试验研究

为适应快速发展的欠平衡钻井工艺对井口压力控制设备的要求，研制了一种具有自主知识产权的高压旋转防喷导流系统。为全面检测该系统的性能是否达到了设计要求，能否满足欠平衡钻井井口压力控制的要求，进行了长时间的室内运转试验和现场试验。试验表明，系统额定静密封压力达到35MPa，动密封压力达到17．5MPa，冷却、润滑动力装置和远程控制监测装置能够自动调节系统压力和温度，系统的各项性能指标达到设计要求，总体性能达到国际先进水平。     

气液两相流压降模型在欠平衡钻井中的应用

分别利用Hasan kabir和Ansari气液两相流压降模型，分析了欠平衡钻井过程中的井筒压降问题，建立了欠平衡钻井流型判别及压降计算的数学物理模型，并用FORTRAN90进行了编程计算，模拟了欠平衡钻井过程。通过分析井口回压、注气量以及注液量等欠平衡钻井参数发生变化对井底压力的影响，确定了欠平衡钻井井底压力控制方法。理论计算结果与实验数据对比分析表明，Hasan－Kabir预测压力的相对误差在10%以内，Ansari的相对误差在5%以内。因此，建议在欠平衡钻井设计中应用预测精度较高的Ansari方法。     

全过程欠平衡钻井中的不压井作业

国内把欠平衡钻井和欠平衡完井称为全过程欠平衡钻井，国外称为欠平衡作业，其核心是不压井作业。介绍了过胶芯起下钻、强行起下钻和井下隔离起下钻3种作业方法的适用情况及不压井作业装置和井下套管阀。分析了不压井作业的压力控制原理，并提出了起下钻、下筛管、下完井管柱等不压井作业时应考虑的问题。建议我国开展不压井作业在欠平衡钻井中的应用研究，以真正实现全过程欠平衡钻井，充分发挥欠平衡钻井的作用。