于凤龙-威德福海上精确控压钻井技术及其应用.pdf

2010年3月30日 威德福海上控压钻井技术及应用威德福海上控压钻井技术及应用 于凤龙 威德福控压钻井和测试技术销售主管 2006 weatherford. all rights reserved. 2 威德福控压钻井轮状示意图 2006 weatherford. all rights reserved. 3 威德福测试服务能提供 1.为客户量身定制包括地面和井下为客户量身定制包括地面和井下 全套全套dst测试设备和工具。测试设备和工具。 2.为客户量身定制全套生产设施。为客户量身定制全套生产设施。 3.巴基斯坦巴基斯坦ppl项目，处理能力项目，处理能力 气体：气体：339,802方方/天天( 12 mmscfd) 239方方/天凝析油（天凝析油（1,500 bpd) 17 mt 液化石油气液化石油气/天天 12月里完工，包括土建、设计和建造月里完工，包括土建、设计和建造. 2006 weatherford. all rights reserved. 4 控压钻井 2006 weatherford. all rights reserved. 5 控制压力钻井定义 控制环空压力钻井是一种改进的钻井工艺，用于精确控制整个井 筒的环空压力剖面。其目的是对井下压力状况做到胸中有数，并 据此控制环空液柱压力。 控制压力钻井的目的是避免连续的地层 流体返出至地面，任何意外的地层流体侵入都要用合适的方法将 其循环出井对此定义的进一步诠释包括： 控制压力钻井通过将技术与设备相结合，对环空水力压力剖面进 行主动控制，从而降低作业窗口窄的油气井钻井的风险和费用。 控制压力钻井控制的参数可能包括回压、泥浆密度、钻井液流变 学、环空泥浆液面、循环摩擦压耗、井眼形状或者同时控制其中 几项。 控制压力钻井允许在发现压力变化时做出快速反应。动态控制环 空压力有助于开发经济不可行的区块。 2006 weatherford. all rights reserved. 6 控压钻井的挑战 2006 weatherford. all rights reserved. 7 威德福精确控压钻井的优越性 最先进的控制压力钻井技术(全球唯一的全自动控制系统)； 实现井涌早期检测（160升）； 允许使用低密度泥浆； 封闭的井眼系统可以得到更精确的地层孔隙压力信息； 更安全的气体检测。 降低非生产时间 2006 weatherford. all rights reserved. 8 钻井作业窗口 预测的地层孔隙压力 实际的地层孔隙压力 预测的地层破裂压力梯度 8101214161820 1800 2200 2600 3000 3400 3800 4200 4600 5000 5400 5800 6200 6600 depth (m) equivalent mud weight (ppg) 保持泥浆密度尽可能的接 近实际的地层孔隙压力曲 线有很多好处(或者其它技 术局限条件，如地层垮塌 压力曲线) 2006 weatherford. all rights reserved. 9 威德福精确控压钻井的实现方式 可以通过不同的方法完成钻井作业 控制出口流量-手动或者自动； 控制压力-手动或自动的-井底压力，地面回压，立压等； 自动检测和控制井涌-测定孔隙压力； 自动检测和控制井漏-测定破裂压力； 自动检测多种常规的钻井事故。 只有控压钻井可以实现以上所有的目的 方法的选择取决于井的设计、井的问题、钻井目的、钻机性能、 人员能力和可利用的设备 2006 weatherford. all rights reserved. 10 威德福控制压力钻井技术及设备简介威德福控制压力钻井技术及设备简介 紧凑型一体式自动节流管汇紧凑型一体式自动节流管汇 系统系统 体积小，安装方便 拥有智能控制单元，可以自动 实现回压的连续调节，精度高 亦可手动控制 拥有高精度的体积流量计，可 以精确测量、获取泥浆回流的 流量、密度和温度 先进的数据采集和处理系统先进的数据采集和处理系统 可以采集钻井液入口流量、立压、出口流量、套压入口流量、立压、出口流量、套压等关键钻井参数 检测漏失、溢流，识别假井涌漏失、溢流，识别假井涌，并以此作为依据向自动化节流管汇发出指 令，调节地面回压，控制井底压力 该系统的监测精度非常高 可以避免因工况判断不清而造成的不必要的时间损失。 2006 weatherford. all rights reserved. 11 威德福控制压力钻井技术及设备简介威德福控制压力钻井技术及设备简介 威廉姆斯威廉姆斯7100型旋转控制头型旋转控制头 旋转工作压力：2500 psi (17.5 mpa)； 静压 ：5000 psi (35 mpa) 底壳耐压: 10000 psi (70 mpa) 新型耐高压耐磨密封胶芯； 万能快速更换轴承总成 液压锁紧安全卡箍； 正压轴承润滑 轴承水冷系统； 动力控制系统 钻台控制监控台； 数字信息采集系统digs 2006 weatherford. all rights reserved. 12 威德福控制压力钻井技术及设备简介威德福控制压力钻井技术及设备简介 套管阀、钻杆浮阀套管阀、钻杆浮阀 套管阀也是威德福拥有自主专利权的设 备，在控制压力钻井作业中，套管阀可 以随套管下入井内，在起钻至套管阀之 上时，通过地面液压控制单元关闭套管 阀，隔绝井底压力，实现快速安全起、 下钻作业。