控压钻井概述

微流量控压钻井
MFC钻井是通过监测微进 口流量或出口流量，来实 现监测钻井液总流量的微 小波动范围。探测到小的 流失与侵入，然后通过一 定的方法来调整返回流量 （通过回压泵与节流阀的 共同作用或只调节节流阀 来实现），结果使井底压 力平衡地层压力。
MPD与MFC流程对比
MPD简易流程图
MFC简易流程图
HSE
健康、安全、环保MPD（HSE）：是控压钻井的重要组 成部分，主要用于含H2S地层，使用闭合承压钻井液循环 系统更严格控制井底气体产出，通过专用的分离器处理 H2S等有害气体，降低地面危险等级。
控压钻井主要装备
旋转防喷器（RCD）
单向阀（NRV）
节流管汇系统
旋转防喷器
旋转防喷器又叫旋转控制 头，在井眼环空与钻柱之 间起封隔作用，并提供安 全有效的压力控制，同时 具有将井眼返出流体导离 井口的作用。
通过调节节流压力保持井底压力恒定
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何时使用控压钻井
确定是否应用控压钻井需要考虑的方面 ①首先明确钻井中可能出现的问题，这些问题产生的影响 ，以及如果采取常规钻井方式可能造成的时间和经济上的 损失； ②考虑各种不同控压钻井方式在解决该井中的钻井难题能 达到的效果； ③考虑控压钻井专有设备、培训、钻井工程设计、控压钻 井专家等带来的附加费用。 控压钻井筛选步骤 ①确定作业目的； ②获取数据； ③评价分析；常规水力学、控压钻井水力学分析；确定重 要的参数。
可能的研究方向
井筒流动规律研究 井下压力解释研究 多相流计算/模拟 井筒控制理论方法研究 井筒动态多相流动模型研究 深层碳酸盐岩地层溢流漏失机理研究
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加压泥浆帽钻井（PMCD）
加压泥浆帽钻井（PMCD ）：由性质不同的两种钻 井液（即牺牲液和泥浆帽 ）分段共存于井筒内，环 空漏层上部为高性能泥浆 帽；牺牲液通过钻机泥浆 泵注入，冷却钻头并携带 岩屑流入漏层。主要针对 裂缝性地层和严重漏失地 层。
双梯度控压钻井
双梯度控压钻井（DGD）：采取一定的措施使隔水导管 内的流体密度与海水密度接近（所有压力均以海底为参考 点），使地层破裂压力和孔隙压力之间的余量相对增大， 主要用于深海钻井。
控压钻井存在的难点
然而，控压钻井技术毕竟只经历了不到10年的发展， 仍然存在诸多的技术难点与不足，主要表现在：难以及时 准确的确定安全压力窗口，难以及时准确的掌握井筒流动 状态，导致压力控制反馈滞后、控制精度低、物质平衡控 制困难。 复杂工况下井筒压力波传播规律与压力演变规律认识 不清，已经成为实现精细、安全控压钻井的最大障碍。 目前，控压钻井只重视压力平衡，对于物质平衡与否 缺乏研究，没有一套物质平衡与压力平衡双重平衡的判别 模型，缺乏一套基于物质平衡与压力平衡的井筒流体与压 力精细控制的理论方法。
Rig Pump Diverter
该装备能够克服回压 泵的一些固有缺陷。 在起下钻/接单根需要 井口回压时，它可以 将钻井泵泵向立管的 钻井液导向环空中， 从而起到回压泵的作 用。这样就可以省去 一个泵。
ห้องสมุดไป่ตู้现控制目的的三个条件
合理的 理论算 法
满足要 求的硬 件设备
实现井控目标
准确可靠 的参数测 量
At Balance 公司的动态 环空压力控 制系统
Halliburton 公 司的控压钻井 系统
改进了回压泵的自循环功能，使施加回压更加稳定，压力 脉动更小，通过对出入口流量计流量的变化来实时调节节 流阀开度达到改变环空压力的目的。
先进控压钻井技术
连续循环钻井（CCS） 微流量控压钻井（MFC） 充气控压钻井 钻井泵分流器（RPD）
控压钻井的原理
控压钻井技术是当前常用钻井技术之一，也是高 效解决“窄密度窗口”钻井的有效手段。在钻井 过程中，自动把随钻监测的环空压力剖面反馈到 地面控制系统，地面自动调整回压及压力补偿， 实现了对环空压力的闭环监测与控制。这种循环 体系要求对环空钻井液水力学的精确计算和模拟 ，从而合理地预测、解释控压钻井过程中整个环 空压力剖面以及采取相应的压力控制措施。通过 降低钻井液的漏失和钻井相关的非生产时间等来 提高钻井经济性，从而提高复杂条件下钻井作业 的安全性和效率。
