泥浆帽控压钻井课件

2014年12月泥浆帽控制压力钻井2014年12月泥浆帽控制压力钻井

背景和意义发展趋势分析技术现状分析总结目录目录现场应用情况背景和意义发展趋势分析技术现状分析总结目录目录现场应用情况

背景和意义随着我国石油勘探开发向深部复杂地区的不断发展，井涌、井漏、有害气体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等钻井问题也越来越突出，已成为影响和制约石油勘探开发进程的技术瓶颈。由于控压钻井可以较为精确地控制整个井筒环空压力剖面，能有效解决钻井过程中出现的井涌、井漏、井塌、卡钻等多种井下故障，因此，在钻遇复杂地层时，常采用控压钻井技术。控制泥浆帽钻井技术是控制压力钻井技术在深海应用的一种新的技术形式，用于解决一些深水钻井难题、弥补目前处理井涌的缺点等。背景和意义随着我国石油勘探开发向深部复杂地区的不断

钻井安全压力窗口是指钻井过程中不造成喷、漏、塌、卡等钻井事故，能维持井壁稳定的钻井压力（密度）范围。安全密度窗口。①P破＞P泥＞P地(P地＞P坍)

，ΔP=P破－P地②P破＞P泥＞P坍

(P坍＞P地),ΔP=P破－P坍

①r破＞r泥＞r地(r地＞r坍),Δr=r破－r地②r破＞r泥＞r坍(r坍＞r地),Δr=r破－r坍安全窗口若：P泥＞P破(P漏)则井漏；P泥＜P地则井涌甚至井喷；P泥＜P坍则井塌。

背景和意义钻井井底循环压力时间裂缝压力储层压力

较大的钻井作业窗口

背景和意义井底循环压力时间裂缝压力储层压力井底循环压力时间裂缝压力储层压力技术现状分析

较小的钻井作业窗口井底循环压力时间裂缝压力储层压力技术现状分析

窄窗口地层的几种情况

1）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

2）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

3）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4）容易坍塌和漏失的薄弱地层容易坍塌,或容易漏失,或容易出现涌漏同存的薄弱地层

5）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

6）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

背景和意义窄窗

窄窗口地层相关问题地层压力高、破裂压力低，压力窗口窄同一裸眼井段中多套压力层系地质岩性、压力预测不准地应力高，岩石水敏性强，井壁稳定性差井壁易塌、易漏、易缩径超高压、高含硫的问题

背景和意义窄窗

窄窗口施工相关问题窄密度窗口下的高密度钻井液漏失深井溶洞性地层的密度置换问题出现“涌漏同存、又涌又漏”的情况常规套管结构满足不了需要漏层的地层压力梯度差异较大出现井下复杂深井和高温高压井循环压耗过高引起安全窗口不够

背景和意义窄窗

控压钻井技术

针对窄密度窗口的安全钻井问题，目前国际上常用的方法是控压钻井技术。国际钻井承包商协会欠平衡作业和控制压力钻井委员会将MPD定义为：“控制压力钻井是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井过程，其目的是确定井下压力环境界限，并以此控制井眼环空液柱压力剖面”。技术现状分析控压

控压钻井的原理通过对井底压力的实时监测、水力参数的分析计算、井口套压（或回压）的自动控制，实现合理的井底压力，始终保持井底压差处于微过平衡状态，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。技术现状分析控压技术现状分析

P循环＝P静液+P摩阻+P回压；P静止＝P静液+P回压。最终目标点：

P地<P井底<P破MPD使用的钻井液密度低于传统工艺设计的钻井液密度控压钻井工艺原理技术现状分析技术现状分析

技术上的风险井低经济效益的井以前“不可钻”的井

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等非生产时效事故漏失卡钻溢流断钻具

单井NPT费用（千美元）坍塌膨胀控压钻井优势技术现状分析

泥浆帽控压钻井技术泥浆帽控压钻井是一种控制严重井漏的作业方法，适用于陆上和海洋油气井眼严重漏失地层的钻进作业。PMCD与泥浆帽钻井的主要区别是因环空流体密度较小而需在井口施加一个正压。PMCD压力梯度分布技术现状分析泥浆

