国外控制压力钻井工艺技术

《国外控制压力钻井工艺技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

第32卷第1期钻采工艺V01．32No．1DRILLING＆PR0DUCⅡ0NTECHN0L0GY·27·国外控制压力钻井工艺技术向雪琳，朱丽华，单素华，盛勇。，赵莉(1川庆钻探工程公司钻采工艺技术研究院科技信息中心2胜利石油管理局渤海钻井总公司3塔里木油田公司开发事业部4四川川庆国际石油工程有限公司)向雪琳等．国外控制压力钻井工艺技术．钻采工艺，2O09，32(1)：27—30摘要：控制压力钻井(Managedpressuredr订ling)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。关键词：控制压力钻井；井底压力恒定；带压泥浆帽钻井；双梯度钻井中图分类号：TE242文献标识码：A文章编号：l006—768x(2oo9)01一oo27一o4随着已发现油气资源的日渐衰竭，对更深更复裂压力窗口较窄的地层作业，主要解决的是钻井问杂地层的勘探开发活动越来越多，而在钻探这些深题；而欠平衡钻井主要用于钻压力衰竭地层，降低表层复杂地层时，常常出现许多如井涌、井漏、有害气皮系数，提高油气采收率，主要解决储层伤害问题。体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等钻井复杂问题。据随着控制压力钻井技术的兴起，国外逐渐形成行业专业人员估计，通过常规钻井方法，不能开发的了系统的工艺理论，提出了不同控制压力钻井的工油气资源达70％左右，如果在钻进过程中对井下压艺技术，如井底压力恒定的控制压力钻井技术、带压力实施有效控制则可以较好地解决上述难题。控制泥浆帽钻井技术、双梯度钻井技术等。目前，国外压力钻井(MPD)技术就是可以缓解上述复杂情况weatherfbrd、shel1和stat0il等公司已进行了相关的的有效方法。控制压力钻井技术研究和现场试验应用，取得了较控制压力钻井技术主要是通过对回压、流体密好的应用效果。度、流体流变性、环空液位、水力摩阻和井眼几何形一、控制压力钻井工艺态的综合控制，使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间，进行平衡或近平衡钻井，有效1．井底压力恒定的控制压力钻井控制地层流体侵入井眼，减少井涌、井漏、卡钻等多井底压力恒定的控制压力钻井(CBHPMPD)是种钻井复杂情况，非常适宜孑L隙压力和破裂压力窗一种通过环空水力摩阻、节流压力和钻井液静液柱口较窄的地层作业。压力来精确控制井眼压力的方法。保持井底压力恒控制压力钻井和欠平衡钻井有相同的地方，都定就是对EcD进行精确控制，在钻进、接单根或起能够在钻井过程中对井筒压力进行控制，但是这两下钻过程中均维持一个恒定的环空压力，实现“近平衡”钻井。如图1所示，停泵时，环空摩擦压力种方法却有着本质的区别：控制压力钻井时，井底(AFP)升高，在井口施加一个水力回压，而开泵时，压力始终维持在地层孔隙压力和地层破裂压力范围环空摩擦压力降低，此时则停止施加回压，这一操作之间，与地层孔隙压力始终处于平衡或近平衡状态，使得井筒压力更为恒定，从而有效避免了开停泵时其目的是在钻井过程中控制地层流体的向井流动，出现井涌一井漏的恶性循环。通常情况下，当地层使地层流体不侵入井筒；而欠平衡钻井时钻井液柱破裂压力梯度接近孔隙压力时(即压力窗口窄)才施加的井底压力总是小于地层孔隙压力，因此地层会采用这种控制压力钻井工艺。