钻井院控压钻井装备与技术介绍
控压钻井技术、设备与应用
控压钻井技术、设备与应用在大多数钻井作业中，大量经费用于解决钻井相关的问题，包括卡钻、井漏和过高的泥浆成本。
为了降低这类问题所引起的非生产时间（NPT）百分比，其目的是控制环空压力损失，特别是在因孔隙压力和破裂压力梯度太靠近而被称为窄安全密度窗口，如果我们能够解决这个问题，钻探井花费将下降，从而使以前认为难以钻进的窄安全密度窗口井也可以实现钻井。
控压钻井（MPD）是一种新技术，它通过控制环空压力损失使我们能够克服这些类型的钻井问题。
由于石油行业对这项技术了解程度还不够深入，文章讲述了控压钻井技术原理，并着重描述在钻井中应用的巨大优势。
标签：控压钻井（MPD）；恒定井底压力（CBHP）；压泥浆帽钻井（PMCD）；双梯度（DG）；返出流量控制（RFC）1 简介1.1 简介世界能源需求在不断增加以满足发展中国家对能源的需要。
日益增长的能源消耗，迫使科学家和工程师们去发现另一种能源获取的新方法，或寻找更好的方法以更高效率的获取我们已使用多年的能源。
世界上现有的大部分剩余油气资源将比过去更难开采。
事实上，很多人认为容易开采部分的能源已经被开采。
随着石油价格的飙升，生产井的安全钻井和成本控制效益尤为重要。
考虑到所有的这些问题，MPD现在应该被视为一种技术，它可以通过减少与传统海上钻井有关的过度钻井相关费用，以显著增长钻井效益。
由于NPT（非生产时间）成本对海上钻井具有更大的经济影响，海底环境是这项技术潜力最大化行业环境。
此外，作为MPD的主要优势，减少钻井相关的非生产时间，使在技术上和经济上较常规方法更具钻探前景，这将不可避免的借助目前MPD在几个条件和环境中所呈现出的优点。
许多钻井决策者的规避风险心理导致该行业在接受新技术方面已经落后其他行业。
至目前为止，正如那些在陆地上和海上已经首次应用MPD的公司所期望，这些应用大多有最具挑战性和以其他方式不可替代的优势，即替代传统邻钻井失败或严重超预算的应用前景。
1.2 基本概念的定义1.2.1 地层孔隙压力地层流体压力或孔隙压力，是被钻地层内的流体施加形成的压力。
控压钻井技术及实践培训讲义PPT工艺
当检测到井壁出现掉块时，立即增加井口回压，抑制 井壁掉块。
精细控压钻井优点
➢ 工程方面： 1、井控安全：及时发现溢流或漏失并迅速处理。 2、钻井提速： （1）井下安全：及早发现溢流、漏失并迅速方便处置，快速抑制井壁掉 块，减少卡钻几率； （2）提高机械钻速：降密度，减压持效应； （3）提高钻井时效：通过调整套压减少加重泥浆、堵漏时间。
➢ 油气层发现与保护 1、随钻测试地层孔隙压力，及时发现油气层； 2、用较低密度的钻井液钻油气层，保护油气层。
控压钻井具有独特的优势：
勘探上：及时发现和有效保护油气层。 开发上：除具有勘探上的优势外，还能降低综 合开发成本，实现开发目的。 钻井工程上：及时发现、处置溢流和漏失乃至 井壁坍塌，防止粘卡，提高机械钻速，缩短加重时 间和堵漏时间。
说明在循环期间井底的正压差当量密度=密度附加值+环
空循环压耗当量密度。这个值一般为0.05至0.15g/cm3，压 力3至6MPa。
控压钻井技术的奥妙
➢控压钻井与常规钻井的比较优势：
★井漏：开泵就漏，停泵井内钻井液液面不降；开泵就不返，停泵井内 井液液面下降，但漏失速度可以接受。此时控压钻井技术能够解决。
控压钻井包括：欠平衡、过平衡和泥浆帽等钻井方式。
优势—
1、将设备、工具与工艺相结合，通过控制环空压力剖面，减少窄安全 密度窗口钻井相关的风险和投资；
2、可以对回压、钻井液密度、钻井液流变性、环空液面、环空循环 压耗和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制；
3、可以快速应对。及时处理观察到的井口与井底压力变化、钻井液 进出口流量变化，动态控制环空压力、出口流量，更经济地完成其 它技术不可能完成的钻井作业；
控压钻井关键技术研究与应用
193控压钻井技术是石油工程领域的一项重要技术，它通过控制井底压力来防止井喷、井漏等事故的发生。
随着油气勘探开发的不断深入，复杂地层和特殊工艺井的数量不断增加，对控压钻井技术的需求也越来越高，将探讨控压钻井关键技术的研究与应用，包括井底压力控制方法、井筒完整性管理、井筒完整性监测等方面。
通过对这些关键技术的研究和应用，可以提高钻井作业的安全性和效率，为油气勘探开发提供有力支持。
总之，控压钻井技术在现代石油工程中具有重要的地位和作用，值得我们进一步研究和探讨。
1 控压钻井技术在现代石油工程中的重要性控压钻井技术在现代石油工程中扮演着极为重要的角色。
在石油开采过程中，控制井口的压力能够提高井眼的稳定性，确保井涌的安全可控。
首先，通过控制井口的压力，可以有效地控制井底的井眼压力和钻井液的循环速度。
