控压钻井概述

1、LOGO控压钻井调研报告控压钻井调研报告Contents控压钻井面临的难点控压钻井面临的难点先进控压钻井技术先进控压钻井技术控压钻井主要装备控压钻井主要装备控压钻井的主要分类控压钻井的主要分类控压钻井的定义控压钻井的定义控压钻井的定义IADC的定义：的定义：控制环空中水力控制环空中水力压力剖面来适应压力剖面来适应允许的压力窗口允许的压力窗口以及在此窗口内以及在此窗口内用工具处理钻井用工具处理钻井中发生的问题。中发生的问题。控压控压钻井钻井柳贡慧教授等人的定柳贡慧教授等人的定义：控压钻井是一个义：控压钻井是一个以井筒压力剖面为核以井筒压力剖面为核心的贯穿整个钻井作心的贯穿整个钻井作业的系统工程，

2、包括业的系统工程，包括钻前科学预测与设计钻前科学预测与设计、钻中实时监测与控、钻中实时监测与控制、钻后分析与措施制、钻后分析与措施控压钻井的原理v控压钻井技术是当前常用钻井技术之一，也是高效解决“窄密度窗口”钻井的有效手段。在钻井过程中，自动把随钻监测的环空压力剖面反馈到地面控制系统，地面自动调整回压及压力补偿，实现了对环空压力的闭环监测与控制。这种循环体系要求对环空钻井液水力学的精确计算和模拟，从而合理地预测、解释控压钻井过程中整个环空压力剖面以及采取相应的压力控制措施。通过降低钻井液的漏失和钻井相关的非生产时间等来提高钻井经济性，从而提高复杂条件下钻井作业的安全性和效率。通过调节节流压力保

3、持井底压力恒定何时使用控压钻井v 确定是否应用控压钻井需要考虑的方面 首先明确钻井中可能出现的问题，这些问题产生的影响，以及如果采取常规钻井方式可能造成的时间和经济上的损失； 考虑各种不同控压钻井方式在解决该井中的钻井难题能达到的效果； 考虑控压钻井专有设备、培训、钻井工程设计、控压钻井专家等带来的附加费用。v 控压钻井筛选步骤 确定作业目的； 获取数据； 评价分析；常规水力学、控压钻井水力学分析；确定重要的参数。MPD筛选流程图 控压钻井的主要分类井底恒压控压钻井井底恒压控压钻井加压泥浆帽钻井加压泥浆帽钻井双梯度控压钻井双梯度控压钻井HSE/密闭控压钻井密闭控压钻井传统分为四大类传统分为四大

4、类井底恒压控压钻井（CBHP）v 井底恒压控压钻井（CBHP）：是一种通过环空水力摩阻、节流压力和钻井液静液柱压力来精确控制井眼压力的方法，主要用于钻过窄或不明压力梯度窗口。图图1-控压钻井流程图控压钻井流程图加压泥浆帽钻井（PMCD）v 加压泥浆帽钻井（PMCD）：由性质不同的两种钻井液（即牺牲液和泥浆帽）分段共存于井筒内，环空漏层上部为高性能泥浆帽；牺牲液通过钻机泥浆泵注入，冷却钻头并携带岩屑流入漏层。主要针对裂缝性地层和严重漏失地层。双梯度控压钻井v 双梯度控压钻井（DGD）：采取一定的措施使隔水导管内的流体密度与海水密度接近（所有压力均以海底为参考点），使地层破裂压力和孔隙压力之间的余

5、量相对增大，主要用于深海钻井。HSEv 健康、安全、环保MPD（HSE）：是控压钻井的重要组成部分，主要用于含H2S地层，使用闭合承压钻井液循环系统更严格控制井底气体产出，通过专用的分离器处理H2S等有害气体，降低地面危险等级。控压钻井主要装备旋转防喷器（旋转防喷器（RCD）单向阀（单向阀（NRV）节流管汇系统节流管汇系统旋转防喷器v 旋转防喷器又叫旋转控制头，在井眼环空与钻柱之间起封隔作用，并提供安全有效的压力控制，同时具有将井眼返出流体导离井口的作用。钻杆内单向阀v 又称钻具止回阀，是MPD中的重要装备。由于MPD需要向环空中加回压，根据U型管原理，钻井液有可能被压回钻柱内。泥浆中岩屑会堵