流体会流人井筒。控制压力钻井适宜孔隙压力和破收稿日期：2oo8一O5—2O。．作者简介：向雪琳(1976一)，女，工程师，1999年毕业于原西南石油学院英语专业，现从事石油科技情报调研工作。地址：(618300)四J广汉市，电话：O838—5151343。 钻采工艺2009年1月·28·DRILLING＆PR0DUCT10NICHN0LOGYJan．2OO9从图3看出，带压泥浆帽钻井工艺是采用低密度钻井液钻衰竭层段，然后采用高密度钻井液将低密度钻井液压人漏失层段，继续钻进，所有低密度钻井液和流人井眼的流体都被压人衰竭地层。采用这种方法，即使所有低密度钻井液都循环失返，侵入衰竭地层，也能够有效控制井眼。控制压力钻井图1CBHPMPD井底压力变化图2．带压泥浆帽钻井技术泥浆帽钻井技术是一种“钻井液不返出地面”的较为成熟的钻井工艺，带压泥浆帽钻井(PMCD)则是在钻井中因环空流体密度较小而需在井口施加一个正压，因此称为带压泥浆帽钻井(见图2)，这也是与泥浆帽钻井的主要区别。带压泥浆帽钻井是一种控制严重井漏的作业方法，适用于陆上和海洋油气井眼严重漏失地层的钻进作业。泥浆帽钻井和带压泥浆帽钻井都适用于钻严重漏失地层，但是，若储层压力低于静水压头，则应采用泥浆帽钻井工艺，在钻井液漏失过程中，向环空打入清水，一旦侵入井眼图3CBHP工艺流程的气体被环空内的清水压回漏失层段，即可继续钻进，然而，当储层压力高于静水压头时，就必须采用3．双梯度钻井技术带压泥浆帽钻井工艺，利用加重钻井液来平衡储层双梯度钻井(DGD)技术是国外近年来提出的压力。一种深水钻井技术新概念，其基本原理是在同一井筒内控制两种密度的流体，作业时井眼上部井段打入低密度钻井液，下部井段打入高密度钻井液，通过双泥浆密度体系，使压力窗口维持在地层孔隙压力和破裂压力之间。实现双梯度可采用水下泵系统或总灌注海水等方法降低隔水管中钻井液的密度。图4垂深为双梯度钻井压力分布图。l图2PMCD压力梯度分布总垂带压泥浆帽钻井过程中(图3)，从地面向钻杆／深套管环空内注入液态“泥浆帽”，通常，注入的泥浆i帽已经过加重和增粘处理，注意高密度钻井液应缓慢注入环空，防止油气上窜进入环空，从而保持良好的井控状态。为了更好地携带钻屑，避免钻屑在钻头以上层段的孔洞或裂缝中沉积，在岩屑上返的同Pa——’时，还需要向钻杆内注入一种Sac钻井液，通常是清图4双梯度MPD压力梯度分布水或盐水。若所钻地层含腐蚀性物质，则应向清水双梯度钻井能够有效钻人破裂压力梯度低的深或盐水中添加缓蚀剂。部地层，其作业目的并不是将井底压力降低至欠平 第32卷第l期钻采工艺V01．32No．1DRILLING＆PR0DUCT10NTECHNOLOGY·29·衡状态，而是为了防止因环空钻井液柱比重过大而钻井液，泥浆泵上连接l14．3mm管线，用于连续传出现地层压裂。作业时，钻井液按常规方法打入钻输31MPa立压。D0wellschlumherger、Intervep和委柱内，返出时，钻井液并不是通过海洋隔水管环空返内瑞拉国家石油公司研究院共同研发了混合一金属出，而是通过一根寄生管线将钻井液和钻屑从海底一氢氧化物(MMH)体系，用作泥浆帽流体，这种流返出到地面(如图5所示)。随后，泥浆管线之上的体不易与原油混合，从而有效降低漏人地层的钻井环空被注满海水，其目的是使f临界井深保持一个适液量。当的静水压力。钻井液仍然会通过环空，但是流程作业设备：钻井平台为小型自升式平台，采用标较短，仅从井底流到海底泵，这减少了下至总井深的准泥浆泵、立管和顶驱系统，额定压力为31．5MPa。套管数量。