控制压力钻井技术应用研究

控制压力钻井技术应用研究

【摘要】文章围绕着控制压力钻井技术问题，首先介绍了mpd技术的目标和优点，其次分析了mpd技术控制的变量，最后就控制压力钻井技术应用形式进行了分析和介绍。

【关键词】控制压力钻井技术；应用；形式

中图分类号： te242 文献标识码： a 文章编号：

引言

控制压力钻井技术(managed pressure drilling，简称mpd)是指在油气井钻井过程中，能有效控制井筒液柱压力剖面，达到安全、高效钻井的钻井技术。该技术比欠平衡钻井(ubd)技术更先进，在国外已被现场生产所证实。控制压力钻井是通过对回压、流体密度、流体流变性、环空液位、水力摩阻和井眼几何形态的综合控制。使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间。进行平衡或近平衡钻井，有效控制地层流体侵入井眼，减少井涌、井漏、卡钻等复杂情况，非常适合孔隙压力和破裂压力窗口较窄的地层作业。

1 mpd技术的目标和优点

mpd技术使用封闭、承压的钻井液循环系统，或使用与欠平衡钻井技术相关的装备进行平衡压力钻井，主要用来解决与钻井有关的复杂问题或与可钻性有关的经济问题。

1.1 mpd技术的目标

采用mpd技术钻井的首要目标是解决一系列与钻井相关的问题或者障碍，增强可钻性、降低钻井成本。美国近20年来使用闭合、

承压的钻井液循环系统钻井，这已成为陆地钻井技术的一个发展方向。该技术的主要优势在于，用较短的钻井时间、较低的费用提高r井控能力，从而使陆卜钻井技术更加完善。

mpd技术的最终日标足最优化钻井，缩短作生产时间(npt)和减少钻井事故，实现安全、经济钻进。由于应用mpd技术能缩短40％的非生产时间，使以前经济效益不佳的油气井或者没有经济效益的油气井开始具有工业开发价值。

1.2 mpd技术的优点

（1）mpd技术可以精确控制整个井眼压力剖面，避免地层流体的侵入。

（2）应硝mpd技术时使用封闭、承压的钻井液循环系统，能够控制和处理钻井过程中可能引发的任何形式的溢流。

（3）应用mpd技术钻井可以在关井接单根时加同压，确保关井压力非常接近循环和钻进时的井底压力，使井底压力恒定。

（4）采用mpd技术钻井能顺利通过窄压力窗口层段。

（5）采用mpd技术钻井能避免井眼压力超过地层破裂压力，减少发生井塌、井漏等事故，减少处理井下事故的时间。

（6）采用mpd技术钻井能优化井身结构。

（7）应用mpd技术钻井能降低钻井成本。

2mpd技术控制的变量

2.1 控制井口压力

当井底压力发生变化时，可通过旋转控制头和节流管汇来控制井

眼压力。控制方法有两种：一种是通过控制井口回压来平衡井底压力；另外一种是在井筒的某一位置安装一个泵，通过泵来调整井底压力。

2.2 改变环空压耗

当循环钻井液时，井底压力等于钻井液静液柱压力和环空压耗之和。通过改变钻井液流态、流速和环空间隙(通常是改变钻柱组合的外径和长度)，就可以控制环空压耗。

2.3 改变钻井液参数

可通过改变钻井液密度、黏度、排量或者相关联的方式来实现。例如，低密度钻井液井口加回压的作业方式、双密度梯度钻井的方式等。

2.4 改变钻井液温度或固相含量

通过改变钻井液温度或固相含量来达到稳固井眼的目的，以加宽地层孔隙压力和破裂压力之间的窗口，实现快速钻进。这种以保持井眼稳定为目的的方法是应用mpd技术的一种新形式。

3 控制压力钻井技术的应用形式

3.1 井底恒压力法

井底恒压力法即“当最循环密度控制”，用略低于常规经验密度的钻井液进行近平衡钻井，关井接单根时．地面回压与井底压力间保持适当的过平衡状态．从而控制地层流体的侵入。在井底压力恒定时．无论是在钻进、接单根、还是起下钻时均保持恒定的环空压力剖面，在钻进孔隙压力-破裂梯度窗口狭窄的地层或存在涌、漏

现象时，可实现有效的压力控制。使用补偿水力学模型所绘制的图表，就可以熟练地控制流体密度、流体流变性能、环窄液面、井眼几何尺寸、地面的环空回压、水力学摩擦阻力等，使得司钻能够精确地控制井底压力使之趋于恒定，从而避免压裂地层或发生井涌，这样就可以安全地钻过狭窄的压力窗口。而使用常规钻井方式．则不可能钻过这些地层，或需要额外下入一层套管。

3.2 泥浆帽钻井

泥浆帽钻井有时又称为加压泥浆帽钻井，是一种处理严重漏失问题的方法。一般用于钻进大段裂缝性地层，尤其在采出流体呈酸性时。当遇到漏失时应用常规井控技术经常会影响钻进。而应用该技术则能够钻穿严重漏失层而不耽搁正常钻井，有利于提高机械钻速。在作业期间，用旋转控制装置封闭环空，将加重的高粘钻井液向下泵入环空，将一段“牺牲流体”指注入井筒但不返出的低成本流体。一般为淡水或盐水)注入钻柱，向上携带钻屑，使钻屑沉入钻头之上的孔洞或裂缝，即钻井液和钻屑“单向进入”其他易发生复杂情况的地层。环空泥浆帽可起到环空隔离的作用，避免油气返出地面造成高压。其结果是低密度钻井液提高了机械钻速，进入衰竭地层的钻井液费用低于常规钻井液。应用常规钻井技术会发生完全漏失或接近完全漏失，而该技术则提高了井控能力，对储层伤害也比较小。

3.3 双梯度法

双梯度法即是在预定井深向环空注入惰性气体或其他轻质流体，

有效改变井眼部分的静水压头。应用该方法无需改变基浆密度即可将井底压力降低0.1198g/cm，或更多。其目的并非在于将井底压力降低至欠平衡状态．而是避免造成过高的过平衡，以免超出地层破裂梯度。可以通过寄生管或同心套管注人轻质流体(氮气、加有玻璃微珠的钻井液、低密度流体等)完成双梯度作业，注入点之上的压力梯度降低，而其下的压力梯度则保持不变，因此称为双梯度。

3.4 hse(健康、安全、环境)mpd

与敞开式循环系统相比。hse mpd应用了闭合、承压的钻井液循环系统，一般在发生危险而被迫停钻或网此影响开采时．采用该技术。闭合式钻井液循环系统可防止钻屑和气体从钻台进人大气，因此可降低h，s气体的含量，减少钻台闪火花的危险。由于该技术可对整个井眼提供精确的压力控制。因此作业时更安全，更好地解决了由于井下压力忽大忽小所造成的漏失及井涌现象。

3.5 无隔水管mpd

使用海水进行无隔水导管钻井时，为了建立水下井位，需要使用水下旋转控制头和遥控潜水器(rov)。使用rov或者水下自动节流装置来调整海底井口的回压。通过减小水下节流阀开度来提高井底压力，看起来就好像在水下井位使用了充满钻井液和岩屑的隔水管钻进，结果是控制压力的能力比使用钻井液时还大，并且能有效避免水下流速对隔水管的影响，其原理如图1所示。

图1 无隔水管mpd基本原理