海洋控压钻井技术探讨与展望

海洋勘探开发逐步走向深水,深水钻井中的涌、漏、卡、塌等井下复杂是进行深水油气资源勘探开发的重要障碍,为此国外广泛应用了海洋控压钻井技术,解决了钻遇的窄密度窗口、海洋表层作业问题、消除隔水管进气的影响,以防止钻井事故、保护储层、减少非生产时间、降低作业费用。介绍了井底恒压控压钻井技术、泥浆帽钻井技术、双梯度钻井技术、HSE控压钻井技术4种主要技术方式的特点与应用效果,分析了目前国内发展该技术应用环境尚不成熟与限制条件等问题,指出未来要着重进行海洋控压钻井技术的适应性、装备及工艺方面的研究。     

控压钻井技术研究

控压钻井技术因其可有效降低窄密度窗口钻井喷、涌同层钻井工程复杂、提高钻井时效,已成为近年国内钻井新技术研发热点。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。本文重点介绍了我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压力控制衔接的工艺方法。最后,给出室内实验数据。     

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。     

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。     

控压钻井实时监控技术简介

实现压力的实时监测与智能控制是提高控压钻井技术的安全性和作业效率的非常重要的技术环节和发展趋势, 实时监控控压钻井技术完全实现了对压力的实时监测与控制功能。通过详细描述实时监控控压钻井技术的设备组成与具体功能, 阐述实现井下压力智能实时监控的整个工艺过程, 介绍了人机交互界面的使用, 最后通过实例, 具体说明了实时监控控压钻井技术的优点及应用方向。     

控压钻井系统研究

控压钻井技术因其可有效降低窄密度窗口钻井喷、涌同层钻井工程复杂、提高钻井时效,已成为国内钻井新技术研究开发的热点.基于井底恒压原理自主研究开发了控压钻井系统,文中对其框架构成,各分系统之间的通讯、逻辑关系进行了阐述.时于控压钻井工艺转换过程中压力控制的突出问题,提出了压力控制衔接的工艺方法,效果较好,为同类油井的钻进提供了参考.     

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。     

井底恒压控压钻井井口回压分析研究

针对目前钻井中遇到的窄密度安全窗口日趋频繁的问题,基于井底恒压控压钻井技术工艺技术原理,以通用圆管流量方程和稳态波动压力理论为基础,精确计算了赫-巴流变模式下的系统环空循环压耗及波动压力,将钻井过程划分为若干工况,综合流型+过程+工况的组合模式得到井口回压计算模型。结合实例对回压计算模型进行验证,验证结果表明,用该模型计算的井口回压与实际值相差很小,能够满足工程精度要求。用该模型进一步分析了不同工况下井口回压与排量、钻井液密度、起下钻速度以及起下钻时间的关系,分析结果对控压钻井的安全实施具有重要的参考意义。     

西非S深水区块裂缝性碳酸盐岩地层控压钻井技术

西非S区块上部泥岩地层钻井压力窗口窄,下部裂缝性碳酸盐岩地层漏失严重、含硫化氢、地质不确定性高,控压钻井技术是应对这些问题比较成熟的技术,但单项控压钻井技术无法同时解决上述问题。根据环空压力动态控制钻井技术可解决泥岩井壁稳定性问题以及加压泥浆帽钻井技术可解决钻井液严重漏失情况下含硫化氢地层井控问题,提出了一种将两项独立控压钻井技术进行组合应用的新技术。从控压装备共用、技术方案转换、施工关键点决策3个方面进行了研究。实例应用表明,该控压钻井组合技术可有效解决同一井内井壁稳定、漏失、井控等多项复杂问题,相比单项控压钻井技术应用效果更好。该研究对该区块及类似地层后续勘探开发作业具有指导意义。     

