泥浆帽钻井新技术研究初探
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在理想的泥浆帽作业模式中，相互作用区接纳牺 牲液、岩屑、潜在产层侵入的流体，甚至包括泥浆帽流 体(在压力和能量平衡发生变化时)。若由泥浆帽区施 加的压力低于相互作用区的压力，相互作用区会反吐 流体直至压力重新平衡。
2泥浆帽钻井的分类 分类主要基于泥浆帽流体的状态或动力学，主要
有下3种主要形式。 2.1浮动泥浆帽钻井
74
西部探矿T.程
2019年第1期
泥浆帽钻井新技术研究初探
李兵"，于海叶；赵洪山2 (1.中石化胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司，山东东营257064； 2.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017)
摘要：泥浆帽钻井，是控压钻井技术(MPD)的一种主要形式，是解决常规钻井方式在完全漏失地 层无法继续钻进的关键技术。泥浆帽钻井发展出了多种形式，包括浮动泥浆帽钻井(FMCD)、加压泥 浆帽钻井(PMCD)、动态泥浆帽钻井(DMCD)介绍了每种泥浆帽钻井技术的适用性和局限性，以及 其相关的工程、设计和培训。介绍了某井选择加压泥浆帽钻井作为解决方案的决定因素 、优势、判断 标准等，包括实施加压泥浆帽钻井的前提条件，重点是该技术与常规钻井技术的配套,还介绍了施工 中遇到的挑战及获得的经验。 关键词:泥浆帽钻井;浮动泥浆帽钻井；加压泥浆帽钻井；动态泥浆帽钻井 中图分类号:TE24文献标识码：A文章编号:10()4-5716(2()19)()1-0074-04
75
钻杆 岩屑
加压 泥浆帽
钻杆 岩屑
无裂 牺牲液
无裂 牺牲液
图1泥浆帽钻井技术的主要区别
困难。 2.2加压泥浆帽钻井
泥浆帽流体的上部与大气不连通，在地面对泥浆 帽施加一定的压力以更好地进行施工控制，通过监测 地面圧力(节流压力或回压)可以实现对井筒变化和平 衡的主动监测。在PMCD中，泥浆帽密度的设计原则 为可在相互作用区上部或顶部裂缝上部出现欠平衡状 态,施加回压重新建立压力平衡并对地层流体进行持
续监测，如图Id所示。 控制节流压力在允许的范围内 ，节流压力增大说
明地层流体侵入环空泥浆帽中并上移；当节流压力超 过允许圧力的上限时，向环空挤入泥浆帽流体将侵入 的地层流体和部分受污染的泥浆帽流体压入相互作用 区。
PMCD作业需要增加诸如旋转控制头、节流管汇 等设备，由于在地面有压力，PMCD比FMCD要复杂 一些。由于具备监测环空的能力，施T.风险要低于 FMCDo 2.3动态泥浆帽钻井
(3) 泥浆帽界面区:这一边界是介于泥浆帽流体和 混合区的，边界是动态变化的，取决的条件包括：井下 动力学、地面动力学以及钻井参数的变化
(4) 相互作用区:这一区域时刻存在着相互作用或 涌岀/漏失流体，有时同时有涌和漏发生。该地层可能 是高度裂缝性、海绵状、空穴性等，具有高的渗透率和
接纳外来流体的巨大能力，与此同时不会显著改变自 身的压力、渗透率和流体性质等地层物性。不过也有 例外情况，当发生渗透率减小时,便可将泥浆帽钻井转 回常规钻井。
(1) 泥浆帽流体区：该区域在环空中形成一层屏 障,阻止地层流体运移到地面,泥浆帽流体的静液压头 可产生所需的屏障(不论是否施加额外压力)，一般泥 浆帽流体具有高粘度等特性，可有效阻止地层流体的 运移.本文中泥浆帽钻井的分类就是基于该区域的动 态变化。
(2) 混合区:该区域是钻井液、岩屑和裸眼段其他 地层产岀流体的混合物.混合物受迫进入相互作用区。
如图le所示，泥浆帽流体连续注入环空避免地层 流体运移到地面，该钻井方式的决定因素包括:①没有 合适的泥浆帽流体阻止地层流体运移;②地层异常高 压而FMCD无法安全实施;③地层含有有害流体，少量 流体侵入井筒运移到地面都将产生严重后果;④实施
PMCD需要经常打重浆压井，施工繁琐。 DMCD作业时需要连续向钻杆内和环空中注入流
若由于其他目的或其他顾虑而不能使用FMCD和 PMCD,可以选择DMCD,大多数情形下都可以实施 I)MCD.其唯一的缺点是有可能成本会比较高，因此若 可以实施FMCD或PMCD时不需要考虑DMCDo 4泥浆帽钻井适应性分析
泥浆帽钻井的一些基本点对所有泥浆帽钻井方式 都有共同的，潜在的候选井满足下述的所有标准和要 求。
1概述 泥浆帽钻井是控压钻井的一种形式.可以安全经
济地钻穿常规钻井或其他钻井技术无法钻穿的地层， 泥浆帽钻井主要用于钻穿完全漏失的地层以及含有诸 如H?S、CO?等无法安全携带到地面的流体的地层.
