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。     

精细控压钻井技术在近平衡钻井中的应用

针对碳酸盐岩地层在常规近平衡钻井过程中易喷、易漏等问题,分析了近平衡钻井井底压力控制中存在的问题,井深的增加使附加压力、循环压耗增加,井底过大的正压差难以满足近平衡钻井要求;根据精细控压钻井压力控制特点,采用随钻测量工具辅助压力控制方法和以流量为目标的压力控制方法来实现井底压力近平衡钻井,并进行了现场应用。研究表明,精细控压钻井方法能够实现近平衡钻井,该技术对近平衡钻井理论和实践的发展具有重要的意义。     

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。     

控压钻井泥浆帽设计方法研究

控压钻井可以较为精确地控制整个井筒环空压力剖面,能有效解决钻井过程中出现的井涌、井漏、井塌、卡钻等多种井下故障,但在起钻之后不能仅靠调整井口回压平衡地层压力,需要注入高密度泥浆帽。为满足控压钻井起钻泥浆帽注入过程中井底压力恒定,必须设计出合理的泥浆帽密度和高度。为此,基于起下钻过程中的井筒压力控制原理和控压钻井起下钻工艺,建立了控压钻井泥浆帽密度和高度的计算模型,提出了一种维持控压钻井起钻过程井底压力恒定的泥浆帽密度和高度的设计方法,并以塔里木油田某井为例评价分析了泥浆帽密度和高度对井口回压控制的影响,并指出设计泥浆帽密度和高度时应综合考虑各种因素,在泥浆帽注入和驱替过程中实时控制井口压力,以维持井底压力恒定。      

塔中62—27井控压钻井实践

塔里木油田塔中62井区的油藏为碳酸岩裂缝性油气藏,储层地层压力敏感,安全密度窗口窄,并且含有H2S,针对这种情况,为了能够在保护储层的前提下,安全地实施钻井作业,对塔中62-27井成功进行了注气控压钻井技术试验.注气控压钻井在塔中62-27井的使用在国内尚属首次,控压钻井井段为(Φ152.4)4876～5017.2m,控压钻井过程中未发生任何井漏、溢流等井下复杂情况.文章介绍了塔中62-27并的地质概况,井身结构与钻具组合,注气控压钻井相关设备以及MPD钻井简况.     

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。     

精细控压钻井控压响应时间浅析

精细控压钻井通过PWD随钻测压、计算机控制、回压泵和节流阀等闭环调节井口回压,精细控制井底压力,以满足安全、快速钻井的需要。判断精细控压钻井系统性能高低的一个重要指标就是压力控制的响应时间。短的控压响应时间可以很快平衡井底压力变化,维持钻进在井底压力基本恒定下进行。以回压从井口传到井底的时间为研究对象,建立了回压在环空传播速度的计算模型,分析了影响回压传播速度的主要因素钻井液密度、气体含量和岩屑含量,并以控压钻井实例数据计算为例、分析了精细控压钻井的控压响应时间,为精细控压钻井提供理论支持。     

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。     

控压欠平衡钻井工艺实现方法与现场试验

控压钻井是国外新近发展起来的一项新的钻井技术,为解决复杂地层安全钻进问题提供了一个新方案,国内对其研究才刚刚起步,尚无可资借鉴的经验。为此,系统分析了欠平衡钻井技术与控压钻井技术的异同,比较分析了控压过平衡、近平衡与欠平衡钻井的工艺特征,提出了一套控压欠平衡钻井关键工艺的实现方法,包括：循环钻进、起下钻和接单根等不同工况的控压钻井程序,并在川中蓬莱9井进行了控压钻井欠平衡现场试验。结果表明：该项控压欠平衡钻井工艺技术能实现循环钻进、起下钻、接单根等工况的压力平稳衔接,钻进过程中压力误差值在0.2 MPa左右,起下钻、接单根过程压力误差在0.5 MPa左右,并且能实现“有控制”的边喷边钻。采用控压欠平衡钻井技术在保障井下安全、提高机械钻速的同时,还达到了有效发现储层的目的。     

基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法

为了提高控压钻井的控压精度,研究了基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法。分析了节流阀的节流控压原理,根据伯努利方程建立了表征节流阀物理特性的方程;利用采集的节流阀节流控压试验数据,通过Matlab软件进行线性回归,得到了可计算节流阀控压的四参数公式;根据试验选用的节流阀开度与当量直径的特性曲线,采用Matlab软件进行拟合,得到了节流阀开度与节流面积的关系方程;根据节流阀开关试验得到的节流阀开度与开关时间数据,利用Matlab软件拟合出了开度与开关时间的关系方程,将上述各方程相结合得到了节流控压的理论模型。利用Matlab软件的半实物仿真插件将模型转化为通用实时代码,并采用模块化建模方法,编制了控压钻井自动控制软件,形成了控压模型。循环模拟系统验证显示,控制系统的响应时间小于10 s,控制精度达到了±0.2 MPa,满足控压钻井精细控压的需求,这证明基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法是可行的。      

国外控制压力钻井工艺技术

控制压力钻井(Managed pressure drilling)是一项先进钻井工艺,通过对井底压力的有效控制,可以解决孔隙压力和破裂压力窗口较窄地层钻进中的诸多钻井复杂情况.文章主要介绍了控制压力钻井定义、与欠平衡钻井的区别、不同控制压力钻井工艺,包括井底压力恒定的控压钻井、带压泥浆帽控压钻井和双梯度控压钻井以及国外该项技术的应用实例.     

