控压钻井井底压力控制方案研究及其应用

窄钻井液密度窗口极易造成漏、喷、塌、卡等钻井复杂情况,尤其是当钻遇窄钻井液密度窗口泥页岩井段时,水化膨胀作用导致安全钻井问题变得更加复杂。安全钻井液密度窗口的准确建立以及井底压力的精确控制,是窄钻井液密度窗口地层安全、快速钻井的关键。为此,研究了一套窄钻井液密度窗口地层安全钻井井底压力精确控制方法。该方法以精细地应力场及泥页岩水化特性研究为基础,通过安全钻井液密度窗口、泥页岩坍塌周期以及钻井液当量循环密度分析,优选合理的安全钻井井底压力;并针对砂岩、泥页岩地层的不同特性,分别制定相应的井底压力控制方案,实现安全钻进。研究成果可用于指导控制压力钻井井底压力控制方案的设计施工。     

莺琼盆地高温高压窄安全密度窗口钻井关键技术

南海莺琼盆地高温高压井安全密度窗口极窄,部分井甚至无窗口,钻进过程中溢流、井漏、喷漏同层等复杂情况频发,多口井被迫提前完钻甚至报废。为解决窄安全密度窗口引起的钻井问题,经过多年的实践与摸索,通过优化套管下深拓宽安全密度窗口、薄弱地层挤水泥提高地层承压能力、使用小尺寸钻具显著降低循环压耗、优选抗高温弹性堵漏材料对诱导裂缝进行堵漏、使用纳米防漏隔离液及锰矿粉高密度水泥浆应对窄安全密度窗口固井漏失与压稳问题,形成一套针对高温高压窄安全密度窗口的钻井技术及配套工艺,详细探讨了各项技术原理及现场应用效果。南海西部莺琼盆地十几口高温高压探井的应用结果表明,该技术有效应对了井底温度高达212 ℃、地层压力系数超过2.30、窄安全密度窗口仅为0.04等恶劣井况,钻井复杂情况发生率得到显著降低,为类似窄安全密度窗口钻井提供借鉴。     

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。     

钻井过程中循环当量密度的控制方法

随着油气开采向着深部地层及深海方向发展,石油开采向岩性油藏转移,钻遇窄钻井液密度窗口的情况越来越普遍。合理控制循环当量密度(ECD)是解决窄钻井液密度窗口的安全以及快速钻井的关键。分析对比了传统的ECD控制方式及控制ECD的新方法。结果表明,传统的ECD控制方式中,停止循环时采用静止钻井液压力平衡地层压力,而在循环时产生的环空摩擦压耗依然会使井底压力大于地层孔隙压力。CCS及DAPC系统均采用静止状态下低于孔隙压力的静止钻井液密度,在起下钻或连接钻杆时通过不间断循环或提供地面回压,保持井底压力稳定。而ECD RT则通过工具降低窄密度窗口地层的局部压力,实现在复杂地层的快速、安全钻进,从而减少钻井非生产时间,降低钻井成本,提高钻井经济效益。     

准噶尔盆地南缘霍尔果斯背斜精细控压钻井技术应用探讨

霍尔果斯背斜山前构造古近系地层具有构造高陡、地层破碎、水敏性强等难点,通过优化井身结构、采用油基钻井液及Power-V垂钻系统有效解决了上述难点,但针对紫泥泉子组地层钻井液安全密度窗口窄的难题,未有解决方法。针对紫泥泉子组地层钻井液安全密度窗口分析,提出采用精细控压钻井技术,有效控制井底压力在安全钻井作业窗口范围,有效解决南缘霍尔果斯背斜紫泥泉子组地层"漏涌"窄密度窗口的难题,并初步提出了相应的控压钻井技术方案。     

精细控压钻井技术在准噶尔盆地南缘高探1井的应用

准噶尔盆地南缘山前构造四棵树凹陷下组合吐谷鲁群组下部和头屯河组存在高压油气层,吐谷鲁群上部三开套管鞋处承压能力低,密度高于2.41 g/cm3井漏,低于2.37g/cm3气侵溢流,形成了窄密度窗口,严重的影响了钻井安全。本文通过对高探1井四开吐谷鲁群组下部和头屯河组地层钻井液安全密度窗口分析,及精细控压钻井应用情况进行分析,针对准噶尔盆地南缘山前构造下组合地层窄密度窗口的难题,精细控压钻井技术通过控制井底压力在安全窗口范围内,有效降低复杂,提高钻井时效。     

伊拉克米桑油田裂缝性地层非标井眼水平井钻井技术

伊拉克米桑油田位于扎格罗斯山前构造挤压带,油田地面地雷密布。为了解决井场建设难题及提高单井产量,设计采用直井段钻穿盐膏层后,采用水平井钻盐下易漏、易塌裂缝性石灰岩及白云岩地层开发Mishrif层位,形成了一套针对米桑油田裂缝性地层的非标井眼水平井钻井技术。结果表明:①米桑油田在最小地应力方位坍塌压力最低,定向钻进方位选择最小水平主应力方位最利于井壁稳定;②"AQUA-MAX钻井液体系"具有高效封堵能力,使用后有效提高了地层承压能力,拓宽了安全钻井的密度窗口,极大延伸了水平段安全作业长度,可有效抑制盐下裂缝性地层井段的井漏和井塌;③优选钻进排量、转速等钻井参数,优选钻井工具,合理控制钻井液密度,准确控制井底当量密度在安全当量密度窗口范围之内,可有效防范井漏和卡钻的风险。结论认为:该非标井眼水平井钻井技术克服了地层压力窗口窄、裂缝性地层岩性复杂、非标小井眼窄间隙环空作业等技术难题,降低了井下复杂情况和事故的发生,大幅提高了钻井效率。     

窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨

在深部地层及深水钻井过程中,钻遇窄安全密度窗口(即地层破裂压力与孔隙压力相关不大)的情况越来越普遍,导致井底压力控制难度加大,井底压力稍高就发生井漏,井底压力稍低就发生井涌。在窄安全密度窗口环境中,常规钻井设计由于采用各种设计系数经验值会引起钻井液密度设计不准确、套管下深设计不合理等问题。为此,在安全钻井井底压力分析的基础上,提出了用设计系数计算值代替经验值进行钻井设计的思路,并给出了考虑温度、压力影响的钻井液密度设计方法,有效提高了设计的准确性,有利于保证窄安全密度窗口环境中井下作业的安全。      

缅甸D区块Yagyi-1x井控压钻井技术

缅甸D区块极易发生井漏与坍塌等井下故障,严重影响了钻井时效。结合该区块的压力剖面和钻井实践分析认为,钻井液安全密度窗口窄是引发井下故障的主要原因。由于控压钻井技术是解决窄安全密度窗口安全钻进问题的有效技术手段,因此首先结合缅甸D区块的实际情况分析了控压钻井技术在该区块的适应性,并制定了Yagyi-1x井控压钻井技术方案。该井五开井段应用了控压钻井技术,有效缓解了漏失,解决了井壁坍塌的技术难题,提高了钻井时效(与Yagyi-1井相比,提高28%)。     

南海西部窄安全密度窗口超高温高压钻井技术

为解决南海西部窄安全密度窗口地层钻井中易发生井漏、井涌甚至井喷等井下故障的问题,通过研究超高温高压复杂地层压力预测监测技术、钻井液随钻堵漏技术、井下当量循环密度预测与监测技术、抗高温钻井液、超高温高压固井技术,形成了适用于南海西部的窄安全密度窗口超高温高压钻井技术。该技术在乐东区域的7口超高温高压探井进行了应用,钻井成功率达到100%,井下故障率显著降低,与应用前的同类型井相比,钻井生产时效平均提高了21%。这表明,窄安全密度窗口超高温高压钻井技术可以解决南海西部安全密度窗口窄导致的问题,可为深水高温高压领域的勘探开发提供技术支持。      

井底常压控制压力钻井设计计算

井底常压控制压力钻井(MPD)技术采用专用的控压装备,将井底压力控制在合理的范围内.建立井底常压MPD关于井口回压和钻井液密度的计算模型,运用迭代求解方法进行井口回压和钻井液密度的设计计算.利用该计算模型对克拉201井进行了实例分析,3 314 m处的环空压力对比表明,常规方式下无法设计合理的钻井液密度,采用井底常压法设计可保证环空压力在压力窗口之内;窄压力窗口段的回压和钻井液密度设计结果表明,采用井底常压法设计可安全钻穿2 800 m到目的层的井段,并可减少一层套管,节约建井成本.实例计算结果表明,MPD技术既降低了钻井液密度又满足了环空压力控制的需求,能精确地维持井底压力恒定,安全钻穿窄压力窗口地层,为优化井身结构、减少套管层次提供技术基础.     

徐深气田控压钻井技术研究

徐深气田深井钻井过程中地层坍塌、漏失、压差卡钻、钻井液安全密度窗口窄等问题越来越突出,严重制约了该地区的勘探开发进程,控制压力钻井技术是解决这些难题的有效技术手段之一,能减少井下复杂事故发生,保证安全钻进和减小储层损害。利用CT扫描、薄片分析等手段,评价了大庆徐深气田孔隙、裂缝发育特征,结合邻井压力测试资料,分析了该地区进行控制压力钻井的必要性和可行性,建立了环空有效压力当量钻井液密度控制方程,结合不同钻井作业方式对应的压力边界条件,得到了控压钻井全过程环空压力控制方法。为大庆及其它同类油田油气层保护、提高单井产能提供一条途径。     

裂缝性储层控压钻井技术及应用

裂缝性储层油气含量丰富,但安全密度窗口窄,钻进时经常出现井下复杂情况,导致储层伤害。文中介绍了裂缝性储层采用常规钻井技术钻进的局限性：讨论了控压钻井技术解决由窄密度窗口引起井下复杂等问题的优势,建立了控压钻井环空压力计算模型：并以某区块×3井为例,讨论控压钻井技术在裂缝性储层钻井中的应用,以及与同区块其他钻井方式钻井情况的对比。、研究表明：与其他钻井方式相比,控压钻井技术在钻进中可及时发现井涌、井漏,精确控制环空压力剖面和循环当量密度（ECD）．大大降低了井控风险：与同区块邻井相比,水平段延伸进尺大幅提高,钻井液漏失量是其他钻井方法的1．7％。     