截止至2008年，威德福已经 在全球完成200多只套管阀的作业。 威德福也拥有不同系列尺寸的浮阀作为 内防喷工具辅助控制压力钻井作业。 2006 weatherford. all rights reserved. 13 mud gas separator 两相立式分离器 float controlled valve prevents mud overflow &creates a fluid seal to prevent gas from entering the mud return line 6 inch primary and secondary inlets 8 inch gas out fluid level indicators pressure indicators pressure relief valve dnv designed crash frame nace mr-01-75 浮阀控制防止泥浆溢流， 并产生液密封来气体进入 泥浆回流管线 6 ” 主、次入口管线 8 ”出气管线 液位标示 内压标示 压力释放 挪威船级社（dnv）防 撞框架 美国防腐工程师协会认 证（nace mr-01-75） 2006 weatherford. all rights reserved. 14 控压钻井流程图 hcr2 hcr3 p rp1 m2 m1 m3 secure manifold to shale shakers hcr4 gas vent rig choke manifold coriolis gas separator blind ram pipe ram rcd 7100 gv7 gv8 choke a choke b gv6 gv5 gv4 gv3gv1 gv2 rig trip tank sc1 sc2 rc1 rc2 c5 c6 c8 c9 c7 c1 v4 c2 p1 flowline suction tank cement line rp2 aux pump well vausse choke to standpipe from standpipe mud bucket rig floor drip tray bleed off rig floor standpipe manifold cm1 cm2 k1 s1 s4 s2 s3 nrv1 nrv2 k2 c4 c3 v5 v6 t1 trip tank pump geospan p2p3 p1 = secure pressure sensor p2 = rig pressure sensor p3 = mud loggers pressure sensor p4 = second secure pressure sensor cmt mix tank hcr1 nrv3 flow paddle counter counter counter p 6“ x 5k hose p4 2 x secure pressure sensors geospan bhil to main flow line c10 p p bo1 bleed off line back into drip tray outlet 2006 weatherford. all rights reserved. 15 及时发现井涌，并自动控制 2006 weatherford. all rights reserved. 16 accurate determination of pore pressure 精确测定地层孔隙压力 accurate determination of pore pressure - 精确测定孔隙压力精确测定孔隙压力 2006 weatherford. all rights reserved. 17 accurate determination of fracture gradient 精确测定地层破裂压力梯度 2006 weatherford. all rights reserved. 18 井下气到地面-泥浆密度降低，出口流量增加 2006 weatherford. all rights reserved. 19 pipe wash out spp gradually decreasing 钻具刺穿-立压逐渐降低 2006 weatherford. all rights reserved. 20 到目前为止应用例子（2009.12） 54口井，井眼尺寸分别是：20 ”,12-1/4”,8-1/2,”6-1/2”,5-7/8” 60,000米，勘探和开发井 南美洲、北美、北海、地中海和西非 直井、斜井、高温高压和加密井 从浅井（330米）到深井（6600米） 应用的泥浆体系包括：水基、油基和合成油，比重从9.5ppg到18.9ppg 陆上和海上钻机（23个项目）-自升式、半潜式和钻井船 从标准的控压钻井（非常简单的构造）到特殊的控压钻井（井底压力 常压和全自动）和加压泥浆帽 客户包括：世界上几乎所有的大石油公司 2006 weatherford. all rights reserved. 21 offshore libya 利比亚海上项目 2006 weatherford. all rights reserved. 22 2006 weatherford. all rights reserved. 