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。     

控制压力钻井技术应用研究

控制压力钻井(MPD)是已在国外得到应用的一种先进钻井技术,该技术能够解决复杂地层钻井中出现的复杂问题,提高钻井效率,降低钻井成本.介绍了MPD钻井技术的目标、优点和实现方法,加深了对MPD技术的特征及相关概念的理解,为研究和发展这一技术提供了理论基础.介绍了MPD技术的多种应用形式及其适用条件,为一口井设计与实施MPD技术的应用提供了可筛选的方案.MPD技术的应用需要配套的设备、监控系统和水力学程序相互配合才能完成,其中,配套的设备是应用MPD技术的首要条件.对MPD技术的相关设备进行了介绍,为MPD技术的应用提供了装备基础.     

控压钻井在Auger张力腿平台上连续获得成功，

壳牌勘探开发公司在墨西哥湾（GOM）Auger项目的深水张力腿平台（TLP）上使用控压钻井（MPD）连续实施侧钻小井眼二次开发。利用动态环空压力控制（DAPC）系统成功实施4口侧钻井,消除了井漏和井眼失稳事故。使用MPD能连续提高钻井作业效率,接近先前认为难以达到的油藏目标。由于压力衰竭导致破裂梯度减小,先前认为不能钻达的油层间隙,用MPD却能钻进并且无下套管事故。最近的MPD钻井设计把静态泥浆密度减少到孔隙压力以下,控制有效钻井安全系数。后来的MPD钻井操作中,井底压力给定值变化减少,目标压力窗口之外的额定值消失。Auger的油田二次开发需要对钻井设计和MPD设计再次核查。在整个4口MPD侧钻井的作业时间里,实施MPD操作的细节聚焦于工程和操作的改进。     

控制压力钻井技术在Auger平台侧钻井中的成功应用

壳牌开发生产公司在墨西哥湾深水区Auger平台利用控制压力钻井(MPD)技术继续进行小井眼侧钻.运用动态环空压力控制(DAPC)系统成功钻出4个分支井眼,未出现环空漏失与井眼不稳定情况.MPD技术提高了钻井操作效率,可钻至之前无法钻达的目标储层.由于亏空引起破裂压力梯度减小,一些层段的钻进已不可能.但是运用MPD技术可以钻进这些地层且没有发生卡套管事故.最新的MPD井身设计通过减小静态泥浆密度至孔隙压力之下来控制钻井边界.在随后开展的MPD井的实施中井底压力偏差减小,目标地层压力窗口偏差为零.本文介绍了井设计和控制压力钻井设计,着重描述了4个MPD侧钻工程的工程改进和作业效果.     

精细控压钻井过程中溢流的模拟和控制

为了能在溢流发生的早期正确决定溢流控制方法,根据气液两相流理论,对精细控压钻井过程中的气侵全过程进行模拟,并对如何采取适当的控制方法进行研究。首先建立了描述气侵期间井筒两相流的偏微分方程组,给出了方程组的初始条件和不同气侵阶段的边界条件,并用有限差分的方法对方程组进行求解;然后模拟分析了地层压力、初始溢流量及钻井液参数对井口回压的影响;最后根据对不同参数条件下气侵的模拟,得到了以初始溢流量和溢流结束时的井口回压为输入参数的溢流控制方案图。提出的溢流控制方案图方法,能在溢流早期就决定溢流控制方式,为溢流控制争取宝贵的时间,有助于正确处理精细控压钻井过程中的溢流。研究结果可为控压钻井过程中的气侵控制提供理论依据。     

控压钻井关键技术研究

国内外的应用结果表明:控压钻井技术在解决窄泥浆密度窗口地层、裂缝发育的压力敏感地层钻井出现的"喷漏同层、喷漏同存"的复杂事故有显著的效果。介绍了控压钻井的定义和应用形式,重点分析了控压钻井系统的组成及工艺流程。提出了控压钻井技术的研究重点,对控压钻井技术的研究和应用有参考作用。     

控压钻井自动节流管汇压力调节特性研究

现代控压钻井作业中,依靠自动节流管汇施加和控制井口回压,从而间接控制井底压力。但由于阀门的压力调节特性与阀门开度存在较大的非线性,常规节流管汇很难通过单个节流阀实现全开度范围内的精确调节。为了提高控制精度,利用节流阀工作的3个状态,建立了压力调节特性与流量调节特性的对应关系,进而建立了节流管汇的压力调节特性模型,并对压力调节精度及流量对压力调节特性的影响进行了分析。 研究分析表明,现有节流阀压力调节特性呈现一定非线性;通过优化阀芯可以增大节流阀的有效工作区间,但不能完全消除超调区间;钻井液排量对节流阀的压力调节特性影响较大,设计节流管汇时应考虑排量问题。