宋深CP102控制压力钻井水力参数设计.pdf

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1、大庆石油学院学报第34卷第6期2010年12月JOuRNAIOFDAQINGPETROIEUMINSTITUTEVol

2、34No．6Dec．2010宋深CP102控制压力钻井水力参数设计韩福彬，张冶，王蔚(1．大庆油田有限责任公司勘探分公司，黑龙江大庆163453；2．大庆油田有限责任公司第六采油厂，黑龙江大庆163314)摘要：以控制压力钻井井底有效压力当量泥浆密度和地层压力当量泥浆密度差为目标函数，结合约束条件，建立水力参数优化设计的多元规划函数．以该模型为基础，对宋深CP102井排量、泵压等水力参数进行优化设计，保证了钻井当量泥浆密度和地层压力因数差为0

3、．070～O．093，满足了中国石油气体钻探标准规定，有力地保护了储层。为大庆及其他同类油田油气层保护，提高单井产能提供一条途径．关键词：控压钻井；水力参数；优化设计；宋深CP102井中囱分类号：TE242文献标识码：A文章编号：1000—1891(2O10)06—0072—03大庆深井钻井过程中地层漏失、压差卡钻、窄密度窗口等问题越来越突出，控制压力钻井(MPD)技术是解决这些难题的有效技术手段之一，并能提高深层钻井速度，及时发现和保护油气层，宋深CP102井就是在这种情况下实行的控制压力钻井Ⅲ1]．控制压力钻井技术是近十几年来发展起来的新方法，国内外学者做

4、了许多研究工作，王果等对控制压力钻井技术应用进行了研究，主要介绍MPD钻井技术的目标、优点和实现方法，加深了对MPD技术的特征及相关概念的理解，为研究和发展这一技术提供了理论基础L2]．刘超等E根据华北油田衡6井潜山地层钻井低压易漏特点和现场井下情况，从压力控制和防止井漏等方面进行了控制压力钻井方案设计，成功实现了衡6井的安全、快速钻进．黄明、石希天等分别介绍了控压钻井技术在川科1井和中古8井的成功应用经验，进一步推动这一技术的发展．宋深CP102井位于松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷宋站低隆起带，油气勘探目的是为了进一步评价宋站地区营城组三段火山岩岩性气藏的含

5、气情况，争取产能上有所突破，以实现该区块的储量升级．宋深CPlO2井是裂缝性火成岩储层，具有井底破裂压力较低，钻井液密度窗口小等特点．为了有效保护油气层，安全钻进，该井采用了控制压力钻井工艺技术，起钻时采用了憋压灌浆起钻的工艺技术．在控制压力钻井过程中水力参数对井眼净化、环空压耗及井底压力控制都有着重要的影响，这方面国内外可借鉴的文献较少，因此笔者研究了控制压力钻井水力参数优化设计方法．1目标函数控制压力钻井技术是通过准确预测地层压力、管理和控制环空压力，实现精确控制井底压差，解决钻井过程中由井眼压力控制不当引起的复杂问题，并通过快速改变操作处理井底压力突变，

6、使井底压力始终控制在安全操作范围内，并保护油气藏．1．1泥浆密度控制压力钻井井底有效压力当量泥浆密度和地层压力当量泥浆密度差△

7、0为△J0—100×L十一丝二，(1)’』D。h式中：P为环空液柱压力；P为环空压耗；P为井El回压；P为地层压力；p为密度；h为井深．首先?-U,~ml循环流体的流变模式，然后计算相应的雷诺数判别流态，进而确定范宁摩阻因数-厂，最终获收稿日期：2010一O7—30；审稿人：艾池；编辑：关开澄基金项目：国家科技重大专项(2008ZX05021)．作者简介：韩福彬(1970一)，男，硕士，高级工程师，主要从事钻井工程技术方面的研究·72

8、·第6期韩福彬等：宋深CP102控制压力钻井水力参数设计得循环系统的环空压耗情况，则为声一，(2)(Dh—D)。式中：．0为泥浆密度；Q为平均流量；D为井眼直径；D为钻铤外径．对于宾汉流体，其层流和紊流的范宁摩阻因数(N为雷诺数)分别为240．057一一’对于幂律流体，其层流和紊流的范宁摩阻因数分别为r24ra一一’式中：。一，6一，为流性指数．把式(2)代入式(1)得f!二一_：盘：]△lD—Pm+1Oo×fg。h。手(Dh～Dp)。．g．l‘’lJ1．2约束条件(1)施工排量能够携带岩屑，保证井眼净化(2)现场只根据泵压适当降低排量，实现钻进作业．现场带螺

9、杆钻具钻进作业时，排量为7～8I／s，泵压为20~22MPa；现场不带螺杆钻具钻进作业时，排量为8～9I／s，泵压为20~22MPa．以式(3)为目标函数，结合约束条件，构成多元规划函数，采用优化控制理论与方法，可实现对钻井水力参数优化设计．1．3Ap的最优取值(1)Ap％0，为欠平衡钻井．该种钻井方式可以降低储层伤害，及时发现常规钻井中易错过的储层，建立地面与油气藏之间良好的渗流通道，同时可以提高钻井速度，并解决钻井过程中的漏失、涌一漏等复杂情况．因此，如果地质条件和现场具备施工条件，这是理想的钻井方式．(2)△p一0，为平衡钻井．(3)△p>0，为过平衡钻

10、井．此时，井内液柱压力高于地层孔隙压力