国产精细控压钻井技术与装备的研发及应用效果评价

为有效解决窄密度窗口钻井难题,提高钻井效率,降低钻井成本,国内自主研制开发了一套精细控压钻井装备,实现了准确控制井眼环空压力的目的。该装备主要包括自动节流管汇系统、回压泵系统以及远程自动控制中心,可提供保持接单根、启停泵、钻井液密度变化以及钻柱运动时井底压力恒定所需的额外流量和回压补偿。通过在川渝及塔里木地区开展近、欠平衡控压钻井工艺应用表明:欠平衡控压钻井可控制井底压力低于地层孔隙压力,允许气体按照一种可控的速度从地层流出,从而有利保护和发现储层,是一种有发展潜力的可行技术。     

控压钻井自动节流控制系统的研制与应用

控压钻井(以下简称MPD)技术是一种用于精确控制整个井筒环空压力剖面的钻井程序。控压钻井的实现是依靠环空水力学模型根据环控井底压力计算井口目标套压,通过控制节流阀的开度的方式来达到控制井底压力的目的。本文从压力控制模型的推导,控制系统的设计,软件开发及硬件配套等方面阐述了实现控压钻井自动节流控制的方法。     

微流量控制钻井自动节流管汇的设计及应用

微流量控制钻井技术具有能够探测早期微小溢流和漏失、精确控制井底压力的优势。该技术的核心部件是地面自动节流管汇,其节流敏捷度和准确度直接关系到能否实现微流量控制和其控制精度。为了打破国外对该技术的垄断,降低钻井成本,开发具有自主知识产权的微流量控制钻井技术,综合考虑节流流量与井筒压力分布的关系,基于流体动力学与自动控制理论,设计了一套适用于微流量控制钻井的地面自动节流管汇。现场试验证实其具有较好的自动节流控制功能,能在30 s内实现井筒微流量控制,地面检测压力误差低于0.1 MPa。该节流管汇的设计与现场成功应用为微流量控制钻井技术在我国的推广和设备的国产化进行了积极探索。     

控压钻井液动节流压力控制系统仿真分析与试验研究

针对传统控制方式难以实现节流压力精确控制的问题,提出了一种基于"PLC+高速开关阀"的液动节流压力控制方法。在完成系统方案设计的基础上,建立了系统的数学模型及传递函数;根据劳斯判据,得出系统四阶系数大于0,利用Matlab仿真得出该系统的幅值裕度大于0,相位裕角大于45°。现场实测数据与理论计算数据对比分析可知,曲线形状相似,平均相对误差4.0%,说明该系统的稳定性良好,能满足现场对控压钻井的工程要求。该控制系统弥补了现有控制系统的不足,为精细控压钻井提供了新的技术支持。      

油气田钻井节流管汇系统的技术发展

随着我国油气勘探开发向深部、深海推进,节流管汇系统的安全可靠性成为国内外研究的热点之一。本文在对国内外资料进行充分调研和分析的基础上,介绍了节流管汇系统的基本组成、技术现状和发展趋势,指出多级节流和精细控压是节流管汇系统未来的发展方向,节流阀阀芯材料的优选、结构改进和优化是实现节流管汇系统长期稳定工作的前提。     

简易控压钻井技术在河西务构造的应用

华北油田河西务构造为典型的高压、难采、低效区块,钻井施工面临着安全密度窗口窄、易发生井侵、井漏、黏卡等井下复杂的难题。引进使用简易控压钻井技术,针对河西务的构造进行了应用性研究,通过钻井液密度、井口控压值优选,优化“压力平衡点”位置,达到降低钻井液密度、避免发生恶性井侵、井漏的目的。通过7口井的应用效果对比,控压钻井液密度降低了0.1 g/cm3,平均机械钻速提高了64.7%,证实该项技术在高压、低渗区块或窄密度窗口井段具有很好的应用推广价值。      

微流量控压钻井系统的研制与现场试验

微流量精细控压钻井技术是当今世界钻井前沿技术之一,主要是通过进出口流量的微小变化、随钻环空压力监测、地面自动节流调整及压力补偿等手段,实现环空压力的实时监测与精确控制。通过微流量精细控压钻井系统的研制和现场应用,完善微流量控压钻井设备配套并形成技术体系,现场试验主要是利用“微流量控压钻井系统”及时发现和处理井下复杂情况,减少井涌、井漏和降低钻井非生产时间等,提高钻井安全性和经济性,从而提高复杂地层的钻井作业效率。其现场成功实践为复杂地层钻进积累了经验。     

