控压钻井装备与技术介绍

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国外垄断,达到了国外同类技术的先进水平
一、前 言
PCDS-I精细控压钻井系统已先后在我国塔里木、川渝、 华北、冀东及印尼等国内外控压钻井服务热点和难点地区,成功 开展现场试验与服务20口井,取得了良好的市场应用效果,得到
了油田公司的充分认可和肯定
2012年以来,通过精 细控压钻井系统装备的集成 工业推广应用、设备产品销 售、技术支持与服务等产生 直接经济效益巨大
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四、主要成果与技术创新
专利、标准与技术规范、论文
申请专利21项,其中发明专利8项
序号
发明专利
1
一种利用流量监控实现井底压力控制的钻井方法与装备
2
一种适应大流量变化的单节流通道控压钻井方法与装备
3
精细控压钻井技术解决井壁稳定的方法
三、精细控压钻井系统
技术特点
系统 性能指标
自动节 流系统
额定压力:35MPa 节流 度:±0.35MPa 工作压力:10MPa
回压泵 额定压力:35MPa
系统
额定流量:12L/s
技术特征
实现功能
✓主、备、辅助三个节流通道,
能够自动切换
具备自动节流,冗余节流切换、安全报警、
✓钻进中实现在线维护
出口流量监测等功能,能够适应复杂工况
井口回压设定.
30
井口测量压力. 总出口流量.
29
回压泵流量.
28
A阀开度. C阀开度.
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控制参数曲线图
-30-
四、主要成果与技术创新
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一、前 言
自2008年,钻井工程技术研究院依托国家科技重大专项 和集团公司重大工程技术现场试验项目,历时3年,自主研发了 具有国际先进、国内领先水平的PCDS-I精细控压钻井系统装备, 为解决国内塔里木盆地、新疆南缘、玉门青西、四川盆地及柴达 木盆地等窄密度窗口问题突出地区的漏、溢、塌、卡等复杂钻井 难题提供了新的有效技术手段。该系统填补了国内空白,打破了
精细控压钻井装备与技术
郭庆丰 中国石油集团钻井工程技术研究院
2014年9月
— 前言

— 控压钻井工艺技术

— 精细控压钻井系统

— 主要成果与技术创新

— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
一、前 言
精细控压钻井系统是精细控 压钻井工艺技术的载体,实现了 “看着井底压力来打井”,可有效 解决窄密度窗口造成的井漏、井涌、 井壁失稳、卡钻等复杂事故。国外 在2007年开始工业化应用,目前已 成为许多油田勘探、开发必备的钻 井技术。
✓专用气动平板阀研制成功并 的控压钻井作业要求。
用于控压系统
✓抗H2S设计 ✓设备Hale Waihona Puke Baidu作迅速,平稳
✓ 全自动操作控制 ✓ 高精度入口流量监测 ✓ 输出流量稳定
能够在循环或停泵的作业过程中进行流量 补偿,维持节流阀有效的节流功能,适应 复杂工况的控压钻井作业中压力补偿的要 求。
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三、精细控压钻井系统
技术特点
系统
技术特征
实现功能
液气控 制系统
监测及 自动控 制系统
精细控 压自动 控制软 件
✓工作压力<10.5MPa,动态响应时 间<1s ✓性能可靠,安全互锁 ✓具备远程和本地操作功能 ✓设备参数显示清晰 ✓安全可靠,维护简单
✓测量精度2‰,动态响应时间<1s ✓系统的自检功能 ✓双冗余设计,实现故障时自动切 换 ✓数字化通讯,抗干扰能力强
-16-
三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成 自动节流管汇
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成
回压补偿系统
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成 自动控制系统及控制中心
自动控制系统软件
中心控制房
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新疆南缘 玉门青西
塔里木盆地 柴达木盆地
南海莺琼盆地
渤海湾盆地 四川盆地
— 前言