在钻井过程中，钻井液保证井眼稳定的关键因素之一，通过控制循环钻井液的流速和压力，可以减小钻孔边坡的崩塌风险，保护井眼的稳定性。
其次，控压钻井技术能够有效降低井涌发生的风险。
井涌是指地层中的液体或气体以很高的速率流向钻井井眼的现象。
高压、高温、高含硫等深层地层通常是井涌风险最大的地层，通过控制井口的压力和井眼的压力，可以减少井涌的发生频率，保证钻井人员的安全，并避免后续钻井作业过程中的困难。
此外，控压钻井技术还能减少井漏事件的发生。
井漏是指地层中的钻井液流向地表，造成井下压力失控的现象。
控压钻井技术可以通过合理控制钻眼压力和注入液的性质，预防并减少井漏事件的发生，有效保护井下人员的安全，降低事故风险[1]。
2 控压钻井技术的基本原理2.1 压力控制原理压力控制是控压钻井的核心，在进行钻井操作时，井下会有强大的地层压力作用在井筒中，而这种压力超过了可以承受的范围，将对井筒安全造成威胁。
因此，为了确保钻井操作的安全可行，需要运用一系列控制措施来平衡井筒内外压力差。
压力控制技术主要包括控制井底压力、控制顶部压力和调节钻井液压力三个方面。
精细控压钻井技术简介
1、MPD提出背景
近年来随着对石
BHP
油天然气勘探开发力 度的加大，各种复杂 地区钻井日益增多， 应 用 常 规 OBD技 术 以 及 UBD 技 术 均 不 能 很 好 解 决 窄 密 度 窗 口 安 BHP 全 钻 井 、 含 H2S 气 体 、高密度泥浆漏失引
井涌
起的钻井复杂和井控 风险等问题。
即 ：MPD是一种适用的钻井程序，用于精确地控制整个井眼的 环空压力剖面，其目的在于确定井底压力范围（使环空压力剖面在安 全密度窗口之类），从而合适地控制环空液压剖面。
一、 精细控压钻井技术概述
2、精细控压钻井技术定义（Managed Pressure Drilling-MPD）
技术注解： (1)MPD将工具与技术相结合，通过预先控制环空液压剖面，可以减少 与井底压差范围狭窄的井眼钻井有关的风险和投资； (2)MPD可以包括对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩 擦力和井眼几何尺寸进行综合分析与加以控制； (3)MPD可以更快地纠正作业，来处理观察到的压力变化。能够动态控 制环空压力，从而能够完成其他技术不可能经济地完成的钻井作业； (4)MPD技术可用于避免地层流体侵入，使用适当的工艺作业中产生的 任何流动都是安全的。
井底恒压 CBHP
加压泥浆帽 PMCD
窄密度窗口... 高温高压层
大漏失地层
双梯度 DGD
海洋钻井
一、 精细控压钻井技术概述
应用最广泛，适用区域最 广，技术上最先进 溶洞、大裂缝地区 地层压力梯度规律突变 （深海海底）
HSE 健康安全环保
减少污染
仅在概念阶段
陆上力
地层压力
一、 精细控压钻井技术概述
2、精细控压钻井技术定义（Managed Pressure Drilling-MPD）
控压钻井装备与技术介绍
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
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
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 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。
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
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
控压钻井技术及其应用
控压钻井技术及其应用控压钻井技术及其应用姓名： XX班级：序号：学号：摘要：控压钻井是利用封闭的钻井液循环系统，通过液力井的模拟程序来反馈数据，预测环空压力剖面，从而使自动控制压力系统自动调节节流阀，产生微小调节量来精确控制整个井眼的环空压力剖面。
本文介绍了控压钻井的概念和原理及其应用和发展。
关键词：控压钻井；MPD；钻井技术；应用控压钻井是目前世界上最先进的钻井技术之一，能够对井底压力进行实时精确的控制、解决现场遇到的井下复杂钻井问题；理论研究与应用实践均表明，它可以有效的解决国内外普遍遇到的窄密度窗口安全钻井难题。
为了更好的掌握和运用该技术，从宏观角度将控压钻井看作为一项较复杂的系统工程，既要保证系统内任一组成部分能够正常运转，又要提高系统内各部分之间的协调能力，从而发挥其最大效率。
为此，提出了控压钻井系统工程（MPDSE）的概念——控压钻井系统工程就是将系统工程理论应用到控压钻井技术中的一种研究方法。