对钻机作了一系列改动，现有防喷器组未进行改动，用于二次井控。一次井控则通过泥浆帽和旋转头提供的井口回压共同实施。因此需要辅助防喷器组和相关控制设备。循环系统也有所改变，使其中一个泵用于向钻柱内打入盐水，另一个泵向环空打入泥浆帽。施工：钻入目的层段后，钻井液全部漏失，因此转为采用带压泥浆帽钻井方法。在一次下钻过程中，井壁失稳，为了保证能够顺利实施压井，因此要大幅度降低液柱压力。当钻具上提至井口后，从震击器冒出原油，这表明原油和钻井液在井下大量混合。随着钻井深度的加深，储层压力升高缓慢，经分图5双梯度钻井隔水管和设备简图析，认为这是由于钻井液在裂缝系统中的胶凝作用造成注入压力升高引起的。该井最大井口环空压力二、控制压力钻井应用实例为8．27MPa，机械钻速较常规钻井差不多，PDC钻头磨损严重，但是该井采用带压泥浆帽钻井技术后，控制压力钻井的作业目的是确定井下压力范成功钻达总井深，且地面未监测到H，S，若采用常规围，并控制环空液压分布，以解决诸多钻井难题。据钻井工艺，是不可能实现的。统计，2004年以来，国外海洋钻井实施了50余次2．MPD在东南亚裂缝性碳酸盐岩地层的应用MPD作业，作业区域主要位于亚太地区，但在委内在东南亚碳酸盐岩地层的钻井情况非常复杂，瑞拉、北海、墨西哥湾和巴西也进行了MPD作业。钻遇高度裂缝性和多孔碳酸盐岩地层时常常出现严1．MPD在委内瑞拉海上酸性高压裂缝性地层的应重井漏，有时钻井液甚至全部漏失。在这些地区，主用实例要采用水泥和多种堵漏材料(LcM)进行堵漏，但作钻酸性高压裂缝性地层时往往会遇到复杂和不业时间不长，效果不佳，很快又会出现新的漏失，需可预见的灾难性井喷问题。Shell委内瑞拉S．A．公要注入更多水泥堵漏，使作业时间延长。据统计，单司采用带压泥浆帽钻井工艺成功钻入Cogollo海洋井注水泥堵漏次数常常超过30次，严重影响井眼采酸性高压裂缝性碳酸盐岩地层，并钻达总井深，成功收率。而采用控制压力钻井技术则可以解决上述相完成了钻井作业，这是常规钻井方法不能实现的，具关钻井问题，在印度尼西亚和马来西亚东部采用带有首创性。压泥浆帽钻井工艺，在越南，成功运用钻井液返出控地质条件：cogollo油藏位于委内瑞拉马拉开波制技术，在钻井过程中分流气体而不需关井。湖Urdaneta西部。该油藏目的层段岩性为致密灰带压泥浆帽钻井工艺是东南亚地区应用最多的岩，主要产出轻质原油，rITvD394～4l9m，厚约25控制压力钻井技术之一，其常规作法是在环空中注m，间有白云岩、砂岩和页岩夹层，致密灰岩层段发入一种黏稠的加重(或非加重)钻井液，设计静液柱育有大型天然裂缝，渗透率较高。地层原始压力当压力为0．7～1．4MPa，小于地层孔隙压力，表示所量泥浆比重约1．68cm，H：S含量30000mg／L，对应产生的地面关井压差为0．7～1．4MPa。通过井下温度137．8℃。井口压力波动监测以下三方面：①环空气窜：当以设作业设计：设计采用1．2cm饱和氯化钠作为计排量和体积向环空内注入钻井液时，环空出现气 钻采工艺2009·30·DRILLING＆PR0DLjCTJ0NTECHN0LOGYJan窜，则应将气体回注到地层。②钻入油气层时，孔隙的地层，在一定程度上增加了储量，提高了笠压力增加：可大幅度提高环空泥浆比重，将井口压力益。控制压力钻井三种不同应用工艺都有其牛维持在旋转控制装置或井口设备允许的范围内。③适用范围，井底压力恒定的控制压力钻井适裂缝堵塞：由于钻屑堵塞裂缝导致地层裂缝闭合或隙压力和破裂压力梯度窗口较窄的地层，带￡局部闭合，则不能继续采用带压泥浆帽钻井，应恢复帽钻井适于钻严重漏失地层，而双梯度钻井常规钻井。