在泥浆帽钻井作业中，与常规钻井不同的是地面 没有返出，简单泥浆帽钻井的区域如图lb所示,一般的 情况下，泥浆帽钻井施工中存在4个清晰的区域：
体,注入排量可以不同。有时可将流体简化，如在海上 作业时，可以向U型管两端注入相同的牺牲液,但是在 陆上如此施工将增加牺牲液的需求量和翻倍物流T作 量。 3泥浆帽钻井方式选择
决定合适的泥浆帽钻井方式的方法是将地层圧力
梯度与清水的密度进行比较:若地层压力梯度小于清 水密度.选择FMCD比较合适;若地层压力梯度大于清 水密度,选择PMCD比较合适，另外，比清水密度大的 流体可以作为泥浆帽来平衡地层压力，此时也可以选 择FMCD0
泥浆帽流体在环空中是处于移动或“浮动”状态 的，环空上部与大气是联通的，仅依靠泥浆帽流体的静 液柱压力来平衡相互作用区之上地层压力，泥浆帽流 体液柱高度反映混合区和相互作用区的压力变化，最 终达到两者间压力及能量的平衡 ，如图lc所示。
浮动泥浆帽钻井在环空上部不需要额外设备(诸 如旋转控制头、节流管汇等)，是所有泥浆帽钻井形式 中相对简单的一种，但该方法有一定的风险，由于不容 易实时确定泥浆帽流体的高度会导致某些情形下施丁.
*收稿日期:2018-09-26 修回日期：2018-09-27 基金项目：国家科技重大专项“复杂地层钻井提速提效关键T.具与装备”课题(编号:20I6ZX05021-003)第一作者简介:李兵(1973-),男(汉族),江苏丰县人.高级T程师.现从事钻井T•程技术管理和研究工作
2019年第1期
西部探矿丁程
考虑使用泥浆帽钻井的两大主要动力是 ： (1) 发生完全漏失的地层:使用常规钻井方式和复 杂堵漏方式无法解决的、漏失空间足够大的地层，钻遇 该类型地层势必导致完全漏失。 (2) 油藏含有有害流体:油藏含有使用常规钻井方 式无法进行地面有效处置的流体:诸如高浓度的H?S、 CO?等.同时有可以容纳返出流体的地层。 泥浆帽钻井需要有某一层位可接纳钻穿复杂层段 所产生的岩屑和所用钻井液的能力。 需要储备有大量的牺牲液和足够数量的泥浆帽流 体、必需的设备及复杂的作业程序，并且所有作业需要 专业人员和经过培训的人员。 每一种泥浆帽钻井的步骤和程序都稍有不同，需 要为以下操作制定单独的程序:钻进、接单根、起下钻、 下套管或尾管、固井作业、地层测试、测井、取芯、完井 作业、危害识别、风险与可操作性分析、培训和由泥浆 帽钻井作业转换为常规操作 ，反之亦然。 设备选择需要根据不同井况来决定 ，一般泥浆帽 钻井所需设备包括:旋转控制头、节流管汇、分离器、管
2泥浆帽钻井的分类 分类主要基于泥浆帽流体的状态或动力学，主要
有下3种主要形式。 2.1浮动泥浆帽钻井
74
西部探矿T.程
2019年第1期
泥浆帽钻井新技术研究初探
李兵"，于海叶；赵洪山2 (1.中石化胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司，山东东营257064； 2.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017)
