控压钻井技术及其应用

控压钻井技术及其应⽤
控压钻井技术及其应⽤
姓名： XX
班级：
序号：
学号：
摘要：控压钻井是利⽤封闭的钻井液循环系统，通过液⼒井的模拟程序来反馈数据，预测环空压⼒剖⾯，从⽽使⾃动控制压⼒系统⾃动调节节流阀，产⽣微⼩调节量来精确控制整个井眼的环空压⼒剖⾯。

本⽂介绍了控压钻井的概念和原理及其应⽤和发展。

关键词：控压钻井；MPD；钻井技术；应⽤
控压钻井是⽬前世界上最先进的钻井技术之⼀，能够对井底压⼒进⾏实时精确的控制、解决现场遇到的井下复杂钻井问题；理论研究与应⽤实践均表明，它可以有效的解决国内外普遍遇到的窄密度窗⼝安全钻井难题。

为了更好的掌握和运⽤该技术，从宏观⾓度将控压钻井看作为⼀项较复杂的系统⼯程，既要保证系统内任⼀组成部分能够正常运转，⼜要提⾼系统内各部分之间的协调能⼒，从⽽发挥其最⼤效率。

为此，提出了控压钻井系统⼯程（MPDSE）的概念——控压钻井系统⼯程就是将系统⼯程理论应⽤到控压钻井技术中的⼀种研究⽅法。

其主要内容是研究系统内部各组成部分的精确设计，系统分析各组成部分之间的相互关系和内部地位，优化处理各组成部分之间的相互制约性，实现系统的最优化。

⼀、MPD的系统组成和⼯作原理[1]
1、定义和技术特点
(1)MPD的定义：国际钻井承包商协会(LADC)⽋平衡和控制压⼒委员会(Underba1anced Operation and Managed Pressure Commitee) 将MPD定义为：MPD是⽤于精确控制整个井眼压⼒剖⾯的适宜钻井程序，其⽬的是确定井下压⼒的环境限制，并以此控制环空液压剖⾯。

(2)技术特点：它不同于常规的开式压⼒控制系统，⽽是依赖于封闭的循环系统通过调节井眼的环空压⼒来补偿钻井液循环⽽产⽣的附加摩擦压⼒。

MPD技术义个重要特点就是使⽤了⼀套封闭的系统，可增加钻井液返回系统的钻井液压⼒，以提供钻进的能⼒和在保持适当环空压⼒剖⾯的情况下能连续接钻杆。

适当的环空压⼒剖⾯阻⽌了钻井液流⼈地层造成对地层的伤害。

MPD技术的这种控制压⼒变化还提供了更好地控制井的能⼒，以及取得更精确的井眼压⼒控制、保持和返回钻井液的导流，较少中断钻井过程。

MPD这种⼯艺是在地层孔眼压⼒和裂缝压⼒梯度之间，完全允许“⼯作管线”通过精确控制环空压⼒剖⾯的⼀项技术。

MPD不是设计来增加油井产量或最⼩化趋肤危害的，⽽是为了克服⼀些钻井问题，如低渗透率、循环钻井液损失、差压卡钻，简化套管尺⼨和获得深层开孔井眼等。

对MPD的技术注解如下：
①、MPD⼯艺的采⽤可以减少具有狭窄井眼环境限制的、与钻井有关的风险和投资；
②、MPD可以对包括回压、流体密度、流体变性、环空液⾯、循环摩擦⼒和井眼⼏何尺⼨或这些因素的组合进⾏控制；
③、MPD可以较快地靠纠正作业来处理观察的压⼒变化，它动态控制环空压
⼒的能⼒容易完其他技术不能很好完成的钻井作业；
④、MPD技术可⽤于避免流体侵⼊地层，操作(包括⽤适当的⼯艺)容易发⽣的任何流动都是全的。

