控压钻井系统特性分析与关键工艺实现方法.pdf

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1、石油机械2011年第39卷第10期CHINAPETROLEUMMACHINERY钻井新技术控压钻井系统特性分析与关键工艺实现方法杨雄文周英操方世良纪荣艺刘伟(中国石油集团钻井工程技术研究院)摘要在系统总结和对比分析国外控压钻井装备特点和技术特征后，重点介绍了国内首台PCDS—I精细控压钻井系统研制进展，阐述了装备结构组成和功能特点，同时开发了一套控压钻井钻进、接单根、重浆压井和起下钻等控压关键工艺实现方法。现场应用表明，该工艺方法动态压力控制精度高，钻进过程系统回压控制精度达到0．2MPa，接单根、起下钻过程系统回压控制精度达到0．5MPa，能满足现场控压作业要求。关键

2、词控压钻井特性压力控制工艺0引言1控压钻井系统特性分析控压钻井是为解决复杂钻井问题、提高钻井效1．1国外控压钻井系统特征率及保障钻井作业安全而发展起来的。国外自目前国际上成功应用于控压钻井实践的装备主2003年第1次提出控压钻井概念，到2005年样机要有3大类一12J：Weatherford的MFC系统，试验成功，再到2007年的工业化应用¨，控压Schlumberger的DAPC系统和Halliburton公司的钻井技术已发展了各种不同的钻井形式，包括恒定MPD系统。不同控压钻井系统的技术特点如表1井底压力控压钻井、钻井液帽钻井以及双梯度钻井所示。从表可以看出，Wea

3、therford侧重于流量监测等。目前，全世界已有100多个控压钻井项目成功与控制，提前预知和处理微溢微漏是其技术要点；应用，在北海、墨西哥湾和巴西海上正逐步扩大应Schlumberger公司和Halliburton公司都侧重于压力用，在亚太地区也优势明显，并在安全快速钻井中控制，保持井底某一深度位置压力或ECD恒定。发挥着越来越重要的作用。国内控压钻井还属于起归纳起来看，控压钻井装备系统各有侧重点，但流步阶段。下面系统总结国外控压钻井装备特点量和压力控制都是其控制关键，自动化、快速响应和技术特征，重点介绍国内首台PCDS—I精细控和精确控制都是其技术目标，自适应控制是

4、其发展压钻井系统研制进展，包括装备组成和功能、工艺方向。控压钻井的概念清晰地表明了装备是关键、实现方法，并给出现场应用实例。工艺是核心的技术理念。表1不同控压钻井系统的技术特点基金项目：国家科技重大专项“窄密度窗口安全钻完井技术及装备”(2008ZX05021—003)。石油机械2011年第39誊第10期1．2PCDS—I控压钻井系统组成与特点压力35MPa，额定流量7．5lJs。回压泵的主要作巾同石油集团钻井I程技术研究院开发了以流用是流量补偿。它能够在循环或停泵的作业过程中量和压力控制为目标的井底恒PCDS—I精细控压进行流量补偿，提供节流阀一【作必要的流量；在整钻

5、井系统。如图1所示，系统主要由自动节流系统、个工作期间当排量过小时，也能对系统进行流量补同压泵系统、液气控制系统、自动控制系统以及控偿，维持井口节流所需要的流量，以维持节流阀有制L{J心等部分构成，围绕升简力控制，可实现钻效的节流功能。回压泵的循环是地面小循环，不通进、起下钻以及接单根过程中的压力平稳衔接。过井底图3PCDS—I回压泵系统总装图1．2．3液气控制系统液气控制系统是PCDS—I系统的执行系统，接收自动控制系统的工作指令并进行处理，同时向图1PCDS—I精细控压钻井系统组成下位机发送指令，来实现对各节流阀和平板阀的自1．2．1自动节流系统动控制。动态响应时间

6、小于1s，能实现地面压力如图2所示，自动节流系统由3个节流通道组控制装置手／自一体的安全互锁控制，以及钻井各成，具备自动节流其冗余节流切换、安全报警及出工况动态切换的高精度控制。口流量监测等功能。其性能指标为：额定压力351．2．4自动控制系统MPa；节流压力精度4-0．5MPa；工作』上力10MPa。自动控制系统由硬件、软件2部分构成。系统其中，节流阀A、B为大通径的节流阀，供正常钻硬件主要由地面压力、温度传感器、泵冲传感器、升大排量时使，【_f{。A为主节流阀，正常钻井时使流量计、PWD井下仪器和录井传感器等构成。采用，只有在节流阀A工作异常或发生堵塞时才自用现场装

7、置一控制器一上位计算机控制的3层递阶控动启动节流阀B，并关闭节流阀A的通道。节流阀制结构。系统测量精度0．2％，动态响应时间小于C为辅助节流阀，通径较小，在钻井泵停止循环1s。系统软件主要由参数采集与监测、实时水力时，由回泵启动后节流加回压用。流量计可以精学计算以及远程自动控制软件等构成。A动控制系确计量钻井出【__】流量，判断井下溢漏情况。同时为统具有较强的可靠性及抗干扰性。水力模型提供实时数据，及时调整回压。(1)参数采集与监测。实时采集并向钻井参数监测系统发送套管压力、节流管汇出口流量、节流管汇闸板阀r作状态、节流阀开度指示、同压泵