钻破裂压力梯度较低的深水井。东南亚地区实施海上带压泥浆帽钻井时，基本参考文献上实施的是如下方案：在需要实施带压泥浆帽钻井的井眼，事先安装好带压泥浆帽设备，包括RcD轴J0hnMcCaskil】．JoeKinder，B0b(odw．M承装置。常规钻井时，返排的流体通过一根从RcDwe1lborePressure、vhjleDri1ling[J．Dring(t0r．Mar(：}ADr订2006．接出来的152mm软管回流至井队节流管汇。一旦MedleyGeo『geH．Reyn0ldsPatrickBB．Distinctj出现严重井漏，液压阀立即隔离流动管线，并通过一iationsofManagedPressur℃DrillingExhi})itApI根专用管线向环空注人流体，开始实施带压泥浆帽Poten【ialj1．World0Ii．FeI)Ⅲa2O06．钻井。这一转换只需几分钟时间。与带压泥浆帽系I{anneganD0nM．ManagedPressureDri1hngin统连接的其它管线，包括钻井液补给泵管线、卸压管r●Lr●Lr一Envir0nmel1ts—CaseStudiesJ．SPE／IADC9260IrlrL线和节流管汇，直径都是50．8m1m。若有少2量气体3451j]J]J1jHer丌nan]njRobertP，ShaughnessyJohnM．Two]泄露到地面，可以将其排出，不需将气体压回地层。f(】rAchievingaDualGradntinDeepwater[J]IADC67745．三、结论及建议ohnKozicz．Managed—PressureDriUing—Recentence，P0tentialEmciencyGains，an(jFuture0p控制压力钻井工艺技术可提高井眼的可钻性，tiesJ．IADC／SPEl03753．缓解由于地层压力波动引起的一系列钻井问题。由(编辑：于采用控制压力钻井可以钻常规钻井方法不可钻入，々简讯》8、E卿日辞{带母e四川省科技期刊编辑学会石油期刊工作委员会2008年会召开2008年12月25～26日，由《钻采工艺》编辑部承办的“四川省科技期刊编辑学会石油期刊工作委员会20O8年会”在广汉川庆钻探公司钻采工艺技术研究院召开，来自四川省科技期刊编辑学会、《西南石油大学学报》、《成都理工大学学报》、《天然气工业》、《天然气技术》、《石油与天然气化工》、《天然气勘探与开发》、《天然气化工》、《钻呆工艺》等单位和川内石油期刊的代表参加了本次年会。川庆钻探公司钻采工艺技术研究院副院长、《钻采工艺》杂志主编韩烈祥致欢迎词，四川省科技期刊编辑学会秘书长贺之强讲话，祝贺会议召开，对石油期刊工作委员会成立三年来的运作表示满意和欣慰。《天然气工业》主编冉隆辉就期刊宗旨、特色、编辑业务技术提高、稿源的组织与审稿等，成都理工大学教授向阳、王兰生就编辑与作者加强交流、合作互助等，《西南石油大学学报》主编刘全稳就如何加强编辑部自身建设等作了精彩的发言。会上发言的还有《成都理工大学学报》主编胡晓强、《石油与化工》副主编颜廷昭、《钻采工艺》编辑部副主任黄晓川、《天然气勘探与开发》副主编周国英、《天然气技术》胡应富等．抒己见、取长补短，交流办刊工作的体会和经验，探讨新形势下期刊深化改革发畏的新思路，并就四川相关油气期刊康、持续发展的问题进行了研讨。会上还介绍了由中国科技信息技术研究所组织召开的“中国科技论文统计结果发j情况，就万方、清华同方(cNKI)分别要求专指代理各家期刊全文上网业务的可行性等进行了探讨。(吴j