压力控制钻井简介

1、压力控制钻井技术压力控制钻井技术中海油服钻井事业部中海油服钻井事业部2汇报内容汇报内容 压力控制钻井技术简介压力控制钻井技术简介 压力控制钻井工艺压力控制钻井工艺 压力控制钻井装备压力控制钻井装备 油服技术发展过程油服技术发展过程3一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介4一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介欠平衡钻井欠平衡钻井 (UnderBalanced Drilling-UBD) 是指在钻井过程中钻井液的是指在钻井过程中钻井液的循环压力（包括液柱压力和循循环压力（包括液柱压力和循环回压）低于地层的孔隙压力，环回压）低于地层的孔隙压力，允许产层流体流入井眼，并将允许产层

2、流体流入井眼，并将其循环到地面，在地面进行有其循环到地面，在地面进行有效控制的钻井方式。效控制的钻井方式。常常规规钻钻井井欠欠平平衡衡钻钻井井5一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介 欠平衡钻井技术可以减少钻井中对地层的污染，发现欠平衡钻井技术可以减少钻井中对地层的污染，发现隐蔽储层并正确评价储层，提高勘探的准确性和成功率。隐蔽储层并正确评价储层，提高勘探的准确性和成功率。自自1980s以来，陆地油田很多区块和油田使用了欠平衡以来，陆地油田很多区块和油田使用了欠平衡钻井技术并取得良好效果，目前预计有钻井技术并取得良好效果，目前预计有30的井采用该的井采用该技术完成。技术完成。 但由于

3、受作业空间、安全环保等因素的限制，欠平衡但由于受作业空间、安全环保等因素的限制，欠平衡技术不适用于海上作业，在整个世界范围内海上欠平衡技术不适用于海上作业，在整个世界范围内海上欠平衡应用较少。应用较少。6一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介 压力控制钻井使用科学的方法和技压力控制钻井使用科学的方法和技术来严密监测和控制井底压力，并术来严密监测和控制井底压力，并根据地层情况、钻探目的和工程实根据地层情况、钻探目的和工程实际问题将动态井底压力控制在预定际问题将动态井底压力控制在预定的压力窗口内。的压力窗口内。 压力控制钻井压力控制钻井(Managed Pressure Drilling

4、- MPD) 技术从欠平衡钻井中衍生出来的新技术，是一种采用欠技术从欠平衡钻井中衍生出来的新技术，是一种采用欠平衡钻井设备及先进压力控制方法进行钻进的技术。平衡钻井设备及先进压力控制方法进行钻进的技术。 压力控制钻井压力控制钻井 MPD7一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介1) 常规钻井中静止时井内压力关系常规钻井中静止时井内压力关系 Pm=Pp+P式中：式中：Pm-钻井液静液柱压力，钻井液静液柱压力，MPa; Pp-地层压力，地层压力，MPa; P-附加压力，一般取附加压力，一般取1.53.5MPa2) 常规钻井中钻进时井内压力关系常规钻井中钻进时井内压力关系 Pm+Pc=Pp+

5、P式中：式中：Pc-环空循环压耗，环空循环压耗，MPa。3) 控流欠平衡钻进时井内压力关系控流欠平衡钻进时井内压力关系 Pm+Pc+Pm+Pa=Pp式中：式中：Pa-井口回压（套压），井口回压（套压），MPa。8一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介UBDMPD井底压力状态井底压力状态负压负压近平衡近平衡压力波动幅度压力波动幅度大大非常小非常小压力控制精度压力控制精度低低高高对地层的要求对地层的要求严格严格相对宽松相对宽松地层产出物地层产出物量大量大量小量小设备配置设备配置庞大庞大改动少改动少井筒安全性井筒安全性较高较高非常高非常高对平台安全影响对平台安全影响影响较大影响较大提高安全

6、性提高安全性UBD vs. MPD9一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介 压力控制钻井技术钻出的井眼更压力控制钻井技术钻出的井眼更能如实地反映井下原始地层特性，能如实地反映井下原始地层特性，减少发生井眼失稳的几率，为正确减少发生井眼失稳的几率，为正确评价储层、制定更合理的勘探开发评价储层、制定更合理的勘探开发制度提供依据；该技术还弥补了欠制度提供依据；该技术还弥补了欠平衡钻井地层流体产出过多，海上平衡钻井地层流体产出过多，海上处置困难等不足。因而，压力控制处置困难等不足。因而，压力控制钻井技术是解决海上勘探、开发难钻井技术是解决海上勘探、开发难题的有效手段。题的有效手段。 10一、

