压力控制钻井简介

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二、压力控制钻井工艺
4、工艺设计
预计负压值 负压差大于 水平井段环空压耗 是 负压差引起 是
否
钻具组合数据 井身结构数据 岩石力学数据
井壁失稳
否 计算随钻产油气量 油气产量小于 设备除油气能力 是 合理井底负压值
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单位压差 随钻产油气量
否
二、压力控制钻井工艺
MPD
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二、压力控制钻井工艺
1、井口压力控制设备 井口压力控制设备主要包括旋转防喷系统、井口节
流监控系统、强行起下钻装置等，其作用是防止发生
井喷，控制井口返出流体流量和流体压力，维持井底 压力稳定，保证在井口有压力时钻井作业能够正常进
行。
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三、压力控制钻井装备
7100EP旋转控制头
PCWD系统
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三、压力控制钻井装备
Williams系列旋转控制头
油 藏 研 究 优 化 设 计
三维地质模型
油藏工程研究 开发技术 政策 目的层 位置
剩余油分布 油水分布和 压力状况
油藏精细构造
储层空间分布
布井方式
产能预测
储层伤害机理
油藏地质设计
作业方式 优化
可采储量
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二、压力控制钻井工艺
3、钻井介质选择 • 根据储层压力系数的大小，压力控制钻井介质可以为 单独的气相或液相，也可以是气液两相混合物。在做 欠平衡钻井介质设计时，除了考虑循环介质的密度外， 还要考虑携岩、油气分离效率、防腐、安全及环保等 方面因素。 • 目前常用的介质为水基泥浆、油基泥浆、油包水泥浆、 微泡泥浆、充气泥浆等。
欠平衡钻井技术可以减少钻井中对地层的污染，发现
隐蔽储层并正确评价储层，提高勘探的准确性和成功率。
自1980s以来，陆地油田很多区块和油田使用了欠平衡
钻井技术并取得良好效果，目前预计有30％的井采用该
技术完成。 但由于受作业空间、安全环保等因素的限制，欠平衡 技术不适用于海上作业，在整个世界范围内海上欠平衡 应用较少。
的压力窗口内。
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一、压力控制钻井技术简介
1) 常规钻井中静止时井内压力关系 Pm=Pp+△P 式中：Pm-钻井液静液柱压力，MPa; Pp-地层压力，MPa; △P-附加压力，一般取1.5～3.5MPa 2) 常规钻井中钻进时井内压力关系 Pm+Pc=Pp+△P 式中：Pc-环空循环压耗，MPa。 3) 控流欠平衡钻进时井内压力关系 Pm+Pc+△Pm+Pa=Pp 式中：Pa-井口回压（套压），MPa。
作业工作量大，不作为压力微调的手段
控制方法3：调节泵排量 深水作业可能用到
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三、压力控制钻井装备
压力控制钻井装备包括： • 井口压力控制设备 • 地面流体处理设备 • 低密度流体产生和注入设备 • 井下控制阀
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三、压力控制钻井装备
液动板 阀
旋转控 制头 分离器
节流管 汇
防回火 装置
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三、压力控制钻井装备
三、压力控制钻井装备
RISER CAP 7100
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三、压力控制钻井装备
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三、压力控制钻井装备
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三、压力控制钻井装备
7100EP旋转控制头总成技术参数 静动态工作压力5/2.5 Kpsi、轴承总成通径11″、顶驱工作方式 底部连接 13-5/8″×5M法兰、侧口 7-1/16″×5M法兰 用于硫化氢工作介质 ，5″钻杆密封胶芯 远程监控器 可监测卡箍液缸压力、轴承总成内油压及井口套压三个参数 具有远程控制液压卡箍开关的功能
注气范围数据的录入
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二、压力控制钻井工艺
井身结构示意图
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二、压力控制钻井工艺
氮气注入量与井底压力的变化（0.5Mpa井口回压）
Pressure vs. Flow Rate(s)
35000
30000
25000
Pressure (kPag)
20000
15000
10000
5000
Injection Pressure Bottome-Hole Pressure
开度1
10
阀开度mm
15
20
25
30
35
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三、压力控制钻井装备
3、分离设备
海上立式密闭四相分离器
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三、压力控制钻井装备
Flow from well
Gas
Cuttings
Oil Mud
海上卧式密闭四相分离器
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三、压力控制钻井装备