2、⼯作原理
在MPD的封闭循环系统中，钻井液从钻井液池通过钻井泵进⼊⽴管下降到钻杆，通过浮阀和钻头上部的环空，然后从RCD下⽅的环形防喷器流出。

再通过⼀系列的节流阀，到振动筛或脱⽓装置，最后回到钻井液池。

环空中的钻井液压⼒通过使⽤RCD和节流管汇，被保持在钻井泵出⼝和节流阀之间。

RCD允许管柱和全部钻柱旋转，所以，⽴管、钻杆和钻柱能连续⼯作。

(1)井的模拟控制：MPD系统通过液⼒井的模拟程序来反馈数据，该程序能阅读和处理包括井⾝和直径、地层数据、钻柱转速、渗透率、钻井液粘度、钻井液密度和温度等数据，然后预测环空压⼒剖⾯。

任⼀点的环空压⼒由静钻井液量、环空摩擦压⼒和地⾯的背压3部分组成。

由于静钻井液重⼒在给定的期间内基本上是常数，所以，能快速变化的其余2个参数是环空摩擦压⼒(适当改变钻井泵速度)和地⾯的背压(通过⾃动的节流系统控制)。

当决定需要调控压⼒剖⾯时，为了达到所需要的环空压⼒剖⾯，在模拟控制下，节流阀⾃动调节以改变因环空的钻井液流速增加或减⼩⽽引起的环空摩擦压⼒的变化。

⽤于MPD系统的⾃动控制压⼒(PowerAMPS)系统能⾃动调节节流阀，产⽣必要的微⼩调节量来维持所需的环空压⼒剖⾯。

(2)下套管后钻井下套管后钻井时，静的钻井液重⼒、环空摩擦压⼒和节流阀背压的曲是相对稳定的。

当接钻杆时，就会产⽣由MPD系统提供的压⼒值，即使钻井泵因接钻杆⽽停泵，能维持环空系统所需要的压⼒值。

在增强功能的MPD 系统中，当钻井泵减速钻井液流量减少时，由于AFP的减⼩，会出现低的流动速度，也就会产⽣较低的环空摩擦⼒。

AFP的减⼩量⼀定会同时被节流阀的背压所代替，井的模拟控制也就连续不断地送出新的压⼒校正号，并且⾃动控制压⼒系统就会调节并保持所需压⼒。

⼆、MPD的应⽤与发展
由于MPD的技术特点，⽬前在现场有如下⼏⽅⾯的应⽤。

1、开采天然⽓⽔合物[2]
天然⽓⽔合物具有⾮常⾼的商业价值。

全世界天然⽓⽔合物的资源量相当可观，仅美国探明的⼏块⽔域的最终可采⽔合物储量中的天然⽓含量就⾼达“4.25×1013--5.66×1013”，这虽接近美国⽬前国内天然⽓可采量，但可能还不⾜美国地下天然⽓⽔合物总储量的1％。

与常规油⽓钻井相⽐，在开采天然⽓⽔合物的钻井过程中，会打破⽔合物依存的平衡条件，由于压⼒的降低或温度的增加会造成⽔合物的分解并释放出游离⽓和⽔，由此会加重井眼的不稳定、井底压⼒的波动、⽔合物在井眼外的分解，以及在海洋开采时会有潜在的涌流和海床下沉。

这就要求在钻井过程中，必须精确控制井眼压⼒和温度，以维持易碎⽔合物储存的应⼒和条件，在钻井过程中防⽌其分解。

MPD系统能使储层保持规定的井底压⼒，以减少因压⼒降低⽽导致的⽔合物的分解；同时使⽤ 339．725 mm(13％英⼨)的隔热隔⽔管和冷却钻井液体系，使井底温度保持在11 ℃以下以避免⽔合物因温度升⾼⽽分解。

2、在委内瑞拉、挪威、加拿⼤和墨西哥解决钻井中的技术问题已证实，将近有14种MPD系统可⽤于深⽔钻井。

在委内瑞拉San Joaquin油⽥5⼝井MPD的成功应⽤表明，MPD没有循环钻井液损失，增加了渗透率，减少了钻头使⽤数量，优化了井⾝结构，减少了NPT，常规钻井问题也减少了。

在挪威近海的Gulfaks油藏，⽤⽋平衡和压⼒平衡技术，于2004年夏天成功钻井和完井的第112 C—05A井，与使⽤全部⽋平衡装置⽽应⽤MPD技术于2005年夏天钻井和完井的第2⼝C__09A 井相⽐，由于Gullfaks油藏有很强的渗透率，当评价钻井的效果时井眼壁附近的地层损害不作为重要的考虑因素 ]。