其主要内容是研究系统内部各组成部分的精确设计，系统分析各组成部分之间的相互关系和内部地位，优化处理各组成部分之间的相互制约性，实现系统的最优化。
一、MPD的系统组成和工作原理[1]1、定义和技术特点(1)MPD的定义：国际钻井承包商协会(LADC)欠平衡和控制压力委员会(Underba1anced Operation and Managed Pressure Commitee) 将MPD定义为：MPD是用于精确控制整个井眼压力剖面的适宜钻井程序，其目的是确定井下压力的环境限制，并以此控制环空液压剖面。
(2)技术特点：它不同于常规的开式压力控制系统，而是依赖于封闭的循环系统通过调节井眼的环空压力来补偿钻井液循环而产生的附加摩擦压力。
MPD技术义个重要特点就是使用了一套封闭的系统，可增加钻井液返回系统的钻井液压力，以提供钻进的能力和在保持适当环空压力剖面的情况下能连续接钻杆。
适当的环空压力剖面阻止了钻井液流人地层造成对地层的伤害。
控压钻井
实时调整井口回压，维持井底压力相对稳定，保证井筒内
的压力满足地层密度窗口的要求。井底恒压控压钻井技术 适用于处理海洋窄密度窗口、浅表层钻井等问题。
井底恒压控压钻井技术装备布置示意图
5
控制压力钻井
泥浆帽钻井
泥浆帽钻井技术作业是向环空注入高密度钻井液， 钻杆中注入“牺牲流体”；通常牺牲流体密度较低， 以此获得较高的机械钻速。牺牲流体与环空注入的 高密度钻井液在环空相遇，形成钻井液 — 牺牲流体 界面，界面以上的高密度钻井液被称为泥浆帽。
3
控制压力钻井
控压钻井技术方式
1. 恒定井底压力MPD（CBHP MPD）
2. 泥浆帽钻井（PMCD） 3. 双梯度钻井MPD 4. HSE（健康、安全、环境） MPD 又称回流控制钻井技术
4
控制压力钻井
井底恒压控压钻井
井底恒压控压钻井适用于窄密度窗口和未 知密度窗口情况下的钻井作业，可通过调节井 口回压维持井底压力等于或略大于地层压力， 保证钻井作业安全、高效。 井底恒压控压钻井装备的布置主要是在旋转防喷器与液 气分离器之间加入一个自动节流管汇系统，根据井底压力
旋转防喷器可以避免关闭闸板防喷器，将碳氢化合物释 放至钻台的可能性降至最低，且在循环出侵入流体或在 处理气侵钻井液过程中允许活动钻柱。 HSE控压钻井技术装备布置示意图
8
2
控制压力钻井 欠平衡、控压、常规钻井划分
井眼压力 欠平 坍塌压力～孔隙压力 衡钻 井 控压 油井，孔隙压力～孔隙压力+1.5钻井 3.5MPa 气井，孔隙压力～孔隙压力+3-5MPa 近平 油井，孔隙压力+1.5-3.5MPa 衡钻 气井，孔隙压力+3-5MPa 井 过平 油井， 孔隙压力+3.5MPa ～破裂压力 衡钻 气井， 孔隙压力+5MPa ～破裂压力 井
控压钻井(推荐完整)
决海洋钻井中遇到的溶洞型及裂缝地层导致的严
重漏失有良好效果。
6
双梯度钻井技术
控制压力钻井ຫໍສະໝຸດ 作业时，隔水管内充满海水（或不使用隔水 管），通过海底泵和小直径回流管线旁路回输钻井 液；或在隔水管中注入低密度介质（空心微球、低 密度流体、气体），降低隔水管环空内返回流体的 密度，使之与海水相当，在整个钻井液返回回路中 保持双密度钻井液体系，有效控制井眼环空压力、 井底压力，确保井底压力处于安全的压力窗口之内。
泥浆帽钻井
泥浆帽钻井技术作业是向环空注入高密度钻井液， 钻杆中注入“牺牲流体”；通常牺牲流体密度较低， 以此获得较高的机械钻速。牺牲流体与环空注入的 高密度钻井液在环空相遇，形成钻井液—牺牲流体 界面，界面以上的高密度钻井液被称为泥浆帽。
海洋应用泥浆帽钻井的井口装备示意图
此方法已在海洋钻井作业中获得成功应用，对解
1. 解决了钻井中的窄密度窗口问题 2. 解决了海洋浅表层作业的相关问
题 3. 解决了隔水管进气对深水钻井的
影响问题 4. 减少非生产时间，降低作业成本
1
控制压力钻井
控压钻井原理
常规钻井：井底循环压力= 静液柱压力+ 环空摩阻 控压钻井：井底循环压力= 静液柱压力+ 环空摩阻+ 地面回压 （环控压耗折算当量钻井液密度0.03-0.15g/cm3）
3
控制压力钻井
控压钻井技术方式 1. 恒定井底压力MPD（CBHP MPD） 2. 泥浆帽钻井（PMCD） 3. 双梯度钻井MPD 4. HSE（健康、安全、环境） MPD 又称回流控制钻井技术
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控制压力钻井
井底恒压控压钻井
井底恒压控压钻井适用于窄密度窗口和未 知密度窗口情况下的钻井作业，可通过调节井 口回压维持井底压力等于或略大于地层压力， 保证钻井作业安全、高效。
控压钻井技术概论
MPD分类
