欠平衡泥浆钻井井口回压控制技术

近些年来，欠平衡 井技术已经在国内外得到广泛的并取得了好很的经济效益和社会效益。我国有大量的适合欠平衡钻井的油田和地区， 平衡技术具有很好的发展前景。欠平稳钻井与常规泥浆钻井相比：一方面由于地层压力系数过低，钻井液和定井液漏入储层，造成油气藏重污染；     

控压钻井井口回压控制技术仿真研究

控压钻井中,为解决井口回压控制过程中的极端非线性难题,设计了一种基于人工神经网络的"辨识器-控制器"控制系统。以径向基函数神经网络为框架构建了辨识器和控制器的基本结构,设计了径向基函数神经网络与比例环节相并联的控制器。为验证控制效果,建立了井口回压系统的非线性数学模型,应用Matlab软件进行仿真,在给定条件分别为1、2和3 MPa时系统均稳定收敛,调节时间5 s左右,超调量小于10%。人工神经网络控制方法能快速跟踪控制信号且超调量小,有效地解决了井口回压系统中的非线性控制难题。     

控压钻井井口回压控制技术仿真研究

控压钻井中,为解决井口回压控制过程中的极端非线性难题,设计了一种基于人工神经网络的"辨识器-控制器"控制系统。以径向基函数神经网络为框架构建了辨识器和控制器的基本结构,设计了径向基函数神经网络与比例环节相并联的控制器。为验证控制效果,建立了井口回压系统的非线性数学模型,应用Matlab软件进行仿真,在给定条件分别为1、2和3 MPa时系统均稳定收敛,调节时间5 s左右,超调量小于10%。人工神经网络控制方法能快速跟踪控制信号且超调量小,有效地解决了井口回压系统中的非线性控制难题。     

欠平衡钻井井口回压控制理论与方法

以钻井环空多相非稳态流理论为基础,根据气-液两相流体在井筒流动过程中遵循的基本方程,利用有限差分的数值解法进行求解,刻划了井内流体的各种运动特性以及瞬态压力平衡关系,提出了利用井口回压对井内各流动参数进行控制,找出了井口回压和气体侵入量对井内各种流动参数的影响关系和规律,得出一些指导欠平衡钻井的有益的结论,对进一步深化和完善欠平衡钻井和井控理论研究以及现场应用具有重要的现实意义。     

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。     

欠平衡钻井随钻控压系统

美国Ｓｈａｆｆｅｒ公司（属Ｖａｒｃｏ国际公司的分公司）将本公司的旋转球形防喷器与液压－电子控制装置结合起来，研制成一种欠平衡钻井随钻控制压力（ＰＣＷＤ）系统。旋转防喷器包括一个２８０ｍｍ标准球形防喷器、球形胶心、活塞和球形内座等，后三者一起旋转，由３个轴承支承着，工作时有压力差。当转速为２００ｒ／ｍｉｎ和１００ｒ／ｍｉｎ时，工作压力分别为１４ＭＰａ和７ＭＰａ；当作为普通环形防喷器使用时，工作压力为３５ＭＰａ，还可边旋转边卸钻杆接头扣，只用一半的额定工作压力就可完全封闭住空井。ＰＣＷＤ系统用来操…     

钻遇沥青层控压钻井井口回压设计

伊朗YD地区钻遏流动性较好的沥青层,多口井钻进受到影响。湿沥青温度敏感性较高,物理性质差异大。本文通过研究沥青温度敏感性、MPD技术特点、井口回压等。分析得出,钻遇沥青层后,沥青不同程度侵害钻井液,破坏钻井液性能。运用MPD技术能够减少钻井液置换性漏失,控制井底压力,安全快速钻穿沥青层。     

欠平衡钻井节流压力控制技术

现用节控箱采用手工控制立管压力（套管压力）的方法，精度较低，很难实现真正意义上的欠平衡钻井，采用计算机伺服控制研制的节控箱来控制欠平衡钻井压力，克服了原有控制设备及手工控制方法的不足，现场试验表明，采用这种控制手段能实现对立压，套压的精确控制。     

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...     