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三、压力控制钻井装备
SWACO Offshore Standard 液气分离器总成技术参数 工作压力不低于1.0 MPa（145psi） 进液口 4 1/16″ 排液口 8″ 排气口 8″ 最大气体处理量 17.5 mmscf/d （49.5×104 m3 /d） 最大泥浆处理量 1500 gpm （8176 m3 /d）
– 并且获得了比原计划单井配产高出 2－3 倍的单井油气产量；
– 可以预料这项技术将是一项应用前景十分看好的海上钻井技术。
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一、压力控制钻井技术简介
美国压力控制钻井
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二、压力控制钻井工艺
1、经济性预测 2、地层适应性分析 3、钻井介质的选择 4、工艺设计 5、作业
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二、压力控制钻井工艺
1、经济性预测 • 1）压力控制钻井较常规钻井技术初期投入大； • 2）压力控制钻井能缩短投资回报期，长期效益好； • 3）漏失地层，根据漏失量及储层保护确定是否选用； • 4）复杂地层，减少事故、降低钻井成本； 中石油公司高层表示：能利用UBD/MPD的井尽量采用 这样的技术。
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一、压力控制钻井技术简介
压力控制钻井 MPD 压力控制钻井(Managed Pressure Drilling- MPD)
技术从欠平衡钻井中衍生出来的新技术，是一种采用欠
平衡钻井设备及先进压力控制方法进行钻进的技术。 压力控制钻井使用科学的方法和技 术来严密监测和控制井底压力，并 根据地层情况、钻探目的和工程实 际问题将动态井底压力控制在预定
压力控制钻井技术
中海油服钻井事业部
汇报内容
• 压力控制钻井技术简介 • 压力控制钻井工艺 • 压力控制钻井装备
• 油服技术发展过程
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一、压力控制钻井技术简介
• 压力控制钻井是随着欠平衡钻井技术的发展而产生
的钻井技术；
• 目的：为了满足海上作业的需要、解决井下复杂、
减少非工作时间； • 核心内容是根据需要人为地控制钻进中的动态环空 循环压力。
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二、压力控制钻井工艺
5、作业
对于每个项目，油公司内明确启动MPD作业的目的和
意义，并成立MPD项目组； 根据每个平台的实际状况，制定合理的应急预案，确
保作业安全；
环保要求。
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二、压力控制钻井工艺
压力控制： 控制方法1：通过液控节流阀 响应快、作业量小，最常用 控制方法2：调节泥浆密度、注气量
压力控制钻井技术钻出的井眼更
能如实地反映井下原始地层特性， 减少发生井眼失稳的几率，为正确 评价储层、制定更合理的勘探开发 制度提供依据；该技术还弥补了欠 平衡钻井地层流体产出过多，海上 处置困难等不足。因而，压力控制
钻井技术是解决海上勘探、开发难
题的有效手段。
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一、压力控制钻井技术简介
目的
开发复杂油气藏面临诸多问题
8000 / 9000
500 psi Operating
IP 1000
1Hale Waihona Puke Baidu00 psi Operating
7000
1500 psi Operating
7100
2500 psi Operating
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三、压力控制钻井装备
驱动器
Williams旋转控制头
旋转密 封总成 密封胶芯 安全螺栓
液压卡箍 底座 42
0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Qg (m³ /min)
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二、压力控制钻井工艺
压力与井深的变化（0.5Mpa井口回压）
Pressure Profiles
Pressure (kPag)
0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Drillstring
500
1000
MD (m)
1500
2000
2500
Liquid
3000
Gas Solids
3500
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二、压力控制钻井工艺
环空混相体积变化（0.5Mpa井口回压）
Volume Fraction in Annulus
Volume Fraction (%)
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
防爆动力站
向轴承总成提供润滑油和冷却液
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2、数据采集
压力MPa 6:01:42 6:02:00 6:02:18 6:02:36 6:02:54 6:03:12 6:03:30 6:03:48 6:04:06 6:04:24 6:04:42 6:05:00 6:05:18 6:05:36
时间 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
低电阻