— 控压钻井工艺技术

— 精细控压钻井系统

— 主要成果与技术创新

— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
二、控压钻井工艺技术
控压钻井——MPD技术
“从欠平衡技术基础上发展起来”
简单地说:在钻井循环时直接测量井底压力,动态控制井底压力; 在停止循环时,动态控制井口压力
平衡
压力
流量
不同的地质条件下的表现形式: ✓平衡钻井,入口流量=出口流量 ✓微溢流钻井,发现产层 ✓微漏失钻井,含硫化氢地层
-32-
四、主要成果与技术创新
控压钻井实验室
控压钻井实验室是一套钻井过程的压力模拟系统,是目前国内唯一的能 够进行控压钻井各种工况全尺寸模拟实验和设备测试的实验室,是控压钻井 系统研制及其自动控制软件开发的基础必备条件

节流精度
结构
系统
功能
Halliburton MPD
Weatherford MFC
PCDS-I 精细控压钻井
系统
35MPa
35MPa
35MPa
±0.35MPa ±0.5MPa
±0.35MPa
三通道
双通道
三通道
采用PLC控 制器,接线 复杂,不具 备在线监测 功能
PLC控制器, 需参数整定
FF数字总线, 工况自适应, 具备在线自诊 断功能,系统 工作可靠性高, 性能先进
近平衡控压钻井
当量循环密度等于或略大于地层压力,压力波动时,偶 尔有欠平衡状况
欠平衡控压钻井
二、控压钻井工艺技术
控压钻井压力的过程控制
钻进或循环
停泵过程
开泵过程 停止循环
节流压力
节流压力
节流压力
节流压力
补偿循环、停泵期间多因 素造成的井底压力波动
节流压力
循环阻力
循环阻力
循环阻力
静液压力
静液压力
静液压力
取得了控压钻井技术应用的重大突破,真正实现了国产精细 控压钻井装备和技术的商业化应用
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四、主要成果与技术创新
形成一套精细控压钻井技术
通过20口井的现场应用完善形成适应不同工况的精细控压钻井技术系列
微流量监测与处理工艺技术 环空压力监测与控制工艺技术 回压补偿工艺技术 近、过平衡精细控压技术 欠平衡精细控压技术
井底恒压
微流量
井底恒压和微 流量
总体达到国外同类 技术的先进水平
-27- 27
— 前言

— 控压钻井工艺技术

— 精细控压钻井系统

— 主要成果与技术创新

— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
四、主要成果与技术创新
通过持续攻关、改进完善与现场应用,形成的主要成果:
一套重大技术——精细控压钻井技术 一套特色方法——控压钻井装备实验与检测方法 一套精细控压钻井装备—PCDS-I精细控压钻井系统 一个重点实验室——控压钻井模拟、测试与评价实验室 申报专利21项,其中发明专利8项 精细控压钻井系统标准与技术规范 组建两支控压钻井试验与技术服务队伍
形成一套控压钻井装备实验与检测方法
实验、测试方法: 控压钻井工艺模拟实验方法 单元测试技术 控压钻井装置的性能测试与评价方法
实验室工艺模拟及测试、评价内容 不同工况下控压钻井工艺模拟实验 单元测试 整机性能测试与评价
模拟方法
测试技术
评价方法
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五、主要技术创新或技术突破
溶洞、大裂缝 钻井
双梯度 钻井 DG
应用
海洋深水钻井
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井的手段 ——地面加回压
井底恒压钻井是陆上控压钻井的主要方式,主要解决窄窗口钻井问题, 但不能解决大溶洞大裂缝地层的漏失问题,特点是需要地面节流加回压
-10-
二、控压钻井工艺技术
> 常规钻井 井底压力变化规律 控压钻井
破裂压力、漏失压力、压差卡钻压力,取三者的小值
正常压力窗口 窄压力窗口
循环