摘要：泥浆帽钻井，是控压钻井技术(MPD)的一种主要形式，是解决常规钻井方式在完全漏失地 层无法继续钻进的关键技术。泥浆帽钻井发展出了多种形式，包括浮动泥浆帽钻井(FMCD)、加压泥 浆帽钻井(PMCD)、动态泥浆帽钻井(DMCD)介绍了每种泥浆帽钻井技术的适用性和局限性，以及 其相关的工程、设计和培训。介绍了某井选择加压泥浆帽钻井作为解决方案的决定因素 、优势、判断 标准等，包括实施加压泥浆帽钻井的前提条件，重点是该技术与常规钻井技术的配套,还介绍了施工 中遇到的挑战及获得的经验。 关键词:泥浆帽钻井;浮动泥浆帽钻井；加压泥浆帽钻井；动态泥浆帽钻井 中图分类号:TE24文献标识码：A文章编号:10()4-5716(2()19)()1-0074-04
75
钻杆 岩屑
加压 泥浆帽
钻杆 岩屑
无裂 牺牲液
无裂 牺牲液
图1泥浆帽钻井技术的主要区别
困难。 2.2加压泥浆帽钻井
泥浆帽流体的上部与大气不连通，在地面对泥浆 帽施加一定的压力以更好地进行施工控制，通过监测 地面圧力(节流压力或回压)可以实现对井筒变化和平 衡的主动监测。在PMCD中，泥浆帽密度的设计原则 为可在相互作用区上部或顶部裂缝上部出现欠平衡状 态,施加回压重新建立压力平衡并对地层流体进行持
续监测，如图Id所示。 控制节流压力在允许的范围内 ，节流压力增大说
明地层流体侵入环空泥浆帽中并上移；当节流压力超 过允许圧力的上限时，向环空挤入泥浆帽流体将侵入 的地层流体和部分受污染的泥浆帽流体压入相互作用 区。
PMCD作业需要增加诸如旋转控制头、节流管汇 等设备，由于在地面有压力，PMCD比FMCD要复杂 一些。由于具备监测环空的能力，施T.风险要低于 FMCDo 2.3动态泥浆帽钻井
(3) 泥浆帽界面区:这一边界是介于泥浆帽流体和 混合区的，边界是动态变化的，取决的条件包括：井下 动力学、地面动力学以及钻井参数的变化
(4) 相互作用区:这一区域时刻存在着相互作用或 涌岀/漏失流体，有时同时有涌和漏发生。该地层可能 是高度裂缝性、海绵状、空穴性等，具有高的渗透率和
接纳外来流体的巨大能力，与此同时不会显著改变自 身的压力、渗透率和流体性质等地层物性。不过也有 例外情况，当发生渗透率减小时,便可将泥浆帽钻井转 回常规钻井。
(1) 泥浆帽流体区：该区域在环空中形成一层屏 障,阻止地层流体运移到地面,泥浆帽流体的静液压头 可产生所需的屏障(不论是否施加额外压力)，一般泥 浆帽流体具有高粘度等特性，可有效阻止地层流体的 运移.本文中泥浆帽钻井的分类就是基于该区域的动 态变化。
(2) 混合区:该区域是钻井液、岩屑和裸眼段其他 地层产岀流体的混合物.混合物受迫进入相互作用区。
如图le所示，泥浆帽流体连续注入环空避免地层 流体运移到地面，该钻井方式的决定因素包括:①没有 合适的泥浆帽流体阻止地层流体运移;②地层异常高 压而FMCD无法安全实施;③地层含有有害流体，少量 流体侵入井筒运移到地面都将产生严重后果;④实施
PMCD需要经常打重浆压井，施工繁琐。 DMCD作业时需要连续向钻杆内和环空中注入流
若由于其他目的或其他顾虑而不能使用FMCD和 PMCD,可以选择DMCD,大多数情形下都可以实施 I)MCD.其唯一的缺点是有可能成本会比较高，因此若 可以实施FMCD或PMCD时不需要考虑DMCDo 4泥浆帽钻井适应性分析
泥浆帽钻井的一些基本点对所有泥浆帽钻井方式 都有共同的，潜在的候选井满足下述的所有标准和要 求。
1概述 泥浆帽钻井是控压钻井的一种形式.可以安全经
济地钻穿常规钻井或其他钻井技术无法钻穿的地层， 泥浆帽钻井主要用于钻穿完全漏失的地层以及含有诸 如H?S、CO?等无法安全携带到地面的流体的地层.