7、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介开发复杂油气藏面临诸多问题开发复杂油气藏面临诸多问题 低电阻低电阻 低渗透低渗透 井下复杂情井下复杂情况发生频繁况发生频繁 无法计算无法计算申报储量申报储量 常规录井测井常规录井测井技术无法识别技术无法识别 低孔隙低孔隙 复杂复杂油气藏油气藏 特点特点 问题问题 目的目的11一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介 应用：应用：1、减少、控制井漏；、减少、控制井漏；2、控制井底压力、减少、控制井底压力、减少 井下事故；井下事故；3、提高井控安全性；、提高井控安全性；4、提高油气井产能和产量；、提高油气井产能和产量；5、提高勘探成功率。、提高勘

8、探成功率。12一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介应用：应用：13一、压力控制钻井技术简介一、压力控制钻井技术简介美国压力控制钻井美国压力控制钻井 14二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺1、经济性预测、经济性预测2、地层适应性分析、地层适应性分析 3、钻井介质的选择、钻井介质的选择 4、工艺设计、工艺设计5、作业、作业15二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺1、经济性预测、经济性预测 1）压力控制钻井较常规钻井技术初期投入大；）压力控制钻井较常规钻井技术初期投入大； 2）压力控制钻井能缩短投资回报期，长期效益好；）压力控制钻井能缩短投资回报期，长期效益好； 3）漏失地层，

9、根据漏失量及储层保护确定是否选用；）漏失地层，根据漏失量及储层保护确定是否选用； 4）复杂地层，减少事故、降低钻井成本；）复杂地层，减少事故、降低钻井成本； 中石油公司高层表示：能利用中石油公司高层表示：能利用UBD/MPD的井尽量采用的井尽量采用 这样的技术。这样的技术。16二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺2、地层适应性分析、地层适应性分析 1）地层压力系数和地质情况较清楚的储层；）地层压力系数和地质情况较清楚的储层； 2）井眼稳定性良好的石灰岩、花岗岩储层；）井眼稳定性良好的石灰岩、花岗岩储层； 3）胶结性能良好的砂岩储层；）胶结性能良好的砂岩储层； 4）H2S含量低于含量低于20

10、ppm 的储层。的储层。 17二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺筛筛选选油藏类型油藏类型地质条件地质条件区块筛选区块筛选适合适合MPD的目标区块的目标区块初步经济评价初步经济评价油油藏藏研研究究油藏精细构造油藏精细构造剩余油分布剩余油分布三维地质模型三维地质模型油藏工程研究油藏工程研究储层空间分布储层空间分布开发技术开发技术政策政策油水分布和油水分布和压力状况压力状况目的层目的层位置位置优优化化设设计计布井方式布井方式产能预测产能预测可采储量可采储量作业方式作业方式优化优化油藏地质设计油藏地质设计储层伤害机理储层伤害机理18二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺3、钻井介质选择、钻井介

11、质选择 根据储层压力系数的大小，压力控制钻井介质可以为根据储层压力系数的大小，压力控制钻井介质可以为单独的气相或液相，也可以是气液两相混合物。在做单独的气相或液相，也可以是气液两相混合物。在做欠平衡钻井介质设计时，除了考虑循环介质的密度外，欠平衡钻井介质设计时，除了考虑循环介质的密度外，还要考虑携岩、油气分离效率、防腐、安全及环保等还要考虑携岩、油气分离效率、防腐、安全及环保等方面因素。方面因素。 目前常用的介质为水基泥浆、油基泥浆、油包水泥浆、目前常用的介质为水基泥浆、油基泥浆、油包水泥浆、微泡泥浆、充气泥浆等。微泡泥浆、充气泥浆等。19二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺钻具组合数据钻

12、具组合数据井身结构数据井身结构数据岩石力学数据岩石力学数据预计负压值预计负压值负压差大于负压差大于水平井段环空压耗水平井段环空压耗负压差引起负压差引起井壁失稳井壁失稳油气产量小于油气产量小于设备除油气能力设备除油气能力计算随钻产油气量计算随钻产油气量单位压差单位压差随钻产油气量随钻产油气量合理井底负压值合理井底负压值是是是是是是否否否否否否4、工艺设计、工艺设计20二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺MPD21二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺1) 压力预测压力预测DRILLWORKS22二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺23二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺24二、压力

13、控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺2) 设计设计25二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺26二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺27二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺28二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺29二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺30二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺31二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺32二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺33二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺34二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺3) 完井、测试设计完井、测试设计 利用利用MPD方式钻井后不能采用常规方式完井、测试方式钻井后不能采用常规方式完