隔水管钻井液控压技术及其在深水钻井中的应用前景

隔水管钻井液控压技术是在无隔水管钻井液上返技术基础上发展而来的一种新型控压钻井技术,主要是为了解决深水钻井中遇到的窄密度窗口问题。该项技术主要通过控制隔水管中钻井液液面高度从而达到灵活调控井筒压力,其当量钻井液密度为一条曲线,与安全密度窗口更加匹配。隔水管钻井液控压技术有利于减少窄密度窗口井的套管层次;在检测井涌及漏失所需时间较短,且检测方式不受海洋环境的影响;用于控压固井时可增加固井过程的安全性,提高固井质量;可抵消钻进过程中产生的循环摩阻,增加水平井的水平段长度;也可有效降低钻井液滤失量,提高井眼清洁能力,缩短钻井周期及降低钻井成本。文章详细分析了该技术的优势及在深水钻井中拥有的巨大应用前景,未来必将在深水钻完井作业中发挥更大作用。     

窄密度窗口精细控压钻井重浆帽优化技术

在我国西部深层碳酸盐地层控压钻井中,常采用简易重浆帽作业方式,但作业过程中存在引起井底压力较大波动乃至诱发井下故障的风险。针对该问题,通过分析重浆注替期间不同阶段重浆分布的实时变化,改进了井筒压力控制方法,优化了重浆帽设计工艺:将压水眼重浆和重浆帽进行优化组合,以压水眼重浆返出井口为压力控制节点,分5段进行压力控制设计,压力控制区间为0~5 MPa,并以此调整井口实时压力控制策略,实现井筒压力波动幅度小于±0.35 MPa。塔中地区13口井的应用显示,起下钻中重浆的使用量平均减少21.5%,注替作业时间平均缩短17.7%。现场应用表明,该技术在精细控压钻井注替重浆帽过程中能更加有效地控制井筒压力波动,对精确控制井筒压力剖面、降低井控风险具有较好的应用效果。      

PCDS精细控压钻井技术新进展

为解决钻进复杂地层时普遍存在的井涌、漏失、坍塌和卡钻等井下故障,特别是“溢漏同存”窄安全密度窗口地层安全钻进的问题,研制了PCDS精细控压钻井系列装备,形成了欠/近/过平衡精细控压钻井技术,以及9种工况、4种控制模式、13种应急转换的精细控压钻井工艺,并在不同类型的复杂地层进行了应用,解决了“溢漏同存”窄安全密度窗口地层安全钻进的难题,提高了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长度,提高了单井产量。详细介绍了PCDS精细控压钻井装备的发展过程及最新进展,分析了PCDS精细控压钻井技术的现场应用效果,指出了控压钻井技术将向高效一体化方向发展,应用领域也将不断拓宽,其与信息化、智能化结合,将形成智能井筒安全控制钻井技术,为未来智能钻井技术奠定基础。      

实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程

控压钻井是目前世界上最先进的钻井技术之一,能够对井底压力进行实时精确的控制、解决现场遇到的井下复杂钻井问题;理论研究与应用实践均表明,它可以有效解决国内外普遍遇到的窄密度窗口安全钻井难题。为了更好的掌握和运用该技术,从宏观角度将控压钻井看作为一项较复杂的系统工程,既要保证系统内任一组成部分能够正常运转,又要提高系统内各部分之间的协调能力,从而发挥其最大效率。为此,提出了控压钻井系统工程（MPDSE）的概念--控压钻井系统工程就是将系统工程理论应用到控压钻井技术中的一种研究方法,其主要内容是研究系统内部各组成部分的精确设计,系统分析各组成部分之间的相互关系和内部地位,优化处理各组成部分之间的相互制约性,实现系统的最优化;进而运用综合集成法分析了控压钻井系统的研究步骤;最后还对控压钻井系统的基本框架进行了初步设计。结论认为：应以系统工程的方法对控压钻井技术进行研究,并且框架内的任一部分都关乎整个系统能否成功应用。     

控压钻井技术在页岩气钻探中的应用前景

随着国内页岩气勘探开发进程的不断加大,页岩气钻井过程中遇到的复杂事故也愈发凸显。针对我国南方易漏、岩性构成复杂的页岩地层,为了快速、安全有效地钻穿复杂页岩层段,决定采用控压钻井技术破解页岩气层常见钻井难题。国内南方扬子地区主要发育了2套页岩地层:志留系龙马溪组和寒武系牛蹄塘组,纯页岩段较少、岩性构成复杂且破碎严重。根据页岩气钻井资料,钻井过程中经常钻遇灰质、粉砂质和硅质页岩,溢流和井漏经常并发出现,页岩层发育较厚的目的层段钻井钻井液密度窗口较小,井壁极不稳定。结合页岩地层岩性发育特征、控压钻井技术特点、室内实验分析、现行的控压钻井配套设备等相关因素,可以考虑采用井底常压法控压钻井技术钻穿大段复杂页岩层段。     