C__09A井是采⽤类似于C__05A井的侧钻。

结果表明：第⼀⼝井不久后就显⽰了油层枯竭；⽽第⼆⼝井表现了强⼤⽣命⼒。

在加拿⼤采⽤MPD技术的现场应⽤同样证明了其技术价值。

3、⽤于海洋钻井[3]
⽬前，在海洋环境下钻井，正在采⽤的MPD有4种⽅案：
第1种是井底恒压⼒MPD(Constant—bottom—hole—pressure MPD)。

为了克服井涌，井底压⼒与地层压⼒之间的差值始终保持较⼩的常数值。

在钻井过程中，地表的环空压⼒⼏乎为零，当接钻杆⽽关闭环空压⼒时，只需要2～3 MPa 的背压。

第2种是双梯度MPD(Dual—gradient MPD)。

该⽅法是预先确定好来⾃隔膜氮⽓⽣产装置的氮⽓量，然后再注⼊到套管或隔⽔管内规定的位置。

这样，注⼊点到地表⾯就形成了⽓体、钻井液和岩屑的压⼒梯度。

该技术能有效地调节当基本的流体粘度⽆变化时井底压⼒，且⼏乎不会打断钻井过程。

通常能避免漏失循环钻井液或最⼩化钻柱的差压卡钻现象。

氮⽓的注⼊可以通过同⼼套管、同⼼隔⽔管、附加管线、或者在第4代或第5代深⽔钻机上利⽤现有的增压泵和管线。

第3种是⽆隔⽔管双梯度MPD(Risserless Dua—gradient MPD)。

该⽅法实现了零排出⽆隔⽔管钻井或在⽆隔⽔管钻井中回收昂贵的钻井液，它综合利⽤了⽔下ROD、⽔下泵和返回到钻机的管线。

钻机的钻井泵加上钻井液粘度和岩屑从钻井液管线以下产⽣⼀个压⼒深度的梯度，⽔下泵的调节速度有利于从钻井液管线到钻机产⽣另⼀压⼒深度梯度。

第4种是加压钻井液帽MPD(Pressured—mud—cap MPD，PMCD)。

在钻井和井控操作中，隔⽔管内的钻井液⽔平⾯被维持在海⽔⽔平⾯以下以产⽣钻井液和空⽓界⾯，即钻井液帽。

PMCD需要的装置包括：RCD、专⽤钻井液帽泵、节流管汇和UBD液流模拟系统等。

三、结束语
MPD的技术价值在国外已被⼴泛的现场⽣产所证实，是⽐UBD更先进的压⼒控制钻井技术。

⽬前，我国有较多⽼井开采剩余油层不得不⽤UBD技术以避免不必要的损失和对油藏的损害。

据报道，我国中⽯油、中⽯化、中海油三家油公司加起来共有940⼝左右的油井需要UBD技术来解决严重的漏失问题。

同时，尤其在新疆油⽥、中国西部地区有的油井使⽤的钻井液密度达2．0 cm
以上，此时泵冲次很难控制，如以60 min 循环时井就会漏，可能在58 min 循环时⼜会井涌，地层压⼒⼏乎就等于破裂压⼒。

这种情况更需要采⽤MPD技术来精确控制井眼的压⼒。

由于海上钻井平台⽇费⽤很⾼，出现井漏或钻井中产⽣⽓体的井⽤常规的压⼒控制很难连续、安全地钻井。

MPD在海上的应⽤数量在不断增加，2006年在印尼的MPD钻机1年内翻了3翻。

我国UBD和⽋平衡完井的技术和装备正在逐渐完善，应该相
信，从UBD发展起来的MPD、CMC技术在我国也⼀定会有⼴阔的应⽤
前景。

参考⽂献：
1、辜志宏。

控制压⼒钻井新技术及其应⽤[J]。

⽯油机械，2007，35（11）
2、周英操。

控压钻井技术探讨与展望[J]。

⽯油钻探技术，2008,36（4）
3、陈永明。

控压钻井技术及其应⽤[J]。

⽯油⼯程技术，2010，8（4）。