MPD与UBD、PD的关系
o 欠平衡钻井的主要目标是避免损害将要开发的产层， 是以储层为本的。气体、雾化、泡沫、充气、液体钻 井。
o 而控制压力钻井MPD的主要目标是解决与钻井有关 的复杂压力控制问题，是以钻井为本的。液体。
o 提速钻井PD(performance drilling)或AD(air drilling)用于提高机械钻速。气体、雾化、泡沫。
点，静止、循环都发生井漏 o 密度窗口油井小于0.10（气井小于0.12）（假定环空摩阻折算当量钻
井液密度为0.05），静止不漏，但循环发生井漏。
窄密度窗口条件下常规钻井处理
o 控制钻井液密度 o 下技术套管封 o 堵漏提高承压能力
背景
o 地层漏失、压差卡钻、钻杆扭断、地层孔隙压力与地层破裂 压力窗口狭窄造成涌—漏等问题，增加非生产时间，导致勘探 费用大幅度提高。
o 直井高角度缝，缝宽达到毫米级时，就会出现严重井漏，甚至失 返，缝宽在100微米以上的裂缝就比较难以封堵了。
o 孔隙性漏失，漏失量与过平衡压差成正比（符合达西渗流定律）， 裂缝性漏失，漏失量与过平衡压差成1.5至1.6次方的关系，且无任 何内外泥饼作用。
o MPD解决井漏的原理是控制环空压力接近于地层孔隙压力，其过 平衡压差不足以克服钻井液向孔隙性漏失层的渗流或向裂缝性地层 的流动阻力。
井 深（m）
当量泥浆密度（g/cm3）
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
300
蓬
地漏试验
当
组
800
破裂压力
1300
漏失压力
蓬
当
控压钻井技术
MPD解决漏涌并存的原理
o 在裂缝性井漏情况下，钻井液密度窗口非常狭窄，往 往不到0.02 g/cm3，环空循环摩阻足以造成漏失。
MPD解决井漏的原理
o 环空摩阻当量钻井液密度一般不高于
0.05g/cm3。
o 在深井和超高压地层，由于采用极高的钻 井液密度，环空摩阻高达0.15g/cm3。
o 在这种情况下，即使不是窄密度窗口，也 会造成漏喷并存或压裂地层的复杂情况。
点，静止、循环都发生井漏 o 密度窗口油井小于0.10（气井小于0.12）（假定环空摩阻折算当量钻
井液密度为0.05），静止不漏，但循环发生井漏。
窄密度窗口条件下常规钻井处理
o 控制钻井液密度 o 下技术套管封 o 堵漏提高承压能力
背景
o 地层漏失、压差卡钻、钻杆扭断、地层孔隙压力与地层破裂 压力窗口狭窄造成涌—漏等问题，增加非生产时间，导致勘探 费用大幅度提高。
o CPD （controlled pressure drilling)
欠平衡、控压、常规钻井划分
井眼压力 欠平 坍塌压力～孔隙压力 衡钻 井 控压 油井，孔隙压力～孔隙压力+1.5钻井 3.5MPa
气井，孔隙压力～孔隙压力+3-5MPa 近平 油井，孔隙压力+1.5-3.5MPa 衡钻 气井，孔隙压力+3-5MPa 井 过平 油井， 孔隙压力+3.5MPa ～破裂压力 衡钻 气井， 孔隙压力+5MPa ～破裂压力 井
MPD与UBD、PD的关系
o 欠平衡钻井的主要目标是避免损害将要开发的产层， 是以储层为本的。气体、雾化、泡沫、充气、液体钻 井。
o 而控制压力钻井MPD的主要目标是解决与钻井有关 的复杂压力控制问题，是以钻井为本的。液体。
关于控压钻井技术的研究与应用
关于控压钻井技术的研究与应用【摘要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的钻井技术取得了较大程度上的发展，为我国工业水平的提高以及国民经济的发展做出重要贡献。
而在诸多钻井技术当中，控压钻井是一种新型、高效的技术，它主要应用于底层较为复杂的油气资源开采之中。
除此之外，控压钻井技术还具有较大的优越性，突出表现在生产成本较低、操作流程简易等方面，通过对其进行有效的使用，能够在一定程度上缩短非生产时间并对油井的生产效率进行有效的改善。
正是凭借其特点，控压钻井技术受到了人们的广泛关注。
本文主要针对控压钻井技术的研究与应用进行研究与分析。
【关键词】控压钻井技术；控压原理；应用1.控压钻井技术简介1.1 控压钻井技术的定义目前状况下，存在着对控压钻井技术的多种定义，而在这些定义之中，最为主流的便是国际钻井承包商协会对于控压钻井技术的定义。
定义如下：控压钻井技术是指以保持井底压力在设定范围之内为目的，用于精确控制整个井眼压力剖面的实用钻井程序。
虽然国内外存在着多种控压钻井技术的定义，但在这些定义的表述中，都涉及到控压钻井技术的特性，即能够有效降低生产成本、简化操作流程，同时又能够对非生产时间进行一定程度上的缩短并有效改善油井生产效率等。