小井眼欠平衡钻井回压控制分析

真正意义上的欠平衡钻井必须保证地层流体能够持续稳定地从环空返出。这就要求必须配备性能适宜的钻井液,并在井口施加一定的回压,回压过小,地层中的油、气返出量可能会加大、增加危险;回压过大,则会接近设备承压极限值,同样增加危险,本文从地层压力、环空气侵液柱压力、小井眼环空摩阻、地面管汇摩阻、返出流体动能等方面系统分析了回压的取值。     

控压钻井回压压力波在井筒中传播的速度和时间规律

控压钻井过程中当监测到井底发生气侵尤其是溢流时,通常通过调节回压泵和节流管汇阀门给井筒施加回压来重新构建井底压力平衡。但气侵后回压压力波到达井底的时间有一个明显的滞后,如仍认为井口回压瞬间加载到井底,由此计算得到的井筒相关参数与实际井筒流动参数必然存在着较大的误差,有可能造成井控失效甚至引发井喷。为此,基于整体平均气液两相流模型,以回压压力波在井筒中传播速度和时间为研究对象,建立了环空气液两相流动的压力波传播方程,并引入气液相间作用力对方程组进行耦合求解。计算结果表明:(1)压力波波速随钻井液密度的增加而增大,随含气率、虚拟质量力系数的增加而呈现出减小的趋势,先急剧变化,之后变化幅度缓慢;(2)当含气率大于0.10或虚拟质量力系数大于0.20时,气液相间动量已充分交换,压力波波速的减小幅度变缓,趋于稳定。以四川盆地蓬莱9井为例,计算得到压力波单次传播的平均时间约为50 s,4个回合的总传播时间约为200s,占系统控制响应总时间的67%以上。结论认为,采用该方法计算得到的压力波在环空中的传播速度及传播时间更加符合实际井况,可大幅度提升MPD钻井系统控压响应时间的准确性和自适应节流阀控制的精度。     

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。     

控压钻井井筒压力控制技术初探

常规钻井技术钻遇压力衰竭或复杂地层时,经常遇到钻井液安全密度窗口窄,并引起漏、喷、卡、塌等井下复杂问题。控压钻井(MPD)通过控制井筒环空循环流体介质的流量与流态、井口施加压力等因素,结合环空压降模型计算,使环空压力保持在一定的范围,就可以降低甚至避免这些钻井问题,减少非钻井作业时间,提高钻井效率,降低作业成本。     

控压钻井线性节流阀及其控制

针对现有节流阀难以满足实时精细调控的难题,设计出了在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化的节流阀,进行了整体结构设计,并通过性能试验验证了设计理论。针对井口回压控制不够精确、响应速度慢的问题,提出了一种井口回压三层反馈控制方法,实现了底层开度曲线直接控制,中间层压力快速粗调,外层压力精细调节。开发了井口回压控制模块,通过实验验证了控制方法的响应时间和精度,井口回压控制精度达到±0.1 MPa,最大响应时间为28s。     

控制压力钻井技术与微流量控制钻井技术的对比

深井、复杂井目前主要面对的钻井难题是如何在窄钻井液密度窗口中安全钻进,而控制压力钻井技术则可以解决上述难题。控制压力钻井主要包含控压钻井（Managed Pressure Drilling ,缩写为MPD）技术与微流量控制（Micro Flux Control ,缩写为MFC）钻井技术。为促进国内引进、吸收、应用以上新技术,从钻井技术原理和钻井设备及特点这两个方面, 将MPD与MFC进行了详细对比。结论认为：①MPD可以精确控制井底压力,实现平衡或近平衡钻井,设计的钻井液密度低于常规钻井液密度,当循环钻进时需要通过液柱压力与循环压耗来平衡地层压力,当停止循环时井底压力则为液柱压力与回压之和,需要回压来弥补循环压耗以达到平衡状态;②MFC是在MPD基础上研制出来的一种新钻井技术,它不仅满足了MPD技术的核心功能,而且还拥有了自己独特的技术特点--微流量（微进口流量和微出口流量）控制,能探测到早期的侵入与漏失,更精确地预见和控制有关事故的发生;③与MPD相比,MFC能探测到更小的井内总体流量的波动范围;④国内有必要尽快引进和吸收以上先进技术,用以提高钻井技术水平和解决窄钻井液密度窗口安全钻进问题。     