微流量控压钻井
微流量控压钻井系统主要由 3 大部分组成：旋转控制头、微流量节 流管汇和数据采集与控制系统。微流量节流管汇可根据工作需要调节 钻井液流量等参数，钻井液地面管汇上装有 2 个钻井液微流量测量 仪以及相关的传感器，传感器通过测量各种钻井液参数，并将采集到 的压力、温度、流量、流速等信号通过 A/D 转换器送到中央数据采 集与控制系统中，经计算机处理后发出下一步控制指令。
充气控压钻井
充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来 的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。充 气控压钻井依靠闭合、承压的循环体系，通过压力控制设 备、注气方法等来调节流体密度、流体黏度、流量、回压 和摩擦压力，更加精确地控制整个环空压力剖面，使得地 层流体有控制地进入环空。
MPD筛选流程图
控压钻井的主要分类
加压泥浆帽钻井
井底恒压控压钻井
传统分为四大类
双梯度控压钻井
HSE/密闭控压钻井
井底恒压控压钻井（CBHP）
井底恒压控压钻井（CBHP）：是一种通过环空水力摩 阻、节流压力和钻井液静液柱压力来精确控制井眼压 力的方法，主要用于钻过窄或不明压力梯度窗口。
图1-控压钻井流程图
其它常用MPD工具
多相分离系统 氮气产生装置（NGU） ECD降低工具 实时压力/流速监测系统 连续循环阀 各种传感器
比较成熟、形成商业化的产品主要有三类
Weatherford 公司和Secure Drilling公司使 用的微流量控 制系统
应用微流量控制原理和技术实施控压钻井，对进出口钻井 液的微小压力、质量流量、当量循环密度、流速等参数进 行实时监测，钻井工程人员在地面通过快速改变钻井液的 特性以满足钻井工艺要求。 通过高速网络将泵、节流管汇和实时精确的水力学模型连 接成一个系统，可以自动地测量、管理和控制井下压力， 能够在钻进、接单根、起钻等过程保持井底压力，避免或 减少井涌、漏失等事故的发生。
钻杆内单向阀
又称钻具止回阀，是MPD中的重要装备。由于MPD需要 向环空中加回压，根据U型管原理，钻井液有可能被压回 钻柱内。泥浆中岩屑会堵塞钻具，甚至泥浆会从喷出钻柱 ，所以需要在钻柱内安装单向阀。下图为球形止回阀结构 。
节流管汇系统
节流管汇：利用节流管汇中的节流阀启闭,控制一定的回 压来保持井底压力的平衡。
连续循环钻井
连续循环钻井技术是指在钻井过程中，起下钻接卸单根时 ，可以不停泵而保持井眼处于连续循环状态的技术。该技 术可有效克服因开/停泵造成的井下压力波动，减少因压 力波动造成的井下复杂情况及事故。
连续循环系统主机
连续循环钻井
连续循环系统的工作原理是：首先 关闭上、下半封闸板，在防喷器内 形成一个密闭的容腔，在容腔内填 充满高压钻井液后，利用动力钳卸 扣，使钻杆接头脱离；接着用强行 起下装置将上部钻杆提升至中间全 封闸板上端，并利用钻井液分流装 置与防喷器上的旁通阀，完成钻井 液循环通道的分流切换，即钻井液 完全从防喷器上的旁通管道泵入腔 体，而钻井液泵与立管之间的通道 被完全切断；之后关闭全封闸板， 从而形成上、下两个密闭腔室，在 上腔卸压后打开上半封闸板，并提 出上部钻杆，这样就完成了卸钻杆 操作。同样利用与上述相反的控制 流程可完成加接新钻杆的操作，此 时钻井液仍不断被泵入井内，从而 实现钻井液的连续循环。
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控压钻井调研报告
Contents
控压钻井的定义
控压钻井的主要分类
控压钻井主要装备
先进控压钻井技术
控压钻井面临的难点
控压钻井的定义
控压 钻井
IADC的定义： 控制环空中水力 压力剖面来适应 允许的压力窗口 以及在此窗口内 用工具处理钻井 中发生的问题。
柳贡慧教授等人的定 义：控压钻井是一个 以井筒压力剖面为核 心的贯穿整个钻井作 业的系统工程，包括 钻前科学预测与设计 、钻中实时监测与控 制、钻后分析与措施