控压钻井技术研究

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1、控压钻井技术研究伊明陈若铭杨刚(中国石油西部钻探克拉玛依钻井工艺研究院)摘要：控压钻井技术因其可有效降低窄密度窗口钻井喷、涌同层等钻井工程复杂情况、提高钻井时效，已成为近年国内钻井新技术研发热点。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。本文重点介绍了我院自主研发的基于井底恒压的控压钻井系统，并介绍了利用该系统实现压力控制衔接的工艺方法。最后，给出室内实验数据。关镀词：控压钻井窄密度窗口自动反馈信号采集压力控制随着我国石油勘探与开发向深部复杂地层的不断发展，窄密度窗口安全钻井的问题越来越突出，常出现诸如井涌、井漏、有害气体泄漏、起下钻时间过长等钻井复杂问

2、题。窄密度窗口安全钻井问题已经是造成深井、高温高压井等钻井周期长、事故频繁、井下复杂的主要原因，成为影响和制约石油勘探开发进程的技术瓶颈。针对窄密度窗口的安全钻井问题，目前国外常用的方法是控压钻井(managedpressuredrilling,MPD)技术。控压钻井的概念由美国Weatherford公司在2004年举行的SPE/IADC钻井会议上首次提出，该技术与欠平衡钻井(UBD)和空气钻井(AirDrilUng)技术被IADC划分为钻井过程中的控制压力钻井的三大体系。控压钻井技术的关键是将钻井循环流体系统作为一•个压力容器进行控制，完成相关钻井作业，可解决钻井中的复杂压力控制问题，通过

3、降低非生产时间和减少钻井风险来优化钻井工艺。控压钻井主要是通过对井口套管压力、流体密度、水力摩阻等的综合控制，精确控制整个井眼环空压力剖面，使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间，有效控制地层流体侵入井眼，减少井涌、井漏、卡钻等多种钻井复杂情况，非常适宜孔隙压力和破裂压力窗口较窄的地层作业。MPD主要有4种应用方式：恒定井底压力MPD(CBHPMPD)、钻井液帽钻井(MCD)和双梯度钻井(DGMPD)、健康安全环境技术(HSEMPD),目前已成功应用一百余口井。国内西南石油大学及中石油钻井院等进行了相关的攻关研究，塔里木油田等进行了国外先进的控斥钻井技术的引进与应用，冃前国内整体水

4、平尚处于起步阶段。作者简介：伊明(1972—)，男，2007年中国石油大学(北京)油气井工程专业硕士研究生毕业，高级工程师，西部钻探钻井工程技术研究院所长，主要从事欠平衡钻井、控压钻井技术研究及推广工作。—163—1控压钻井概念及压力控制原理1.1控压钻井的定义国际钻井承包商协会欠平衡作业与控制压力委员会定义:MPD是用于精确控制整个井眼压力剖面的实用钻井程序，其目的在于保持井底压力在设定的范围以内。目前，国内部分学者从广义角度称为管理压力钻井，认为MPD包括过平衡、近平衡、欠平衡钻井等一系列钻井工艺技术，现场把MPD称作是控制压力钻井技术，但不管MPD中文名称如何，其主要技术特点和核心的技

5、术目标是一致的，即：(1)将工具与工艺相结合，通过预先控制环空压力剖面，可以减少窄安全密度窗口钻井相关的风险和投资*(2)可以对回压、流体密度、流体流变性、环空液面.循环摩擦力和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制，(3)可以快速应对、处理观察到的压力变化，能够动态控制环空压力，更经济地完成其他技术不可能完成的钻井作业：(4)可用于避免地层流体侵入、操作(包括用适当的工艺)发生的任何流动都是安全的。1.2控压钻井与欠平衡钻井控压钻井起源于欠平衡钻井，二者有类似之处，许多欠平衡设备同样适用于控压钻井作业，且控压钻井发展初期主要依靠欠平衡钻井理论和设备，但是这两种工艺在压力控制目标、实现目标的装备

6、配套等方面均有一定区别。更重要的是这两种工艺在井底压力控制目标、施工目的、设备配置与地质工程效果等方面存在差别。(1)对井底压力控制的区别：控压钻井属于过平衡钻井，通过精确控制钻进、起下钻作业过程中的环空压力剖面，保持井底压力大于或等于地层的孔隙压力。而欠平衡钻井过程中井底压力小于地层的孔隙压力，允许地层流体进入井筒，有效控制循环至地面处理实施“边喷边钻”，而控压钻井过程中地层没有流体产出。(2)施工目的不一样：欠平衡钻井主要解决储层伤害问题，提高机械钻速。控压钻井主要是为了解决窄安全密度窗口带来的井漏、井塌、卡钻、井涌等井下复杂问题，因为作业时采用闭式压力控制系统，更适合于控制井涌、井漏，

7、通过动态压力控制或自动节流控制，可以快速控制地层流体侵入井内，安全性高。(3)装备配套的区别「大多数情况下，欠平衡设备可用于控压钻井，而为控压钻井所设计的分离设备的处理能力较小，但其他配套设备更为复杂。欠平衡钻井中所采用的辅助流动管线、储备罐及地质取样设备在控压钻井中不需要。控压钻井的目标是对井筒压力进行精确控制，以保持钻井作业各个状态井底压力的恒定。实现控压钻井目标，除欠平衡钻井所需的旋转防喷器之外，还需要