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。     

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。     

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。     

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。     

电控自动节流控制系统研制与应用

自动节流控制系统是精细欠平衡/近平衡(控压)钻井实现精细控制井口套压、精确控制井底压力的关键设备之一;该系统独创性应用电动机构自动调节节流阀,系统设计中采用执行机构—伺服控制—上位计算机的三层控制结构,远程控制、本地自动控制和本地手动阀位控制的三种压力闭环控制模式,以及全冗余、热备份和应急通道的安全设计,确保系统的控压精确性、安全性和可靠性,能满足不同施工场所的需要。该系统通过30余口井的现场试验应用表明,能满足精细控压钻井现场需要,经济实用性好,达到国内领先、国际先进技术水平。     

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。     

充气控压钻井关键工程参数研究

充气控压钻井技术将充气欠平衡钻井和控压钻井技术结合,主要应用于窄密度窗口和对 储层保护要求较高的低孔、低渗地层。结合充气钻井工艺特征,考虑注气初期井筒中气体运移 规律,建立了环空井筒多相流瞬态模型,并将计算值与实验测量值进行对比,验证了该模型的 稳定性和精度。模拟了截面含气率随井深变化规律,以及排量、注气量和井口回压调整时井底 压力动态变化规律。结果表明：带压１～２ＭＰａ 钻进可以大幅改善近井口处两相流流型,有利于 安全高效作业;在井筒压力控制对应的工程参数中,调整井口回压的时效性最高,排量其次,注 气量最差。研究结果为充气控压钻井中作业参数选取提供了理论依据。     

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。     

特殊条件下压力容器耐压试验压力的确定

耐压试验是压力容器制造过程中的最终检验,是确保容器制造质量及安全运行的条件之一,提出了特殊条件下确定立式容器、真空绝热压力容器和固定式管板换热器3种压力容器耐压试验压力的建议.     

用特征点计算拟合压力

在水力压裂压力递减曲线分析中,对二维裂缝模型分析问题的关键是拟合压力的确定,因为拟合压力的准确程度将直接影响压裂液滤失系数、裂缝几何尺寸等参数的可靠性。而目前采用的曲线拟合法、直角坐标法、双对数坐标法等确定拟合压力的方法均存在一定的局限性,误差较大。文中提出用中后期压力稳定点为特征点计算拟合压力的方法,具有准确、方便、快捷的优点。并进行了实例计算验证。     

钢制压力容器试验压力的研究

应用可靠性设计方法,对钢制压力容器试验压力进行了研究,定量分析了试验压力与影响因素 之间的关系。     

利用测井资料预测孔隙压力、破裂压力和坍塌压力

钻井液漏失、井喷、井壁坍塌和油气层受污染等异常情况,主要受地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力（以下简称“三压力”）控制,是钻井技术人员经常面临的问题。钻前建立“三压力”剖面,就可以设计出钻井液安全密度窗口,保证油田勘探开发生产中的钻井施工安全。电缆地层测试直接获取较为精确的地层孔隙压力,利用偶极声波测井方法能预测出破裂压力和坍塌压力,建立其连续剖面。最终建立了准噶尔盆地“三压力”成果数据库和网上查询系统。     

利用负压解除压差卡钻

负压解卡技术主要是利用地层流体压力与钻井液柱压力之间的压力差来解除压差卡钻,早已劝外应用。但是该方法技术含量高,风险大,所以国内很少采用。文中首先分析了负压解卡技术的机理、风险及使用条件,重点介绍了该技术在中原油的现场应用效果。从而证明,坟解地压差卡钻是一种行之有效的施工方法,具有成本低、见效快等优点。     

高压油藏钻井过程中的压力控制

在高压油藏钻井过程中 ,为控制井底循环压力、减小风险 ,常规方法是采用过平衡压力钻井。过平衡压力钻井特别容易造成井口压力过高或钻井液密度过大。井口压力过高 ,对司钻人员及井口设备不利 ;钻井液密度过大增加了钻井成本。动态压力控制方法是针对高压油层钻井而开发的一种新技术。它是在油井内建立第二个环空 ,通过第二环空循环液体的摩擦压力损失来控制井底压力 ,它使低压头钻井和欠平衡动态钻井成为切实可行的方法。     

压力衰竭地层中水平井段的破裂压力

分析了岩层地应力随地层压力衰减的变化，讨论了压力衰减及泥浆滤波渗入地层对地层破裂压力的影响，建立了压力衰竭地层中水平井段地层破裂压力的分析模型。结合大港油田官９０５断块的地质条件，估算了大港油田官Ｈ－１水平井段的地层破裂压力，对现场施工有一定的指导意义。     

超高压气井井底压力计算

超高压气井井底压力计算是采气工程基础技术的一大难题，文中通过能量守恒方程式、真实气体状态方程式，应用解题思路得出推导的数学模型，较好地解决了70MPa以上的超高压气井－新851井的井底压力、无限流量、地层压力计算问题，有显著的推广应用价值。