充气控压钻井过程压力影响因素分析

常规钻井技术钻遇复杂地层时,钻井液安全密度窗口窄,钻井液性能可能发生剧变,压差卡钻、粘附卡钻、喷漏同层、上漏下喷和井壁垮塌等复杂问题经常发生,甚至导致钻井作业无法正常进行,增加诸多非钻井作业时间,使钻井周期和费用大幅度上升;充气控压钻井(MPD)作为一种新的钻井技术,能够降低甚至避免诸类钻井问题,结合环空多相流水力学模型,综合分析了钻井液排量、注气量、机械钻速、井口回压和井身结构等因素对MPD环空压力的影响,实现MPD环空及井底压力保持在一定的范围内准确、快速可调,从而提高钻井效率,降低作业成本.在不久的将来,控压钻井将会是一种更安全、更快、更有效的钻井技术.     

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。     

精细控压钻井技术在喷漏同存复杂井中的应用

碳酸盐岩裂缝性储层在钻井过程中极易发生喷漏同存的复杂情况,不仅制约了钻井速度,而且井控风险也极大,处理并重建井内压力平衡的技术手段有限。为此,引入精细控压钻井技术在四川盆地GS19井的窄密度窗口超高压二叠系栖霞组进行了成功应用:①调节环空回压来保持井底液柱压力始终处于微过平衡状态,循环罐液面保持微降状态,以保证气层中的天然气不会大量地侵入井筒;②进口钻井液密度控制在2.35 g/cm~3左右,控制环空回压在2~5 MPa,井底压力当量循环密度控制在2.46~2.52 g/cm~3;③控压钻井过程中井口压力超过或预计将超过7 MPa时,应关半封闸板,通过井队节流管汇至控压专用节流管汇,再进入气液分离器进行循环排气;④起下钻时控制回压在5 MPa以内,起钻灌浆量应大于理论灌浆量,下钻返浆量应小于理论返浆量。采用该技术依次钻过二叠系栖霞组、梁山组和下志留统龙马溪组,进尺216.60 m,对喷漏同存复杂情况进行了一次有益的尝试,对今后类似复杂情况的处理具有借鉴和指导作用。     

Managed Pressure Drilling to Increase Rate of Penetration and Reduce Formation Damage

One of the advantages of managed pressure drilling (MPD) is an increase in drilling speed and a reduction of mud filtrate invasion as a result of decreasing pressure differential. Reduction of overbalanced pressure (OBP) leads to a decrease of confining pressure around the formation rock and consequently the rock is broken more easily under the bit action and therefore the rate of penetration (ROP) increases. It is also obvious that decreasing the overbalanced pressure results a reduction in mud filtrate invasion and formation damage. In the present article the effect of MPD on increasing rate of penetration and decreasing mud filtrate invasion is studied. Artificial neural networks (ANN) were implemented to develop a model for estimation of ROP by using operational inputs including overbalanced pressure. Using the ANN model, the effect of OBP was analyzed. The effect of OBP on mud filtrate invasion was studied by using developed models of the process and simple Darcy’s law. The results demonstrated that MPD leads to about 30% increase in rate of penetration and 50% decrease in mud filtrate invasion.     

变梯度控压钻井井控过程中井口回压变化规律

为了准确掌握变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化规律,采用考虑密度突变的井筒气液两相变质量流动模型,分析了基于井底恒压的变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化,探讨了不同因素变化对井口回压的影响,并开展了最大井口回压影响因素敏感性分析。研究发现：变梯度控压钻井在控制井底压力恒定时井口回压的调节受气体膨胀、分离器位置处液相密度突变、套管鞋及海底泥线处环空变径等多个因素综合影响,其变化规律更加复杂;其他条件不变时,分离器与钻头间距越小、轻/重质钻井液密度差越大、地层压力越大、循环排量越小,循环排气过程中的井口回压越大;对于最大井口回压而言,地层压力、轻/重质钻井液密度差、分离器与钻头间距、循环排量的比变异系数值依次减小,敏感性程度也随之降低。研究结果可为变梯度控压钻井井控过程中的井口回压准确预测和井筒压力精细控制提供理论支撑。     

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。     

简易控压方法及现场试验

华北油田部分区域在钻井过程中出现钻井液高密度时溢流、低密度时漏失以及地层压力窗口不稳定等现象,给井筒安全带来了不稳定因素。通过控压钻井技术可以有效降低这种情况带来的井控风险,但精细控压设备要求高、作业成本高,现场可实施性较低。研究了一种简易控压钻井技术,该技术在保留控压核心功能的基础上,简化了节流管汇等设备,有效降低了应用成本,有利于现场应用和推广。现场应用表明:简易控压钻井技术能够实现控压钻井的目的,发生溢流时增加井口回压,从而快速提高井底压力、缓解溢流,防止了井控升级; 同时在降低井控安全风险的前提下,通过采用低密度钻井液钻进,实现提高机械钻速的效果。