1.2 控压钻井技术的优点一般情况下，控压钻井技术的优点主要表现在如下几个方面：①通过对控压钻井技术进行有效的使用，能够增强对于井眼内环境压力的控制力度，这样一来，就可以防止因为地层流体故障性侵入而影响到钻井的性能。
一旦钻井性能得到有效的保障，就可以对深层钻井相关的风险以及投资进行一定程度上的减少。
②控压钻井技术的另一优点便是具有动态监控功能，它涉及面十分广泛，主要包含对以下几个方面的动态监控：回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸等。
在实施有效的动态监控的基础之上，充分分析监控状况，并据此自动实施有效的应对策略，进而提高故障处理的及时性与高效性，同时又能够对故障处理的成本进行一定程度上的降低。
钻井院控压钻井装备与技术介绍
详细描述：某油田采用钻井院控压钻井装备和技术，成功地控制了钻井过程中的 压力，提高了钻井效率，减少了井漏等复杂情况，为油田开发带来了显著的经济 效益。
案例二：某海上油田控压钻井实践
总结词：高效稳定
详细描述：在某海上油田的控压钻井实践中，钻井院的技术和装备表现出了高效和稳定的特性。通过精确控制井底压力，有 效防止了井喷、漏失等问题，大幅提高了海上钻井作业的安全性和效率。
保护油气层
控压钻井技术能够精确控制钻井液压力，减少对油气层的伤害，保 护油气资源。
控压钻井技术应用场景
1 2 3
高压、高油气比油气田
在高压、高油气比油气田中，采用控压钻井技术 可以有效控制地层压力，防止井喷等事故发生。
复杂地层
对于复杂地层，如断层、裂缝发育地层等，采用 控压钻井技术可以降低地层破裂的风险，提高钻 井成功率。
控压钻井泵的调节系统能够根 据需要调整泵的排量和压力， 实现钻柱内压力的精确控制。
控压节流阀
控压节流阀是控压钻井系统中的关键部件之一，主要作用是调节和控制钻柱内的压 力。
控压节流阀通常采用球阀或滑阀结构，具有高精度、高可靠性、快速响应等特点。
通过调节控压节流阀的开口度，可以精确控制钻柱内的压力和流量，实现控压钻井 的目的。
定性和可靠性，降低应用成本，提升市场竞争力。
提升技术应用水平
02
加强技术培训和技术服务，提高钻井工程师和技术人员的技能
水平，确保技术的正确和有效应用。
拓展技术应用领域
03
将控压钻井技术应用于更广泛的领域，如深海钻井、非常规能
源开发等，以拓展技术的应用范围和市场空间。
政策与资金支持建议
制定优惠政策
加强知识产权保护
压力控制钻井简介
3
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。
4
一、压力控制钻井技术简介
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。
39
三、压力控制钻井装备
7100EP旋转控制头
PCWD系统
40
三、压力控制钻井装备
Williams系列旋转控制头
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
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
2
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
控压钻井概述讲解
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。
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。
通过调节节流压力保持井底压力恒定
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。
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）
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。
控压钻井技术及其应用
控压钻井技术及其应用摘要：控压钻井技术是一项应用于复杂地层油气资源开采的技术，并因其具有降低生产成本，简化操作流程，缩短非生产时间和显著改善油井生产效率等优点，逐步成为近年国内外钻井新技术研发热点。
文章在对控压钻井技术的定义及其工作原理分析的基础上，对国内现行主要控压钻井技术进行了梳理，以期为控压钻井技术的全面推广提供参考。
关键词：控压钻井；控压原理；应用随着当前世界石油开采逐渐向深部复杂地层的扩展，开采过程中发生的井涌、井漏、有害气体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等各种窄密度窗口安全钻井问题开始引起人们的广泛关注。
因为该类问题的发生不仅会拖延项目进度，还会造成项目事故频发，更会带来健康、安全、环境等方面的问题，成为制约石油深层开采的技术瓶颈。