6、塞钻具，甚至泥浆会从喷出钻柱，所以需要在钻柱内安装单向阀。下图为球形止回阀结构。节流管汇系统v 节流管汇：利用节流管汇中的节流阀启闭,控制一定的回压来保持井底压力的平衡。其它常用MPD工具v多相分离系统v氮气产生装置（NGU）vECD降低工具v实时压力/流速监测系统v连续循环阀v各种传感器比较成熟、形成商业化的产品主要有三类Weatherford 公司和Secure Drilling公司使用的微流量控制系统应用微流量控制原理和技术实施控压钻井，对进出口钻井液的微小压力、质量流量、当量循环密度、流速等参数进行实时监测，钻井工程人员在地面通过快速改变钻井液的特性以满足钻井工艺要求。通过高速网络将泵

7、、节流管汇和实时精确的水力学模型连接成一个系统，可以自动地测量、管理和控制井下压力，能够在钻进、接单根、起钻等过程保持井底压力，避免或减少井涌、漏失等事故的发生。改进了回压泵的自循环功能，使施加回压更加稳定，压力脉动更小，通过对出入口流量计流量的变化来实时调节节流阀开度达到改变环空压力的目的。先进控压钻井技术微流量控压钻井（微流量控压钻井（MFC）连续循环钻井（连续循环钻井（CCS）充气控压钻井充气控压钻井钻井泵分流器（钻井泵分流器（RPD）连续循环钻井v 连续循环钻井技术是指在钻井过程中，起下钻接卸单根时，可以不停泵而保持井眼处于连续循环状态的技术。该技术可有效克服因开/停泵造成的井下压力波

8、动，减少因压力波动造成的井下复杂情况及事故。连续循环系统主机连续循环钻井v 连续循环系统的工作原理是：首先关闭上、下半封闸板，在防喷器内形成一个密闭的容腔，在容腔内填充满高压钻井液后，利用动力钳卸扣，使钻杆接头脱离；接着用强行起下装置将上部钻杆提升至中间全封闸板上端，并利用钻井液分流装置与防喷器上的旁通阀，完成钻井液循环通道的分流切换，即钻井液完全从防喷器上的旁通管道泵入腔体，而钻井液泵与立管之间的通道被完全切断；之后关闭全封闸板，从而形成上、下两个密闭腔室，在上腔卸压后打开上半封闸板，并提出上部钻杆，这样就完成了卸钻杆操作。同样利用与上述相反的控制流程可完成加接新钻杆的操作，此时钻井液仍不断

9、被泵入井内，从而实现钻井液的连续循环。微流量控压钻井v 微流量控压钻井系统主要由 3 大部分组成：旋转控制头、微流量节流管汇和数据采集与控制系统。微流量节流管汇可根据工作需要调节钻井液流量等参数，钻井液地面管汇上装有 2 个钻井液微流量测量仪以及相关的传感器，传感器通过测量各种钻井液参数，并将采集到的压力、温度、流量、流速等信号通过 A/D 转换器送到中央数据采集与控制系统中，经计算机处理后发出下一步控制指令。微流量控压钻井v MFC钻井是通过监测微进口流量或出口流量，来实现监测钻井液总流量的微小波动范围。探测到小的流失与侵入，然后通过一定的方法来调整返回流量（通过回压泵与节流阀的共同作用或只

10、调节节流阀来实现），结果使井底压力平衡地层压力。MPD与MFC流程对比MPD简易流程图MFC简易流程图充气控压钻井v 充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。充气控压钻井依靠闭合、承压的循环体系，通过压力控制设备、注气方法等来调节流体密度、流体黏度、流量、回压和摩擦压力，更加精确地控制整个环空压力剖面，使得地层流体有控制地进入环空。Rig Pump Diverterv该装备能够克服回压泵的一些固有缺陷。在起下钻/接单根需要井口回压时，它可以将钻井泵泵向立管的钻井液导向环空中，从而起到回压泵的作用。这样就可以省去一个泵。实现控制目的的三个条件实现井控目标准确可靠的参数测量满足要求的硬件设备合理的理论算法控压钻井存在的难点v 然而，控压钻井技术毕竟只经历了不到10年的发展，仍然存在诸多的技术难点与不足，主要表现在：难以及时准确的确定安全压力窗口，难以及时准确的掌握井筒流动状态，导致压力控制反馈滞后、控制精度低、物质平衡控制困难。 复杂工况下井筒压力波传播规律与压力演变规律认识不清，已经成为实现精细、安全控压钻井的最大