在泥浆帽钻井作业中，与常规钻井不同的是地面 没有返出，简单泥浆帽钻井的区域如图lb所示,一般的 情况下，泥浆帽钻井施工中存在4个清晰的区域：
体,注入排量可以不同。有时可将流体简化，如在海上 作业时，可以向U型管两端注入相同的牺牲液,但是在 陆上如此施工将增加牺牲液的需求量和翻倍物流T作 量。 3泥浆帽钻井方式选择
决定合适的泥浆帽钻井方式的方法是将地层圧力
梯度与清水的密度进行比较:若地层压力梯度小于清 水密度.选择FMCD比较合适;若地层压力梯度大于清 水密度,选择PMCD比较合适，另外，比清水密度大的 流体可以作为泥浆帽来平衡地层压力，此时也可以选 择FMCD0
泥浆帽流体在环空中是处于移动或“浮动”状态 的，环空上部与大气是联通的，仅依靠泥浆帽流体的静 液柱压力来平衡相互作用区之上地层压力，泥浆帽流 体液柱高度反映混合区和相互作用区的压力变化，最 终达到两者间压力及能量的平衡 ，如图lc所示。
浮动泥浆帽钻井在环空上部不需要额外设备(诸 如旋转控制头、节流管汇等)，是所有泥浆帽钻井形式 中相对简单的一种，但该方法有一定的风险，由于不容 易实时确定泥浆帽流体的高度会导致某些情形下施丁.
*收稿日期:2018-09-26 修回日期：2018-09-27 基金项目：国家科技重大专项“复杂地层钻井提速提效关键T.具与装备”课题(编号:20I6ZX05021-003)第一作者简介:李兵(1973-),男(汉族),江苏丰县人.高级T程师.现从事钻井T•程技术管理和研究工作
2019年第1期
西部探矿丁程
考虑使用泥浆帽钻井的两大主要动力是 ： (1) 发生完全漏失的地层:使用常规钻井方式和复 杂堵漏方式无法解决的、漏失空间足够大的地层，钻遇 该类型地层势必导致完全漏失。 (2) 油藏含有有害流体:油藏含有使用常规钻井方 式无法进行地面有效处置的流体:诸如高浓度的H?S、 CO?等.同时有可以容纳返出流体的地层。 泥浆帽钻井需要有某一层位可接纳钻穿复杂层段 所产生的岩屑和所用钻井液的能力。 需要储备有大量的牺牲液和足够数量的泥浆帽流 体、必需的设备及复杂的作业程序，并且所有作业需要 专业人员和经过培训的人员。 每一种泥浆帽钻井的步骤和程序都稍有不同，需 要为以下操作制定单独的程序:钻进、接单根、起下钻、 下套管或尾管、固井作业、地层测试、测井、取芯、完井 作业、危害识别、风险与可操作性分析、培训和由泥浆 帽钻井作业转换为常规操作 ，反之亦然。 设备选择需要根据不同井况来决定 ，一般泥浆帽 钻井所需设备包括:旋转控制头、节流管汇、分离器、管