海洋油田控压钻井技术

介绍了新型控压钻井技术,分析了海洋控压钻井的2种主要的控制系统:同心管不间断循环系统和水下立管泥浆返回系统,并针对这2种系统特征,深入地研究了其压力控制原理、系统结构和达到的应用效果.最后针对该2项技术,探讨了其在国内外海洋钻井中已经取得的成效,借以实现对国际先进钻井技术深入的认识和了解.     

控压钻井技术探讨与展望

所有的现代油气井钻井技术均包含控压钻井技术,明确这一概念,对组织实施和研究发展这一技术至关重要。指出控压钻井技术的应用范围应包括过平衡钻井、近平衡钻井、欠平衡钻井、精细控压钻井及自动(闭环)控压钻井。其中精细控压钻井技术是指在钻井过程中,能够精确控制井筒环空压力剖面、有效实现安全钻井的钻井技术。对不同控压钻井方式的定义分别进行了明确的阐述,分析了控压钻井技术的现状。从用途出发,将控压钻井技术分成了5级,这将有利于钻井施工的安全评估。对控压钻井技术下步发展方向提出了建议,并指出未来控压钻井技术发展的目标是在钻井过程中,能够自动随钻监测环空压力剖面,反馈至地面后能自动调整流量和回压等控制参数,实现环空压力的闭环监测与控制。     

深水钻井井筒压力预测与控制方法研究进展

深水油气资源储量丰富,勘探开发前景十分广阔。井筒压力预测与精准控制对于提高深水油气钻井成功率及施工效率至关重要。为了避免钻井过程中喷、漏、卡、塌等井下复杂情况的发生,其关键点是对井筒压力进行精确预测,进一步采取有效的压力控制措施。以井筒压力预测模型为前提、压力控制为主线,系统阐述了深水油气钻采的单相流、多相流井筒压力预测模型以及单梯度、双梯度、多梯度控压钻井方法基础研究的新进展。结合目前井筒压力预测与控制方法的研究现状,提出了控压钻井技术的重点攻关方向,如酸性气体气侵后井筒流动规律、多梯度控压钻井新方法与配套装备、智能化钻井与井控系统等。该研究成果可以为控压钻井的理论发展与工艺设计提供一定的参考。通过对比研究国内外海洋控压钻井技术的特点、核心装备、工作原理及适应性等,明确不同控压钻井技术的优势与不足之处,综合考虑中国深水区域的地质结构、施工环境与经济效益,对控压钻井技术的发展提出相关建议。     

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。     

泥浆帽控压钻井技术研究

本文就泥浆帽控压钻井技术进行相关研究,希望能对我国石油勘探业界的发展带来一定的启发作用。     

火山岩复杂地层控压钻井技术应用

火山岩地层存在地层硬、研磨性强、岩石可钻性差和裂缝性漏失等客观条件,严重制约了火山岩的勘探开发。KLML气田前期钻探工作中,钻井遇到了3个突出难题：频繁井漏、机械钻速低、井壁容易失稳。常规钻井工艺已不能解决这些复杂情况同时存在的情况,造成钻井工艺在油气勘探上的极大制约。控压钻井利用专用井口控制设备在井口产生一个回压,根据地层孔隙压力和地层坍塌压力等因素,精确调节节流阀的开启程度来改变井口回压的大小,从而改变井内钻井液当量密度的压力剖面。它具备防漏、防喷、提高机械钻速和防止井壁失稳等问题的技术优势,应用于KLML气田钻井实践证实：该方法在实践过程中有效防止了漏失和井壁不稳,同时较大幅度地提高了机械钻速。在复杂地层钻井中,控压钻井将成为不可缺少的重要手段。