控制压力钻井技术

因为用常规钻井方法在压力窗口内控制井口压力是不容易的。在常
规钻井中通常关注的是同时或间断发生井漏或井涌。遇到这种井是
禁止这种情况发生的，不然就会引起更多的事故。
窄密度窗口钻井
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一、控压钻井（MPD）概述
控制压力钻井（MPD）是一种用于精确控制整个井筒环空压力的钻井技 术，其目的是确定井底压力，并以此控制井筒环空压力剖面。 恒定井底压力钻井作为控制 压力钻井技术的一种，已经越来 越多地应用于窄密度窗口，并取 得了较好的应用效果。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
这种技术的典型实现方式是通过往双壁钻杆的环空、附着在套
管外面的寄生管或者隔水导管内注入低密度钻井液来完成的。 从连接点处开始注入空气、惰性气体、低密度钻井液或固体添
加物以降低从这一点到地面之间的钻井液密度。
根据压力平衡定义了一个双梯度钻井效果因子，即
m2 h w 1 m1 h f
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
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
不应用
不 不 不 不 不应用 不 不
不
不 不 不 不 不 是 不
是
是 是 是 是 是 是 是
MPD是 由欠平 衡钻井 (UBD) 和动力 钻井技 术综合 而发展 起来的 一项新 技术。
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一、控压钻井（MPD）概述
MPD技术的本质就是应用闭合、承压的钻井液循环系统继续 钻进，具有以下优势 ：
提前检测到井涌
控制压力钻井技术
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汇报提纲
一、控压钻井（MPD）概述
二、控压钻井（MPD）各种应用模式
三、应用MPD技术需要的MPD系统及装备
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一、控压钻井（MPD）概述
主要内容：

控压钻井（MPD）原理 控压钻井（MPD）与欠平衡钻井（UBD） 控压钻井（MPD）分类
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一、控压钻井（MPD）概述
钻遇孔隙压力与破裂压力的窄密度窗口是一个很困难的问题，
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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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加压泥浆帽MPD基本原理
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
使用相对密度较小并且无害的钻井液(例如水)来钻开压
力衰竭地层，岩屑和通过钻杆注入的低密度钻井液漏进目的 层的裂隙中，这样不但提高了机械钻速(ROP)，而且进入衰 竭地层的钻井液费用低于常规钻井液。
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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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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
双梯度MPD(Dual-gradientMPD)
双梯度钻井(DGD)技术是国外近 年来提出的一种钻井技术新概念， 其基本原理是在同一井筒内控制两 种密度的流体。
双梯度MPD基本原理
解决这一问题。
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一、控压钻井（MPD）概述
控压钻井（MPD）原理
控制压力钻井（MPD）技术于2004年IADC/SPE阿姆斯特丹 钻井会议上提出。
该技术主要是通过对回压、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。
。
η越大，泥浆窗口越宽，双梯度钻井技术的效
果越好
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
双梯度钻井技术就是 使破裂压力和孔隙压力 之间区域变宽，具有节
省钻井成本和时间的优
势，能以更低廉的成本、 更短的建井时间和更安
全的作业方式实现油气
勘探与开发。双梯度钻 双梯度钻井和设备简图 井技术可以钻深井。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
双梯度MPD(Dual-gradientMPD)工艺
双梯度钻井技术主要采用2种 实施方案: 海底泵方案

双密度方案(又分为注
中空球和注气方案2种)。
双梯度钻井工艺图
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式

