微流量控压钻井技术及其应用

1、微流量控压钻井技术及其应用 微流量控压钻井技术及其应用 【摘要】微流量控压钻井技术通过闭环控制系统对钻井液总的流入量和流出量微小波动的实时监测和控制，实现平衡或近平衡钻井。通过对微流量控压钻井技术的原理进行分析，结合工艺对关键设备的结构组成、功能特点和安装方式进行了全面描述，并结合复杂井段不同工况下的实际应用效果，指出该技术对井底压力实时精确监测和良好的控制能力，为该技术在国内的研究和应用提供参考。 【关键词】微流量；控压钻井；节流；回压 控压钻井是一种自适应的钻井程序，它比常规钻井更能精确的控制整个环空井筒的压力剖面；其目的是要确定井底压力，进而控制环空的压力剖面。控压钻井有四种类型，微流量

2、控压钻井是其中一种。 1、微流量控压钻井技术 微流量控压钻井技术主要是通过对井口回压、流体密度、流体流变性、环空液位和水力摩阻的综合控制，使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间，进行平衡或近平衡钻井，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的闭环控制技术。微流量控压钻井的根底是监测流体的微流入量和微流出量，保证系统能监测到的钻井液总流量波动范围很小，意味着对微流量的精确监测和控制。 2、关键配套设备 微流量控压钻井系统主要由旋转控制系统、MFC节流管汇系统、数据采集与控制系统等组成。 2.1旋转控制设备 旋转控制设备在井眼环空与钻柱之间起密封作用，提供平安有效

3、的压力控制，并能实现带压钻进作业，控制地面环空回压，使井底压力精确的保持在一定范围内，防止发生井喷，在微欠平衡钻进过程中能充分保证井口设备和操作人员的平安。 2.2MFC节流管汇系统 MFC节流管汇系统是将钻杆内部和环空看成一个密闭、承压的的系统。通过调节井口回压、钻井液性能、泵排量等参数使这个密闭系统在井底表现出的压力始终在一定的范围内。其中调节节流阀是重要的控制手段。 MFC节流管汇系统主要由两个自动节流阀和管汇组成，节流管汇上安装一个高精度质量流量计和多个精确压力传感器。高精度质量流量计能准确计量出口流体的质量、体积、密度、温度。质量流量计连同泵冲计数器、压力传感器测量的各种钻井液参数等

4、信号通过A/D转换器传送到智能控制单元。智能控制单元能实现节流阀开闭、节流阀开闭的速度、回压和立压等参数的实时自动控制。从而维持设计的井底循环压力，保证地面压力和流速不会超过设备的额定值。MFC节流管汇系统是一个闭环控制系统，从信号的检测到控制信号的传送以及动作的执行都不需要人工介入，由信号探测器、信号处理器以及指令控制器等完成操作。 2.3数据采集与控制系统 数据采集系统包括传感器，智能控制单元，效劳器，终端控制面板。智能控制单元是控压系统的大脑，负责采集分析数据，控制节流管汇。控制系统通过内置的一套软件实现与智能控制单元关联。软件内置四个模式：钻进模式、停钻模式、自动控制模式和非自动控制模

5、式，模式之间通过设定的条件进行关联。效劳器用于储存数据，所有数据与对应的曲线都可以以原始记录的形式保存下来，作为参考资料。终端控制面板为一台具备人机交互界面的计算机，操作人员通过面板设置以及控制整个系统。按功能不同，控制面板可分为操作员面板，司控面板和远程浏览面板。 3、现场应用 德阳×井是四川盆地川西坳陷新场构造南翼低部位的一口重点预探井，设计井深5900m。该地区钻井作业过程中主要存在的问题包括：机械钻速慢、储层伤害大、易喷易漏、平安施工井控风险高。本井在井深5303.5m-5362m的6-1/2吋井眼中应用微流量控压钻井技术，寻求解决这些难题。 3.1根底数据 德阳×

6、井四开钻进中采用微流量控压钻井技术，钻遇须家河二段地层，须家河二段地层压力系数，破裂压力系数。 3.2钻前准备 四开扫完水泥塞钻新地层3m，进行地层完整性实验，以1.56g/cm3的井浆密度，井口给压20.5MPa，稳压10min，地层未破，折算当量密度1.95g/cm3。 3.3钻进作业 地层完整性试验后，倒换阀门，转化到控压钻进线路，开始控压钻进。由于该区块邻井出现坍塌卡钻事故，经研究决定，用钻塞时的泥浆密度作为起始泥浆，然后在钻进的过程中逐步降低泥浆密度直至泥浆密度降至1.50g/cm3，在降泥浆密度的同时，观察井壁的稳定性。 泥浆密度调整到设计的1.54g/cm3并顺利钻进至5309.

7、4米，经观察未出现井壁垮塌现象，调整泥浆密度至1.50g/cm3。在微流量控压钻进过程中，系统共监测到三次溢流显示，且溢流量控制在0.3m3以内，比综合录井提前21分钟发现了溢流。监测到溢流后，系统会发出警报，提醒操作人员考前须知，同时自动增加井口回压循环至井底压力大于地层孔隙压力。与常规钻井相比，节省了压井时间，提高作业效率。 控压钻进井段随井深的增加，微流量控压钻井井口回压随钻井液密度的增大而降低，随钻井液密度的降低而增大。从而保持了井底当量密度的的相对稳定。 3.4接单根作业 在接单根过程中，作业人员将控压系统设定至井底压力恒定模式，系统能够自动计算并施加恰当的地面回压来补偿由于井下循环停止早损失的循环压耗，从而在整个作业过程中维持一个比拟恒定的井底压力。 4、认识与结论 微流量控压钻井系统能精确监测井内情况，并能准确记录井底压力、井口回压、溢流量等参数，为后续作业提供参考。 微流量控压钻井系统安装简单，该系统只增加少量的地面设备，无井下设备，消除因增加井下工具而造成的井下事故，同时也降低作业本钱。 微流量控压钻井技术能实现平衡钻井或微过平衡钻井，降低钻井液的压持作用，减少储层伤害。 参考文献 【1】Don M. Hannegan. Managed Pressure Drilling in marine Environments-Case Studi