【5A版】控压钻井新技术及其应用.doc

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1、7A版优质实用文档控压钻井新技术及其应用337A版优质实用文档7A版优质实用文档DaveElliott壳牌勘探与生产公司荷兰海牙JulioMontilva壳牌勘探与生产公司美国得克萨斯州休斯敦PaulFrancis荷兰海牙几十年来，钻井工程师们一直都是采取谨慎控制泥浆比重，使其静水压力高于所钻地层孔隙压力的做法。如今，工程师们发现通过在地面控制压力来控制井底钻井工况具有很大的优势，从而突破了以往在井壁稳定性和地层破裂压力方面遇到的限制。337A版优质实用文档7A版优质实用文档DonReitsmaJa

2、yeShelton得克萨斯州休斯敦VincentRoesTalisman能源公司加拿大艾伯塔省卡尔加里《油田新技术》20GG年春季刊：23卷，第1期。©20GG斯伦贝谢版权所有。在编写本文过程中得到以下人员的帮助，谨表谢意：休斯敦的SonnYEsPEY，PaulFREDERicks，WaYnEMatlock，MaRiEMERlE，MikERaffERtY，RoGERSutER以及ERicWilsHusEn。HOLD是斯伦贝谢公司的商标。AUTOCHOKE和WARP是M-I有限责任公司的商标。337A

3、版优质实用文档7A版优质实用文档钻井作业处在高压与低压环境内。异常的地层压力可能会导致机械钻速降低，钻井成本增加，甚至钻井失败。随着这种情况的频繁出现，作业者现在都致力于使用不同于以往的钻井新技术来避免发生压力相关的钻井问题。其中一种新技术便是控压钻井技术（MPD）。传统的钻井技术通过控制井眼环空的静水压力来防止地层流体进入井筒。最理想的情况：钻井液或泥浆经过钻柱从环空返出期间能够产生一个高于所钻地层孔隙压力但又低于其破力范围就是钻井窗口，或称为孔隙压力-破裂梯度窗口。一旦ECD超出这一范围，作业人

4、员就必须下套管，开始钻进下面较小的井眼。保持井底压力高于地层孔隙压力梯度的钻井方式称为过平衡钻井（OBD）。自20世纪初期，绝大多数井都是采用这种方式钻进的。但是OBD也有其弊端，其中最大的弊端就是为了平衡地层压力而增加钻井液密度，使得ECD接近地层的初始破裂压力，因此不得不下入多级套管来防止井漏。在某些情况下，尤其是超深水337A版优质实用文档7A版优质实用文档14裂压力的当量循环密度（ECD）[1]。钻井专家将这一压力称为破裂梯度。介于孔隙压力和初始破裂压力之间的压钻井，即使在浅层段，相对于地

5、层强度，孔隙压力也可能很高，这就迫使作业者在钻达目的层之前下入大批套油田新技术337A版优质实用文档7A版优质实用文档管。结果在总井深处，井眼直径太小，无法容纳具有较大直径、能够开采具有工业价值油气产量的生产油管20-in.16-in.337A版优质实用文档7A版优质实用文档（右图）。并且，所增加的套管经常会大大增加井的最终成本，使其远超最初预算。除了以上这些过平衡钻井因素外，泥浆滤液和泥浆固相还会对地层造成损害。固相侵入地层并沉积在孔隙中，可能会减少产量，降低最终采收率。此外，钻井过程中的过平衡还

6、AB133/8-in.113/4-in.95/8-in.7-in.337A版优质实用文档7A版优质实用文档会产生压差卡钻和其他与井眼清洁有关的钻井问题[2]。解卡作业一般会导10111213/14151617337A版优质实用文档7A版优质实用文档致数小时甚至数天的非生产时间。更糟糕的是，尤其当其他情况也发生恶化，例如钻屑聚集，钻柱可能会被永远卡在井下，井有可能报废或者需要进行侧钻（右下图）。钻井液行业已经研究出化学添加剂和方法来减小因泥浆引起的地层损害和卡钻的严重程度及频率。在

7、20世纪80年代，为了增加井的经济效益，作业者通过钻水平井使井眼接触更多地层，但是他们发现无法将钻井液的ECD保持在破裂梯度以下。因为随着真垂深的增加破裂梯度也随之增加，但是从水平段前端到尾端的破裂梯度保持不变，然而随着井眼长度的增加，摩阻压力损失也会增加。因此必须增加泵压，以保持足够大的循环速度将钻屑从环空携至地面。如果水平段足够长，337A版优质实用文档7A版优质实用文档ECD将导致井底压力（BHP）等于甚至超过地层的初始破裂压力，造成井漏事故。1.ECD是循环钻井液针对地层产生的有效密度。ECD

8、的计算公式如下：ECD=D+P/（0.052GD），式中D是泥浆比重，单位为磅/加仑，P是井深D到地面的环空压降（Psi），D是井的真垂深（英尺）。2.钻柱无法围绕井眼轴线移动（旋转或上下移动）便发生压差卡钻。一般情况下，当较低的储层压力或较高的井筒压力（或二者兼而有之）产生的巨大接触力作用在一大段钻柱上时将会发生压差卡钻。粘滞力是井筒与储层之间的压差和压差所作用面积的乘积。因此，就卡钻来说，较低的压差作用在较大的工作面积与较大的压差作用在较小的工作面积