控压并联节流管汇压降特性研究

控压钻井技术是近年来发展起来的一项解决复杂钻井问题的重要技术,节流管汇中节流阀是控制井口回压关键部件,传统研究节流阀压降特性线性关系方法是通过改进节流阀阀芯结构.文章利用现有节流管汇,采用并联节流阀新方法,运用计算流体力学并结合一元线性回归分析方法,研究并联节流阀压降特性线性关系,得出并联管汇节流线性度均比单节流阀节流的线性度高,并联节流管汇中副节流阀开度调至15％时,整体线性度比单个节流阀提高了23.1％.     

深水井控中节流管线摩阻分析及压井方法

在海洋深水钻井中，防喷器组一般安装在海底，当发生井涌进行压井作业时．由于节流管线较长、内径较小，钻井液在节流管线内存在高摩阻损失，作用在井底的压力往往大于地层的破裂压力．从而引起压井过程的复杂化，甚至造成压井作业的失败。介绍了一种新的压井方法附加流量法，在返出的节流管线流体中混入低密度流体，降低节流管线内流体的粘度和密度，从而实现安全压井；详细介绍了压井方法和步骤。数据分析表明，通过对压井参数进行优化选择能够降低节流管线中的压耗。     

控压钻井复合型节流管汇压力控制机制研究

为了提高控压钻井中自动节流管汇对回压的控制精度、响应速度、拓宽对回压的控制范围,增强对钻井液排量的适应能力,提出利用三个节流阀通过串并联组合构成的复合型节流管汇。推导出复合型节流管汇压力调节特性模型,并对压力控制精度、响应速度以及回压控制范围能力进行深入分析。结果表明,复合型节流管汇不仅有效提高回压控制精度、响应速度、回压范围,而且减小节流阀两端压差和排量,一定程度上提高了节流阀的使用寿命。     

油气井多级节流压井系统研究

多级节流压井系统由多级节流管汇、控制系统（节控箱及工控箱、控制软件）构成。该系统能实现多级降压节流、多路通道选择、在线状态监测、压力程序控制、远距离压井操作等五大功能，具有安全性、可靠性和可操作性三个方面的优势，可以解决超高压油气井压力控制技术难题，在技术层面具有突破性的进展。通过试验表明，在高密度（2.0 g/cm³）和高固相介质（钛铁矿粉）的钻井液条件下，套压高达50 MPa，但通过三级节流，作用在节流阀的最大压降为20 MPa（仅为套压的2/5），经过近5 h的节流压井作业，系统工作正常，节流阀阀芯、阀座均完好无损，保证了压井作业的顺利进行。与常规单级节流压井系统相比，使用寿命提高了5～10倍。多级节流压井系统后三项功能还可以方便的移植到常规节流压井系统，具有全面推广应用的潜力。     

控压钻井自动分流管汇系统设计与数值模拟研究

为解决精细控压钻井回压补偿系统价格高、占用井场面积大的问题,设计了一种用于控压钻井的自动分流管汇系统,用以替代现有精细控压钻井设备中的回压补偿系统。设计的自动分流管汇系统结构简单,适应能力强,具有钻井泵单泵工作模式、双泵工作模式和常规钻井大排量模式,可满足现有精细控压钻井各种工况的转换要求。根据质量守恒方程、动量守恒方程及节流阀开度的控制方式,建立了自动分流管汇系统的数学流动模型,并采用数值方法求解了数学流动模型。数学流动模型的计算结果和计算流体动力学模拟结果都表明,该自动分流管汇系统能将井口压力稳定控制在设定压力,能够满足精细控压钻井需求。      