低渗透 复杂 油气藏 井下复杂情 况发生频繁 无法计算 申报储量
低孔隙 特点 问题 常规录井测井 技术无法识别
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一、压力控制钻井技术简介
应用：
1、减少、控制井漏；
2、控制井底压力、减少
井下事故；
3、提高井控安全性； 4、提高油气井产能和产量； 5、提高勘探成功率。
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一、压力控制钻井技术简介
控制压力
立压
6:05:54 6:06:12 6:06:30 6:06:48 6:07:06 6:07:24 6:07:42 6:08:00 6:08:18 6:08:36 6:08:54 6:09:14 6:09:32 6:09:50
0 5
套压
三、压力控制钻井装备
图6－30 11月18日渤深6－12立压控制试验
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一、压力控制钻井技术简介
欠平衡钻井
(UnderBalanced Drilling-UBD)
是指在钻井过程中钻井液的 循环压力（包括液柱压力和循
常 规 钻 井
环回压）低于地层的孔隙压力，
允许产层流体流入井眼，并将 其循环到地面，在地面进行有
欠 平 衡 钻 井
效控制的钻井方式。
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一、压力控制钻井技术简介
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一、压力控制钻井技术简介
UBD vs. MPD
UBD MPD
井底压力状态 压力波动幅度 压力控制精度 对地层的要求 地层产出物 设备配置 井筒安全性 对平台安全影响
负压 大 低 严格 量大 庞大 较高 影响较大
近平衡 非常小 高 相对宽松 量小 改动少 非常高 提高安全性
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一、压力控制钻井技术简介
岩屑 浓度 ‰ 气体 排量 m3/min
ROP(M/H)
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二、压力控制钻井工艺
3) 完井、测试设计 利用MPD方式钻井后不能采用常规方式完井、测试 尽量采用裸眼完井 对于生产井尽量不测试 对于评价井测试项目从简 尽量采用随钻测试 一般不采用固井完井，确实需要，要尽量减轻水泥浆液 柱的压力；采用更精确的压力控制，井底处于平衡状态 --管外封隔器辅助固井 --泡沫水泥浆填充
应用：
– 04年Shell在马来东部海域成功钻井7口，主要是解决井漏问题； – 05年 Santos 在印尼 2240ft 深水海域作业，解决了井漏问题； – 04－06年 Statoil在北海解决了地层压力紊乱引起的钻井问题； – 06年 CCLT在BZ28－1油田两口井的作业解决了灰岩井漏问题；
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三、压力控制钻井装备
4、节流管汇
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三、压力控制钻井装备
5、充气设备
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二、压力控制钻井工艺
2、地层适应性分析 • 1）地层压力系数和地质情况较清楚的储层； • 2）井眼稳定性良好的石灰岩、花岗岩储层； • 3）胶结性能良好的砂岩储层； • 4）H2S含量低于20ppm 的储层。
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二、压力控制钻井工艺
区块筛选
筛
油藏类型
地质条件
初步经济评价
选
适合MPD的目标区块
500
Annulus Pore Pres. Frac. Pres.
1000
MD (m)
1500
2000
2500
3000
3500
30
二、压力控制钻井工艺
井深与环空返速的变化（0.5Mpa井口回压）
Annulus Velocity Profiles
Velocity (m/sec)
0 0 1 2 3 4 5 6
1) 压力预测—DRILLWORKS
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二、压力控制钻井工艺
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二、压力控制钻井工艺
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二、压力控制钻井工艺
2) 设计 用HUBS设计软件进行设计计算
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二、压力控制钻井工艺
数据的录入
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二、压力控制钻井工艺
油藏数据的录入
Ed1: 2820-2850m
Es2: 2950-2980m
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二、压力控制钻井工艺
500
1000
MD (m)
1500
2000
2500
Liquid
3000
Gas Solids
3500
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二、压力控制钻井工艺
ROP变化时调整注氮量可满足井眼净化要求
定液体排量、回压及负压值下的几个参数变化趋势图 40
N 2 注入速率（K L / M I N )
35 30 25 20 15 10
10 15 20 25 30 35