23 2006 weatherford. all rights reserved. 24 亚太区目前正在作业的项目-shell 新西兰 kapuni pressures 3160 3180 3200 3220 3240 3260 3280 3300 3320 3340 3360 3380 3400 3420 3440 3460 3480 3500 3520 3540 3560 3580 3600 3620 3640 3660 3680 3700 3720 3740 3760 3780 3800 3820 0.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.6 mud weight depth (m) static mud weight pore pressure eq mw with ecd fracture pressure k20 coal k1a k1b k1c k2a k3a k3e k3e11 k3e k3e22 k3e41 coal k3e42 kaimiro gas water contact 泥浆比重：泥浆比重： 1.14-1.15s.g 地面回压：地面回压：300-580psi 孔隙压力：孔隙压力：1.21s.g 破裂压力：破裂压力：1.25s.g 6-1/8”井段长：井段长：790米米 rop: 8.1m/hr 2006 weatherford. all rights reserved. 25 亚太区目前正在作业的项目-shell 新西兰 connection 27 3726 m 6420 6430 6440 6450 6460 6470 6480 6490 048121620 time (min) bhp (psi) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 flow in (gpm) bhp (psi)choke pressure (psi)flow in (gpm) 2006 weatherford. all rights reserved. 26 mpd can also increase rop 控压钻井也可以提高机械钻速 应用范围应用范围: 井眼不稳定 地层产水 煤线 环保限制不能欠平衡 应用实例：应用实例： 地点地点： 壳牌加拿大在不列 颠哥伦比亚 省东北部的 bullmoose 气田。 岩性：岩性：侏罗纪灰岩和白云岩 目的：目的：水平段500-1500m, 尽量钻遇天然裂缝。 主要困难：主要困难：岩石硬，研磨性 强，地层倾大，有断层，有 水和煤线。 机械钻速由机械钻速由1.4-2.4m/hr4.0m/hr 2006 weatherford. all rights reserved. 27 越南 回流控制 地点地点 cuu long 盆地盆地 目前有三个平台目前有三个平台 cuu long & jvpc 油藏油藏 裂缝花岗岩基岩裂缝花岗岩基岩 含油高度含油高度 高达高达 1,000米米 钻进过程中部分到整体漏失钻进过程中部分到整体漏失 通常情况下向环空通常情况下向环空 大泵量泵海水大泵量泵海水 (有些井泵量高达有些井泵量高达3000bbls/小时小时) 尽管向环空大泵量泵海水尽管向环空大泵量泵海水，仍有周期性气窜至地仍有周期性气窜至地 面面 采用插入式旋转控制头后采用插入式旋转控制头后，可以保持连续钻井，可以保持连续钻井， 同时把溢出的气体导走同时把溢出的气体导走 开始于开始于 2 年前年前 向环空大泵量泵海水允许向环空施加一部分回压。向环空大泵量泵海水允许向环空施加一部分回压。 最近的井因为漏失太厉害最近的井因为漏失太厉害，地层把所有的钻屑都地层把所有的钻屑都 吸纳了，吸纳了， 可能很快会转向加压泥浆帽钻井可能很快会转向加压泥浆帽钻井 2006 weatherford. all rights reserved. 28 增压泥浆帽钻井 (pmcd) 增压泥浆帽钻井增压泥浆帽钻井 在严重漏失或完全漏失地层，允许 安全有效钻进 。 关键特征关键特征: 地面无返出 (返出物流进地层) 以低于油气藏压力的泵压向环空低 泵速泵入高粘泥浆。 钻具内替入钻井液 (通常为水) 。 利用环空回压来平衡油气藏压力， 保持系统平衡。 环空轻泥浆环空轻泥浆 流体界面流体界面 牺牲液和钻屑进牺牲液和钻屑进 入地层入地层 2006 weatherford. all rights reserved. 29 马来西亚 加压泥浆帽钻井pmcd (半潜式平台) 亚太第一个亚太第一个 “隔水管帽隔水管帽”项目项目，马来西亚壳马来西亚壳 牌在牌在e-8油田利用半潜式平台油田利用半潜式平台stena clyde钻钻3口井口井 trip tank 55 bbls regen diverter alpine 3000 rch 13 5/8“ 5000# 13 5/8“ 5000# 13 5/8“ 5000# mud cross shale shaker wilkins air actuated pump flex hose from rch trippin g out of hole tripping in of hole 6“ radius rch ecological tray 6“ flow line 4“ pmcd supply line 4“ 