国产精细控压钻井系列化装备研究与应用

针对国内深部复杂地层普遍存在的窄密度压力窗口控制难题,形成了具有独立知识产权的PCDS-Ⅰ、PCDS-Ⅱ和PCDS-S系列化精细控压钻井装备。高端PCDS-Ⅰ型装备井底压力控制精度0.2 MPa;中端PCDS-Ⅱ型装备实现了模块化设计,自动识别外部设备工况,工艺工况自动匹配;低端PCDS-S型装备达到了低成本安全、优化钻井作业的要求。针对不同需求可进行不同控压装备组合,在欠/近/过平衡控压钻井工艺自由转换,并实现9种工况、4种控制模式和13种应急转换的精细控制。现场应用结果证明:该系列装备与技术有效提升了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长,提高了单井产量,降低了钻井复杂度,对带动国内钻井装备制造技术进步具有重大意义。     

数字化电控液防喷器控制系统的研制与应用

针对气控液型防喷器控制系统存在空气管缆的冻堵、气阻,司控台指令响应延迟等问题,研制了数字化电控液技术,并对防喷器控制系统进行一系列改造,设计了数据采集、传输、显示、数字化处理等系统;将动作指令的传输由气信号改为电信号;设计利用液缸代替气缸、五芯屏蔽电缆代替空气管缆、液晶触摸式显示屏代替?司控台等。?过现场试用,该系统指令传递迅速可靠,管线拆装便捷,可实时监控并存储各项压力数据和各控制对象的实际工况,满足钻井现场使用要求,对?有设备进行局部改造即可实现,在国内北方钻井现场具有推广应用价值。     

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。     

DSJ300-1海洋钻井平台节流压井管汇设计

在充分考虑海洋钻井平台特点、行业标准和用户要求的基础上,设计了DSJ300-1海洋钻井平台节流压井管汇。管汇布置采用倒L形结构,降低了阀门高度,方便操作、维修和维护;阀门采用比系统更高一级额定工作压力,为平台在不同海域、不同方位和不同水深作业时系统升级提供便利;阀门与四通、管线采用螺栓连接,提高设备的互换性;阀门与钢质垫环的密封槽采用堆焊不锈钢工艺,使设备具有抗H2S腐蚀的能力;采用双节流、双压井的冗余式结构,可利用高压钻井系统和固井系统的水泥浆进行压井作业,完成部分试井和试油工作。现场试验结果表明,该节流压井管汇具有可靠的井控功能,可保障平台作业人员和设备的安全。     

精细控压钻井技术在塔中地区的应用及评价

塔中地区目的层奥陶系地质情况复杂,H2S含量极高,易喷易漏,含盐水层,钻井液密度窗口窄,钻井施工难度大。针对这一技术难题,塔里木油田公司首次引进了精细控压钻井技术,在国内首次实现了塔中Ⅰ号地区超深、超长水平段位移井的精细控压钻进。该技术的成功应用,标志着我国的钻井工艺技术水平跨上了一个新的台阶,为塔中地区精细控压钻井打下了扎实的基础,并积累了丰富的实践经验,同时也为以后在其它地区实施精细控压钻井作业提供了技术借鉴依据。     

精细控压钻井技术在海上平台（地面井口）的应用

精细控压钻井技术是近年来发展起来的一项新技术,主要应用于窄安全密度窗口、不确定性压力系统地层的安全钻进,在国内外控压钻井技术发展基础上,研发出国内自主知识产权的精细控压钻井系统,实现井筒压力闭环精细控制。目前该系统已在海上平台（地面井口）成功实施了12口井的控压钻井作业,其中A井在漏速较大的情况下实现了安全钻井,说明一定漏速下也可以实施控压钻井,现以A井为例进行总结,以期为后续类似作业提供借鉴。     

PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统研制与现场试验

精细控压钻井技术能有效解决窄密度窗口钻井涌漏同存的问题,提高钻井时效,但国内还没有成熟的精细控压钻井系统。为此,在对比分析国外Weatherford、Schlumberger和Halliburton三大公司精细控压钻井系统技术特点的基础上,根据控压钻井原理研发了具有自主知识产权的、基于井底恒压的PCDS-I精细控压钻井系统。介绍了PCDS-I精细控压钻井系统的组成及各组成部分的特点和功能,阐述了该系统实现精细控压钻井的工艺方法,并在四川蓬莱9井进行了精细控压钻井试验。结果表明:PCDS-I精细控压钻井系统整体运行稳定、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,全工况回压控制精度达到0.5 MPa,技术性能指标达到了设计要求。     

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。