深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

深水控制泥浆帽钻井水力参数设计与计算

李昊;孙宝江;高永海;王金堂;王宁

【摘要】深水控制泥浆帽钻井技术可以应对严重漏失地层和高压、高含硫地层的钻井问题,但钻井水力参数的设计与计算较为困难.为此,结合深水钻井工艺流程,建立了深水控制泥浆帽钻井井底压力计算模型,给出了深水钻井不同工况下的钻井液密度确定准则和钻井液当量循环密度计算方法,并基于井筒内循环压耗分析得到了水面泵和水下泵的泵压计算方法；针对严重漏失地层和高压、高含硫地层的井筒压力分布特点,给出了该工况下的泥浆帽高度计算方法；结合井眼清洁准则和漏失量与漏失压差的关系,给出了牺牲流体排量计算方法,并以此为基础提出了深水控制泥浆帽钻井水力参数设计流程.以一口深水井为例,对控制泥浆帽钻井水力参数进行了算例分析,结果表明:泥浆帽高度主要由井底压力的大小决定,钻井液密度与排量的大小可对其产生一定影响,所以通过调节泥浆帽高度可以控制井筒压力.%Deepwater control mud cap drilling is an advanced technology to deal with thief zone,highpressure and high sulfur-bearing formation,but its drilling hydraulic parameters design and calculation are more complex.According to the drilling process in deepwater,the calculation model of BHP for deepwater control mud cap drilling was established.The guidelines for determining drilling fluid density under different conditions and calculation method of ECD were proposed,based on the analysis of circulating pressure loss,the calculating methods for pump pressure were put forward at subsea and surface respectively.The calculation method of mud cap height was proposed according to the characteristics of wellbore pressure distribution in thief zone,high pressure and high sulfur-bearing

formation.Based on the wellbore cleaning rule and the relationship between lost amount and lost pressure differential,the calculation method of sacrificed flow rate was proposed,and hydraulic parameter design process for deep water controlled mud cap drilling was put forward.Based on the basic data of a deepwater well,hydraulic parameters for deepwater mud cap drilling were calculated and analyzed.The results show that the mud cap height is mainly decided by bottom-hole pressure,the density and flow rate have some impact,thus wellbore pressure can be controlled by adjusting the mud cap height.

【期刊名称】《石油钻探技术》

【年(卷),期】2013(041)003

【总页数】6页(P13-18)

【关键词】深水钻井;控压钻井;泥浆帽;水力参数设计;计算方法

【作者】李昊;孙宝江;高永海;王金堂;王宁

【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580

【正文语种】中文

【中图分类】TE52

深水控制泥浆帽(control mud cap,CMC)钻井技术是B.Fossli等人[1]提出的一种应对严重漏失地层和高压、高含硫地层钻井问题的先进技术。但其特殊的钻井工艺也给水力参数设计带来了难题：在钻进过程中，由于受泥浆帽高度、水下钻井液举升泵排量等参数的影响，井底压力的控制难度很大，须建立能够综合考虑以上因素的井筒压力模型；而当钻遇漏失层时，泥浆帽密度、高度与牺牲流体漏失量之间存在内在联系，因此在设计牺牲流体排量时需综合考虑牺牲流体携岩特性及地层漏失特性。国内学者[2-5]近年来相继开展了泥浆帽钻井方面的理论研究，并取得了一定的研究成果。然而，由于CMC钻井水力参数设计方面的研究尚处于起步阶段，因此需要结合深水CMC钻井的工艺特征,从一些基础问题入手,建立深水CMC钻井井底压力计算模型，给出适合于深水CMC钻井的水力参数计算方法。

深水CMC钻井的钻井液不是通过隔水管井口返回平台，而是经水下隔水管短节[6]、水下钻井泵泵送回平台[7]。当钻遇恶性漏失地层时，通过向天然漏层注入牺牲流体的方式避免浪费钻井液；当钻遇高压、高含硫地层时，为了避免高压、高含硫气体危及平台人员安全，通过调节泥浆帽高度在套管鞋处压漏地层，利用牺牲流体将气侵流体压入地层[8]。拟建立的深水CMC钻井井底压力模型与常规深水钻井压力系统有所不同[9]，它假设正常钻进时井底压力恒定，并认为气柱形成的压力忽略不计，根据深水CMC钻井工艺特点，在深水CMC钻井井筒压力分析模型的基础上，给出正常钻进时钻井液密度、当量循环密度及钻井泵泵压的计算方法。

1.1 井底压力计算模型的建立

建立的深水CMC钻井井筒压力分析模型为：

式中：pB为井底压力，MPa；pBP为井口回压，MPa；pU，pL分别为上部、下部钻井液液柱静压力，MPa；Δpa为下部钻井液循环摩阻，MPa。

与常规深水钻井相比，深水CMC钻井井底恒压，其数值与钻井液排量和泥浆帽高度均无关，只与地层孔隙压力对应，因此其计算式为：