600 globe valve - throttle trip tan k 55 bbls spider deck 3“ reset relief valve 400psi 2000 psi ball valve 2000 psi ball valve 7 1/16“ 5k hydraulic gate galve 3“ reset relief valve 400psi 70 x 2000 psi flex line 4“ ansi 600 gate valve ansi 600 6“ gate valve figure 6“ 206 figure 4“ 602 6“x 70 flex hose figure 4“ 602 figure 2“ 602 figure 2“ 602 3“ figur e 1502 3 “figur e 1502 mud pump isolated on lam to control annular pressure while drilling, 4“ hyd valves closed. booster line 16“ flow line pressure relief hard line 6“ 206 4“ 602 1/2“ npt port from rch tranducer assemblyannular pressure max 400 psi driller cabin 22 6“ 1 2 3 4 5 6 8 7 6 9 1 0 1 1 pmcd with rotating control devicevalve settings 2006 weatherford. all rights reserved. 30 马来西亚 加压泥浆帽钻井pmcd (半潜式平台) sarawak壳牌壳牌(东马来西亚东马来西亚)公司利用增压加压泥浆帽技术钻了三口井公司利用增压加压泥浆帽技术钻了三口井: 1口井漏失严重口井漏失严重 可能无法钻进可能无法钻进 2 口井很少漏失口井很少漏失 2006 weatherford. all rights reserved. 31 马来西亚 加压泥浆帽钻井pmcd (半潜式平台) 2006 weatherford. all rights reserved. 32 sarawak壳牌壳牌(东马来西亚东马来西亚)公司在公司在f-6 油油 田钻田钻3口井口井 无漏失无漏失 jintan 油田油田 2 口井口井 无漏失无漏失 e-8油田油田 4口井口井 严重漏失严重漏失 碳酸盐和喀斯特特征碳酸盐和喀斯特特征 气井气井5 年合同年合同 马来西亚 加压泥浆帽钻井pmcd (半平底供应船) 2006 weatherford. all rights reserved. 33 半平底供应船作业具有平台作业半平底供应船作业具有平台作业 的基本特征的基本特征 利用利用5-7/8” 钻杆钻杆， 所以特制了超所以特制了超 大的大的rcd轴承总成轴承总成 (r-1) 2 个钻机开始个钻机开始mpd 马来西亚 加压泥浆帽钻井pmcd (半平底供应船) 2006 weatherford. all rights reserved. 34 印度尼西亚 加压泥浆帽 (半潜式平台) 从泥浆泵来的从泥浆泵来的4” pmcd 管线管线 6” hcr 液控阀液控阀 4”压井管线到阻流管汇压井管线到阻流管汇 从灌注泵来的从灌注泵来的2” 注入管线注入管线 4” hcr 4” hcr 液控阀液控阀 隔水管的张拉器支撑着整个隔水管的隔水管的张拉器支撑着整个隔水管的 重重 量和量和pmcd设备设备 7100型型 2500psi动压的旋动压的旋 转控制头转控制头 6” 管线循环井到流动管线管线循环井到流动管线 隔水管处于拉伸位置隔水管处于拉伸位置 这套系统被这套系统被santos 用来钻了用来钻了11 口井口井， 然后然后knoc 钻了钻了1口井，口井， 现在返回现在返回santos执行长期合同执行长期合同 2006 weatherford. all rights reserved. 35 印度尼西亚 加压泥浆帽 (半潜式平台) santos pmcd 作业作业 sedco 601 2006 weatherford. all rights reserved. 36 pmcd 在sedco 601 半潜式平台 从灌注泵来的从灌注泵来的2”注入注入 管线管线 压井管线到阻流管汇压井管线到阻流管汇 6” 泥浆返回管线泥浆返回管线 接泥浆泵的注入管线接泥浆泵的注入管线 通过立管管汇通过立管管汇) 2006 weatherford. all rights reserved. 37 马来西亚 rfc (自升式平台) 6” 流动管线去钻台流动管线去钻台 接灌注泵的接灌注泵的2”管线管线 bod 旋转控制头旋转控制头 petronas carigali anding utara 项目项目 裂缝基岩裂缝基岩 (片岩片岩) ， 但裂缝中含有水敏的矿物，但裂缝中含有水敏的矿物， 形成了堵塞机理形成了堵塞机理 钻第一口井用水基液钻第一口井用水基液 第二口井将用合成油基第二口井将用合成油基 很贵很贵 rfc系统简单系统简单，没有没有tt型压力接头型压力接头 和仅有两条流线进出和仅有两条流线进出 以后转为以后转为bbhp井的可能性降低了合井的可能性降低了合 成油基的漏失成油基的漏失 降低了第一口井