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1、文章编号:1006-6535(2011)01-0132-03控压钻井井筒压力控制技术初探1,22212王延民,唐继平,胥志雄,李皋,阎凯(1油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都610500;2中油塔里木油田公司,新疆库尔勒841000)摘要: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
2、率,降低作业成本。关键词:控压钻井;压降;排量;地层压力;回压中图分类号:TE2429文献标识码:A井液从立管到出口形成1个闭合、承压的循环系引言统,从而实现钻井优化;国际钻井承包商协会[4-6]伴随着各大油气田的长期开采,主力油气层目(IADC)对控压钻井MPD作了如下定义。前大多进入开发的中后期,部分地层压力已开始衰MPD是一种经过改进的钻井程序,它可以较竭,因此,在今后的油气勘探中,压力衰竭地层的开为精确的控制整个环空井筒的压力剖面,目的是确发将成为国内外各大油气田增产上储的主要手定井底压力,来控制环空的压力剖面。目前,根据[1]段。然而由于地层压力衰竭
3、,且可能伴随有多所使用压力控制及作业方式的不同,IADC对MPD[7]套压力体系的复杂裸眼井段,造成钻井液安全密度的分类主要包括以下4种。窗口窄,引发钻井液油气侵、压差卡钻、黏附卡钻、(1)井底压力常数控压钻井CBHPMPD。喷漏同层、上漏下喷和井壁垮塌等一系列钻井问无论在何种工况下,通过控制地面设备,能够在窄[2]题,甚至导致钻井作业无法正常进行。控压钻安全压力窗口下安全钻进,实现有效的控制井底压井MPD(ManagedPressureDrilling)作为一种新力,安全钻进。的钻井技术,利用欠平衡设备和技术,改变钻井液(2)泥浆帽控压钻井PMCD。它属于钻井[
4、2-3]排量、井口施加回压、地面注气量等参数,选择液失返的一种钻井技术,但符合条件的地层不多,合适的两相流(TwoPhaseGasLiquidFlow)数学模发展与应用受到一定的限制。型,利用水力学的严格推理与计算,保证了井筒环(3)双压力梯度MPD。目前该技术主要在海空压力剖面的精确控制,方便快速调节环空钻井液上带有隔水导管的钻井平台及钻井浮船上应用。当量循环密度;使井底压力恒定在一定范围之(4)健康、安全、环保MPD(HSEMPD)。该[2]内,降低或避免上述钻井问题,减少非生产作业MPD钻井作业主要用于含H2S地层,使用闭合承时间。这对进一步深化和完善控压钻井的理
5、论研压钻井液循环系统更严格控制井底气体产出,通过究及指导现场应用具有重要的现实意义。专用的分离器处理H2S等有害气体,降低地面危险等级。1控压钻井的定义及分类在CBHPMPD作业方式中,由于充气泥浆钻MPD应用了较先进的欠平衡设备及方法使钻井的当量密度能方便、快速、大范围调整,使用更为收稿日期:20100515;改回日期:20100918基金项目:受国家高技术研究发展计划(863计划)资助(2006AA06A104)作者简介:王延民(1977-),男,1999年毕业于重庆石油高等专科学校钻井专业,2009年毕业于西南石油大学油气井工程专业,获工学博士学
6、位,主要从事控压钻井、欠平衡钻井及气体钻井过程的井壁稳定、携岩和压力控制等方面的研究工作。第1期王延民等:控压钻井井筒压力控制技术初探133灵活。笔者重点对充气控压钻井进行讨论和分析。mvm(Do-Di)。m2井筒环空压降模型建立式中:K为速度相关量;Do为井筒直径,m;Di为钻综合分析气液两相流模型主要包括均相流模具外径,m;Re为体积流量雷诺数。型、分相流模型和漂移流动模型本论文采用漂移流假设多相流动的运动速度在一定区域内保持动模型。不变,由于运动速度引起的多相流加速压力梯度计充气控压钻井井筒环空压降的推导,可根据算公式为:Beggs-Brill的方法模
7、型为基础,考虑了岩屑固相的pmmSGp=(6)zAccpz影响,采用压降计算方法进行推导。假设外界没有对式中:SG为气相黏度,mPas;p为压力,MPa。气液两相混合物作功,气液两相混合物也没有向外界作功,从稳定流动的多相流机械能守恒出发,得出单3实例计算与分析[8-9]位质量的气液固多相混合物的计算公式如下:pppp=++(1)31实例计算基础参数zTzHyzFriczAcc式中:下标T、Hy、Fric、Acc分别代表总压降、重力以某井三开井身结构及钻具组合为例,0178压力梯度、摩阻压力梯度