海底举升法：隔水管内充满海水，在海底放置一个海底泵
举升泥浆旁路返回水面。
南海莺琼盆地
国内的主要地方：塔里木山前构造、新疆南缘、玉门青西、 西南油气田川东与川西北、柴达木地区、南海莺琼盆地等。
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一、控压钻井（MPD）概述
窄密度窗口问题已经是造成海上、陆上和深井、高温 高压井等钻井周期长、事故频繁、井下复杂的主要原因， 是急需解决的问题。
因此出现了控压钻井（MPD），此方法能够很好的
解决窄密度窗口 地层、裂缝发育 的压力敏感性地 层在钻井中出现 “喷漏同层、喷 漏同存”的复杂 事故。 减少钻井成本和 非生产作业时间 等问题（少下一 层套管）。
控压钻井的优势
图1 控制压力钻井与常规钻井井底压力对比图
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一、控压钻井（MPD）概述
国 外 控 压 钻 井 技 术
微流量控制 钻井系统 动态环空压 力控制系统 哈里伯顿 MPD系统
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一、控压钻井（MPD）概述
井底压力
静液柱压 力
环空摩阻
回 压
泥浆密度
节流阀打开
能改变但不能快速 变化
-泥浆密度 -泥浆粘度 -环空几何形态 -粗糙因素 -泥浆流量
实时变化来控制井底 压力
控压钻井—井底压力图
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一、控压钻井（MPD）概述
有效控制地层流 体侵入井眼，减少井
涌、井漏、卡钻等多
种钻井复杂情况，非 常适宜孔隙压力和破 裂压力窗口较窄的地 层作业。
泵管线、卸压管线和节流管汇，直径都是50. 8 mm。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
HSEMPD（HSE or返回流量控制 (RFC)）
减少花费的时间处理井控
钻“不可钻的” 窄的孔隙/ 破裂压 力梯度
消除来自钻井平台 硫化氢危害
优 优势 势
钻“不可钻的”缝 洞/ 裂缝碳酸盐
减少/ 避免抽吸效 应
下放套管更深， 减少套管柱数量 （更大的外径到 达井深）
钻高压目的层； 提高钻速，接近 平衡状态
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一、控压钻井（MPD）概述 控制压力钻井（MPD）分类
套管之前钻进较短的井段。
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一、控压钻井（MPD）概述
最终的结果是下入套管的数量、时间与费用会增加。 通常常规钻井在窄密度窗口的设计中，生产套管因套管下 入过多而导致直径很小。生产套管小使其产量低，这样就 很不经济。 不仅如此还会引起各种技术和操作的困难，如：高的 循环压力，钻头扭矩传递的困难，裸眼段大的阻力，钻柱 卡钻的敏感性等。操作如：电缆测井，下套管和固井，与 下完井工具在小井眼中都会遇到困难。
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
能够主动更改环空压力剖面这一优势，对整个井眼实施更精
确的压力剖面控制。
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一、控压钻井（MPD）概述
被动型MPD技术已在复杂井上应用多年，但主动型 的应用则很少，直到近年来需要增加钻井作业的替换方案 才得到较多的应用。
按其应用方式可分为：
恒定井底压力
加压泥浆帽
双梯度及HSEMPD等。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
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一、控压钻井（MPD）概述
控压钻井（MPD）与欠平衡钻井（UBD）
特征
井一直封闭 钻井时油藏流体侵入 进出流量的测量 下钻时质量流量 起钻时质量流量 返回管线上压力、流量控制设备 根据质量守恒自动调节返回流量 返回管线上有除气设备 井涌检测精确、快速 钻井时井涌、井漏的实时检测
欠平衡钻井
是 是 是 不 是 是 不 是 不应用 不
井底压力 = 高泥浆密度 + 低泥浆密度 + 井口回压 加压泥浆帽钻井( PMCD)则是在钻井中因环空流体 密度较小而需在井口施加一个正压，因此称为加压泥 浆帽钻井，这也是与泥浆帽钻井的主要区别。 用于钻很多裂缝或洞穴性地层。 如哈萨克斯坦，马来 西亚，印尼，安哥拉和美国等。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
常规钻井
不 不 是 不 不 不 不 不 不 不
控压钻井
是 不 是 是 是 是 是 是 是 是
立即利用早期井涌、井漏的输入信息
在地面采取小的动作迅速调整井底压力 钻井时有三道安全屏障 钻井时精确空隙压力与破裂压力的确定 在起下钻与接单根时保持恒定井底压力 即时的井控防止井涌 可以钻完整口井 在窄密度窗口可以安全钻进
控状态。 为了更好地携带钻屑，避免钻屑在钻头以上层段的孔洞 或裂缝中沉积，在岩屑上返的同时，还需要向钻杆内注入一种 Sac钻井液，通常是清水或盐水。若所钻地层含腐蚀性物质， 则应向清水或盐水中添加缓蚀剂。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
东南亚地区实施海上带压泥浆帽钻井时，基本上实施 的是如下方案: 在需要实施带压泥浆帽钻井的井眼，事先安装好带压 泥浆帽设备，包括RCD轴承装置。 常规钻井时，返排的流体通过一根从RCD接出来的 152mm软管回流至井队节流管汇。一旦出现严重井漏，液 压阀立即隔离流动管线，并通过一根专用管线向环空注入 流体，开始实施带压泥浆帽钻井。 与带压泥浆帽系统连接的其它管线，包括钻井液补给
——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
Baidu Nhomakorabea
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
加压泥浆帽MPD(Pressured-mud-cap MPD，PMCD)工艺
加压泥浆帽MPD地面展开图
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
加压泥浆帽MPD操作
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
注入的泥浆帽已经过加重和增粘处理，注意高密度钻井液
应缓慢注入环空，防止油气上窜进入环空，从而保持良好的井

注气法：在隔水管底部注气，使隔水管中的泥浆密度与海
水相当，实现双梯度。

注空心球法：在隔水管的底部注入空心球，使隔水管中的
泥浆密度与海水相当，实现双梯度。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式 加压泥浆帽MPD (Pressured-mud-cap MPD，PMCD) ：
加压泥浆帽MPD(PMCD)是一种 处理严重井漏的钻井方法。 把预先设计好的高密度钻井液通 过旋转控制头泵入到环空上部，这段 “钻井液帽”起到封隔环空的作用。
在常规钻井过程中，只是依赖静液柱压力来维持井眼在地
层压力与破裂压力之间。对于一口成功的常规钻井设计，在钻
进与起下钻（包括井涌时的井控操作）时，都必须提供足够的
起下钻与井涌控制范围。通常它只有较小的范围来确保安全操 作。
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一、控压钻井（MPD）概述
在窄密度窗口内的小且安全的起下钻和井涌范围的
加强会使可得的泥浆密度窗口更小。这样就会导致在下
地层流体侵入。
理想的情况是：静止时，在井口加的回压=循环时的环空压 耗。 井底压力恒定的MPD作业，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。
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
井底压力恒定MPD工艺
正常钻进
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
接单根
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二、控压钻井（MPD）各种应用模式
一、控压钻井（MPD）概述

容易坍塌和漏失的薄弱地层； 枯竭油气层老油田油气层压力降低造成上部地层
稳定、下部地层出现漏失； 深海海底—由于深海海底疏松的沉积和海水柱作
用造成地层压力和破裂压力区间很小。
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一、控压钻井（MPD）概述
新疆南缘
玉门青西 塔里木盆地 柴达木盆地
渤海湾盆地
四川盆地
USA Driller Club统计
东南亚100多口 MPD应用实例 海上/深水 陆上 高温高压 深井 美国540多口应 用实例
国外MPD发展现状
技术上逐渐趋于成 熟； 应用范围广泛；
应用效果明显。
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一、控压钻井（MPD）概述
0.2MPa
0.15MPa
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一、控压钻井（MPD）概述