气体循环钻井井口气量控制技术

以气体瞬变流理论为基础 , 结合地层渗流相关理论和气体循环钻井工艺原理建立了一套气体循环钻井井口气量控制的理论模型。模型根据气体在流动过程中应遵从的基本规律 ,描述了地层渗流和井口流体的各种运动特性以及动态压力平衡关系 ,详述了气体循环钻井钻遇气层时井口气量的控制方法。通过 Mac Cormack方法求解理论模型 , 利用数值模拟方法对气体循环钻井钻遇气层过程进行了系统的模拟计算和分析,研究结果对气体循环钻井钻遇气层进行动态过程的描述对指导现场施工具有现实意义。     

控压钻井环空水力模拟计算

环空水力模拟是控压钻井技术的一个重要组成部分。环空水力模拟不仅可用于控压钻井水力参数设计,还能指导现场实时判断、准确地处理井下出现的各种复杂情况。详细地分析了控压钻井作业环空水力学特征,根据实际钻井液特性,选择相适应的钻井液流变模型,综合考虑井下温度、压力对钻井液密度和剪切应力的影响,进行控压钻井环空水力模拟计算。与实施控压钻井的2口井现场实时PWD数据进行对比,表明水力模拟结果与现场数据较为吻合,可用于指导现场施工。     

控压钻井过程中泥页岩井壁破坏分析

控压钻井过程中,控制井底压力与地层压力相当,可以减少井壁由于井底压力过小或过大引起的井壁坍塌或破裂问题。对于水敏性泥页岩地层,即使在压力平衡的情况下,由于水基钻井液和泥页岩之间的水化渗透作用,泥页岩井壁也有可能不稳定。为此,建立了控压钻井条件下泥页岩井壁稳定非线性流-固-化耦合新模型,考虑了离子扩散与岩石变形的全耦合以及流体流动和离子扩散过程的非线性;通过有限元分析泥页岩井壁周围孔隙压力场和应力场的变化,计算井壁周围地层破坏系数,检查井壁是否破坏。研究结果表明：①控制压力钻井与常规钻井相比,水化渗透引起的孔隙压力剖面变化较小,有利于泥页岩井壁稳定;②泥页岩井壁失稳主要有井壁破坏、井壁附近地层破坏两种方式且后者是有时间效应的;③现有模型与非线性全耦合模型相比,过大地预计了井周孔隙压力和总应力且其压力峰值传播较慢;④泥页岩井壁失稳后,新的泥页岩表面暴露在钻井液中继续进行水和溶质交换,井眼扩大到一定值后,发生进一步失稳的可能性较小。     

基于三级反馈调节的控压钻井回压自动调控方法

井口压力的自动调节与反馈控制是控制压力钻井技术(MPD)得以成功应用的根本。现有的井口回压控制方法较少考虑节流阀系统结构特征及流通特性,存在控制响应慢,控制效果差的问题。针对井口回压控制上述问题进行研究,基于节流阀的工作特性、电液比例控制原理、反馈控制方法,提出了一种井口压力三级反馈控制方法,实现了一级开度曲线双向反馈控制,二级井口回压快速粗调,三级井口回压精细反馈控制。制定了该三级反馈控制方法的详细实现流程,开发了井口回压控制模块,通过实验验证了控制方法的响应时间和精度,井口回压控制精度误差在±0.1 MPa以内,新的井口回压精细控制方法为井筒压力的精细控制奠定基础。