解决问题的关键就在于对井下压力实施有效控制，即采取控压钻井技术（Managed Pressure Drilling，MPD），这也是目前国际上应用比较广泛的一种方法。
控压钻井技术最早起源于20世纪60年代，但直到2004年SPE/IADC在Amsterdam举行的钻井专题会议上才正式提出，并与UBD和Air Drilling一起被IADC定义为钻井过程中的控制压力钻井的三大体系。
在经历最近几年的快速发展后，控压钻井技术已经逐步形成了以恒定井底压力技术、加压泥浆帽钻井技术、双梯度钻井技术和健康安全环境技术为主的工艺体系，并在国外Harlliburton和Shell公司以及国内中石油钻井院和塔里木油田等的室内模拟试验和现场应用中表现出良好的效果。
1 控压钻井技术1.1 控压钻井技术的定义目前世界对控压钻井技术的定义比较繁多，但总体上采用国际钻井承包商协会的定义。
该定义对控压钻井技术对进行如下表述：控压钻井技术是用于精确控制整个井眼压力剖面的实用钻井程序，其目的在于保持井底压力在设定的范围以内。
国内学者也是有鉴如此，进行了“管理压力钻井”以及“控制压力钻井技术”等相关表述。
控压钻井装备与技术介绍
控压钻井装备与技术介绍一、什么是控压钻井装备与技术控压钻井装备与技术呢，就是在钻井的时候，用来控制压力的一套超级厉害的东西。
你想啊，钻井的时候地下的压力情况可复杂了，如果压力控制不好，那可就麻烦大了。
就像你在吹气球，气太多了气球会爆，气太少了气球又瘪瘪的不好看。
控压钻井装备就像是那个控制吹气量的阀门。
这些装备包括各种压力传感器啦，还有专门的控制系统等等。
这些技术呢，就是告诉这些装备什么时候该加压，什么时候该减压，就像给它们制定了一套聪明的规则。
二、控压钻井装备有哪些1. 压力传感器这可是个很灵敏的小玩意。
它就像一个小小的侦探，在钻井的过程中，它能够精准地探测到周围的压力情况。
不管是地层里面的压力变化，还是钻井液流动带来的压力波动，它都能快速地发现。
就好比你能敏锐地感觉到周围温度的变化一样，压力传感器就是这么厉害。
2. 节流管汇这个东西就像是一个压力的调节站。
当压力过高或者过低的时候，它就开始发挥作用了。
它可以通过改变钻井液的流量等方式，来调节整个钻井系统的压力。
想象一下，它就像是一个交通警察，指挥着钻井液这个车流，让压力保持在一个合适的水平。
3. 自动控制系统这个可就高级啦。
它就像一个超级大脑，把压力传感器探测到的信息收集起来，然后经过复杂的计算和分析，给节流管汇等装备发出指令。
就像是一个聪明的指挥官，根据战场的情况（也就是压力情况），指挥士兵（各种装备）做出正确的行动。
三、控压钻井技术的重要性1. 安全方面如果没有控压钻井技术，在钻井过程中很容易发生井喷等危险情况。
井喷就像是一个失控的怪兽，会把钻井设备、人员都置于非常危险的境地。
而有了控压钻井技术，就可以把这个怪兽牢牢地关在笼子里，保障大家的安全。
2. 提高钻井效率它能让钻井的过程更加平稳。
就像你开车，如果一路都是坑坑洼洼，肯定开得很慢，还很费油。
但是如果路是平的，你就可以开得又快又稳。
控压钻井技术就给钻井创造了一个“平坦的路”，让钻井的速度更快，而且还能减少一些不必要的损耗。
控制压力钻井技术
主要内容：
井底压力恒定MPD (CBHPMPD) 双梯度MPD(Dual-gradientMPD) 加压泥浆帽MPD (Pressured-mud-cap MPD，PMCD) HSEMPD（HSE or返回流量控制 (RFC)
其它演变的钻井方法
22
二、控压钻井（MPD）各种应用模式
10
一、控压钻井（MPD）概述
存在窄密度窗口地层的几种情况 压力敏感地层裂缝、溶洞等连通性好的地层，停泵井涌，
开泵漏失； 长井段同一压力系统当平衡上部地层时，钻开下部地层
会发生漏失，降低密度上部地层流体会有外溢； 上部存在异常高压层钻遇下部正常压力目的层，由于地
层压力降低发生漏失；
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按其压力控制方式可分为主动型和被动型。 “被动型”MPD (ReactiveMPD)：采用常规钻井方法钻 井，但将设备组装成能够迅速应对意料外的压力变化。钻井
程序中至少需要装备有旋转控制装置(旋转防喷器或旋转头)、
节流管汇，或许还有钻柱浮阀等。 “主动型”MPD (ProactiveMPD)：充分利用组装设备
——井底压力恒定MPD
(CBHPMPD)
井底压力恒定MPD又称为 当量循环密度( ECD) 控制。 设计时使用低于常规钻井方式 的钻井液密度进行近平衡钻井。 循环时井底压力 = 静液柱压
力+环空压耗
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
当关井、接钻杆时，循环压耗消失，井底压力处于欠平衡 状态，在井口加回压使井底压力保持一定程度的过平衡，防止
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
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20-222/93/-23
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
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
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
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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
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
井
底 压
静压
力
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
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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
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
井口回压设定.
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井口测量压力. 总出口流量.
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回压泵流量.
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A阀开度. C阀开度.
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12ห้องสมุดไป่ตู้
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控制参数曲线图
-30-
四、主要成果与技术创新
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
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 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
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
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
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
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
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 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
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
参
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
器
➢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
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
☼ 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
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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✓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