底 压
静压

地层压力、坍塌压力,取二者的大值
ECD
时间
常规钻井 MPD钻井 MPD静液压力
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井压力设计与控制
钻井液密度原则
正常的钻井液密度时,静液柱压力必须小于地层压力,并 且有一定有压力空间,是一个欠平衡状态,在无回压的情 况下存在作业风险
☼ 解决钻井复杂问题,提高经济性 ☼ 不许连续溢流出现 ☼ 增加自动控制系统 ☼ 开式或闭环钻井 ☼ 近平衡或略过平衡钻井
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井工艺应用形式
井底恒压 钻井 CBHP
应用
最常用的控压 钻井方法,主 要解决窄窗口 安全钻井问题
加压泥浆 帽钻井 PMCD
应用
静液压力
静液压力
不同工况压力控制示意图
-13-
二、控压钻井工艺技术
控压钻井的应用优势
消除了循环压力对井底压力的影响
有利于深井和高温高压井的安全施工、提高速度 控制井底压力小幅度波动
有效控制井底压力在窄范围内; 有利于水平井和窄压力窗口井作业。 快速调节井下环空压力 在不调整钻井液密度的情况下,快速应对井 下情况的变化,随时调整进行液相的过、近、欠 平衡作业
减轻对地层伤害 解决窄压力窗口问题 降低压差卡钻 提高钻速 增加钻井安全性 延长水平段
技术上的风险井 低经济效益的井 以前“不可钻”的井
— 前言

— 控压钻井工艺技术

— 精细控压钻井系统

— 主要成果与技术创新

— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
三、精细控压钻井系统
✓个性化的控制模型 ✓超前检测控制,压力追踪快 ✓具有压力保护,工况报警功能 ✓水力模型实时校正,计算误差在 0.1~0.2MPa以内 ✓具备无PWD控压钻进功能
接收自动控制系统的工作指令并进行处理,同时向下位 机发送指令,来实现对各节流阀和平板阀的自动(本地/ 远程)控制
由地面压力、温度传感器、泵冲传感器、流量计、其他 PWD井下仪器、录井传感器等构成,将国际最先进控制技 术用于钻井、采用现场装置-控制器-上位计算机控制 的三层递阶控制结构经室内测试和现场应用,性能稳定
控压钻井核心技术一直由3大石油服务公司垄断,不出售产品, 仅提供高额的技术服务:
Schlumberger公司的DAPC系统 Halliburton公司的MPD系统 Weatherford公司的MFC系统
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一、前 言
2009年以来,塔里木油田 引进Halliburton公司的MPD 系统,在塔中完成精细控压钻 井20余井次,应用结果表明: 精细控压钻井技术能够有效预 防和控制溢流和井漏、避免井 下复杂、大幅度降低非生产时 间、缩短钻井周期;能够保护 油气层、提高水平段延伸能力、 有利于提高单井产能
控压钻井现场应用取得突破
技术方式
精确近平衡控压钻井技术 欠平衡控压钻井技术 微流量控压钻井技术
1、根据地质要求,控制少量溢流,实现有效防漏 2、欠平衡控压边点火边钻进,利于发现油气层,提高钻速 3、监测钻井液出入口流量变化,实现溢流、漏失早期控制 4、及时微量的井口回压调整,有利于发现油气层 5、调整井口控压,寻找压力平衡点,可顺利穿越薄弱层 6、实施精细控压作业,有利于水平段延长,提高单井产量
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成
自动节流管汇系统 回压补偿系统 液气控制系统 自动控制系统 自动控制软件 随钻压力测量工具(可选)
震动筛
泥 浆 罐
液 气 分 离 器

泥浆罐
RCD
井控节流
5
4
控制器
回压泵
2 3
液气泵
1
自动节流管汇
6
PWD
1 自动节流管汇 2 回压泵系统 3 液气控制系统 4 监测及自动控制系统 5 自动控制及应用软件 6 PWD
三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井工艺流程
起下钻、接单根流程
-24-
三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井工艺流程
气侵时流程
-25-
三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井工艺流程
维护旋转头流程
-26-
三、精细控压钻井系统
与国外同类产品性能指标对比
对比性能
技 术
额定压力

三、精细控压钻井系统
控压钻井工艺及控制软件 控制及软件系统整体布局
➢应用程序服务器 ➢控压钻井设计
➢实时控制服务器
控 制
➢系统数据采集、通信

➢系统数据接收处理
➢井下压力计算
➢控压钻井设计模拟 ➢控压钻井工况模拟与监控 ➢控压钻井数据库
➢设备动作控制 ➢钻井安全监控 ➢设备工作状态监控 ➢实时数据库
参数采集与监测、实时水力学计算、远程自动控制软件 三个软件构成,完成与其它系统之间的通讯及数据交互, 负责向液气控制系统发出相应的调整指令,并监控指令 的执行情况,实现阀的平稳控制
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井工艺流程
正常钻进时流程
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