14、井、测试 尽量采用裸眼完井尽量采用裸眼完井 对于生产井尽量不测试对于生产井尽量不测试 对于评价井测试项目从简对于评价井测试项目从简 尽量采用随钻测试尽量采用随钻测试 一般不采用固井完井，确实需要，要尽量减轻水泥浆液一般不采用固井完井，确实需要，要尽量减轻水泥浆液柱的压力；采用更精确的压力控制，井底处于平衡状态柱的压力；采用更精确的压力控制，井底处于平衡状态 -管外封隔器辅助固井管外封隔器辅助固井 -泡沫水泥浆填充泡沫水泥浆填充35二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺5、作业、作业 对于每个项目，油公司内明确启动对于每个项目，油公司内明确启动MPD作业的目的和作业的目的和意义，并成立意义，并

15、成立MPD项目组；项目组； 根据每个平台的实际状况，制定合理的应急预案，确根据每个平台的实际状况，制定合理的应急预案，确保作业安全；保作业安全； 环保要求。环保要求。 36二、压力控制钻井工艺二、压力控制钻井工艺压力控制：压力控制： 控制方法控制方法1：通过液控节流阀：通过液控节流阀 响应快、作业量小，最常用响应快、作业量小，最常用 控制方法控制方法2：调节泥浆密度、注气量：调节泥浆密度、注气量 作业工作量大，不作为压力微调的手段作业工作量大，不作为压力微调的手段 控制方法控制方法3：调节泵排量：调节泵排量 深水作业可能用到深水作业可能用到37压力控制钻井装备包括： 井口压力控制设备 地面流体

16、处理设备 低密度流体产生和注入设备 井下控制阀 三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备38三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备39 井口压力控制设备主要包括井口压力控制设备主要包括旋转防喷系统、井口旋转防喷系统、井口节节流监控系统、强行起下钻装置等，其作用是防止发生流监控系统、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，压力稳定，保证在井保证在井口有压力时钻井作业能够正常进口有压力时钻井作业能够正常进行行 。三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备1、井口压力控制设备井口压力控制设备407100E

17、P旋转控制头旋转控制头PCWD系统系统三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备41Williams系列旋转控制头系列旋转控制头 IP 10001000 psi Operating71002500 psi Operating70001500 psi Operating8000 / 9000500 psi Operating三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备42Williams旋转控制头旋转控制头 驱动器驱动器旋 转 密旋 转 密封总成封总成密封胶芯密封胶芯安全螺栓安全螺栓液压卡箍液压卡箍底座底座三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备43RISER CAP 7100 三、压力控制钻井装备三

18、、压力控制钻井装备44三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备45三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备46三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备u7100EP旋转控制头总成技术参数旋转控制头总成技术参数47图630 11月18日渤深612立压控制试验01234567896:01:426:02:006:02:186:02:366:02:546:03:126:03:306:03:486:04:066:04:246:04:426:05:006:05:186:05:366:05:546:06:126:06:306:06:486:07:066:07:246:07:426:08:006:08:186

19、:08:366:08:546:09:146:09:326:09:50时间压力MPa05101520253035阀开度mm控制压力立压套压开度1三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备2、数据采集、数据采集48三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备3、分离设备、分离设备49FlowfromwellCuttingsOilMudGas三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备50三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备51三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备52三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备4、节流管汇、节流管汇53三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备5、充气设备、充气设备54充气

20、钻井液充气钻井液 钻杆注入钻杆注入 寄生管注入寄生管注入 同心钻杆注入同心钻杆注入 同心套管注入同心套管注入 三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备55钻杆注入钻杆注入三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备56立立管管混混气气装装置置空压机空压机膜氮膜氮系统系统增压机增压机流量计流量计控制阀控制阀泥浆泵泥浆泵舌舌型型阀阀节流管汇节流管汇液气分离器液气分离器脱油脱油装置装置火火炬炬N2井底井底泥浆泥浆空气空气井口四通井口四通振动筛振动筛排气排气管线管线循环罐循环罐三三通通第三部分混气装置及两第三部分混气装置及两相流循环系统相流循环系统第一部分第一部分现场制氮充气系统现场制氮充气系统第四部分井

21、口装置及地第四部分井口装置及地面处理系统面处理系统第二部分第二部分钻井液泵入钻井液泵入 系统系统N2三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备57Sea WolfSea Wolf三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备581) 井下套管阀井下套管阀 2) PWD3) LWD/MWD三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备6、井下工具、井下工具591) 井下套管阀井下套管阀三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备60 胜利油田利用威德福公司的井下套管阀，在实现欠平衡钻井的同胜利油田利用威德福公司的井下套管阀，在实现欠平衡钻井的同时，在起下钻、电测、下油管、下筛管的整个过程中实现了不压井时，在起下钻、电测、下油管、下筛管的整个过程中实现了不压井作业。作业。三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备612) PWDAnnularPortElectronics SectionTransducer SectionAnnular Pressure Gauge 用于实时监测井下环空的动态压力用于实时监测井下环空的动态压力三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备62三、压力控制钻井装备三、压力控制钻井装备 墨西哥湾某井墨西哥湾