泥浆帽控压钻井技术技术现状分析加压泥浆帽MPD地面展开图

泥浆技术现状分析如图，带压泥浆帽钻井工艺是采用低密度钻井液钻衰竭层段,然后采用高密度钻井液将低密度钻井液压入漏失层段。继续钻进,所有低密度钻井液和流入井眼的流体都被压入衰竭地层。采用这种方法,即使所有低密度钻井液都循环失返,侵入衰竭地层,也能够有效控制井眼。

泥浆帽控压钻井技术技术现状分析如图，带压泥浆帽钻井工艺是采用低密度钻井液工作流程：使用旋转控制头在地面关闭环空。

钻柱内注入牺牲液。环空内泵入清泥浆来保持井眼灌注，同时防止气体运移进环空。牺牲液和钻屑漏失进地层。

技术现状分析

泥浆帽控压钻井技术工作流程：技术现状分析特点:地表无回流(回流全部流入地层)在略低于储层压力的条件下，向环空缓慢的泵入高粘泥浆。可牺牲的钻井液(通常是水)被泵入井下钻柱。环空回压用来平衡储层压力或者维持压力系统平衡。技术现状分析

泥浆帽控压钻井技术特点:技术现状分析现场应用情况

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，包括钻井液补给泵管线、卸压管线和节流管汇，直径都是50.8mm。

东南亚地区应用实例现场应用情况东南亚地区实施海上带压泥浆帽钻井时，基本现场应用情况

塔里木油田引进Halliburton公司的MPD系统，完成控压钻井20口井。塔里木油田塔中应用结果表明，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。

塔中20口井控压钻井实践现场应用情况塔里木油田引进Halliburton公司现场应用情况

HalliburtonMPD技术0.2MPa0.15MPaTZ62-10H井控压井段全烃变化曲线图

TZ62-10H井钻井过程压力变化曲线图

应用效果：有效地降低了奥陶系灰岩钻进的复杂情况，无明显漏失和外溢等现象，减少了钻进风险有利于钻进中及时发现油气显示，TZ62-11H钻进中发现不同级别的油气显示242.0米，共32层现场应用情况发展趋势分析

开采天然气水合物天然水合物钻井特点：与常规油气钻井相比,在开采天然气水合物的钻井过程中,会打破水合物依存的平衡条件,由于压力的降低或温度的增加会造成水合物的分解并释放出游离气和水,由此会加重井眼的不稳定、井底压力的波动、水合物在井眼外的分解,以及在海洋开采时会有潜在的涌流和海床下沉。这就要求在钻井过程中,必须精确控制井眼压力和温度,以维持易碎水合物储存的应力和条件,在钻井过程中防止其分解。解决方案：MPD是目前可用的开采天然气水合物的钻井技术。发展趋势分析发展趋势分析

用于海洋钻井由于海上钻井平台日费用很高,出现井漏或钻井中产生气体的井用常规的压力控制很难连续、安全地钻井。MPD在海上的应用数量在不断增加，成为海上安全钻井的一种新技术。发展趋势分析发展趋势分析

泥浆帽发展趋势如果泥浆帽密度过低,那么泥浆帽在井筒内的高度就会增加,注入泥浆帽的量也越大,即地面所需配制的泥浆帽体积就会增大,而地面泥浆帽补偿罐的容积有限,因此,泥浆帽密度的选取要考虑地面泥浆帽补偿罐的容积大小,并不是密度越低越好。由于在泥浆帽中下钻会产生较大的激动压力,可能会造成井底压力高于压力控制波动允许范围,因此,设计泥浆帽高度和密度时要考虑泥浆帽中下钻激动压力的大小。如果泥浆帽在井筒内的高度越高,那么驱替过程中所产生的环空压耗就越大,而驱替过程中对泥浆帽实施小排量驱替的主要目的就是降低环空压耗,因此,确定泥浆帽高度和密度时要考虑泥浆帽中驱替过程中产生的环空压耗。对于地面节流阀来说,节流压力变化幅度越小,节流阀控制精度越高,节流压力变化幅度越大,节流阀控制精度越低,因此,泥浆帽密度越高,节流回压变化幅度越大,地面节流控制效果越不好。发展趋势分析发展趋势分析

控压钻井发展趋势国外在环空水力学、环空动态控制、井底恒压、钻井液体系、地面控制程序、配套工具(RCH、DDV、节流阀)以及操作人员培训等方面都做了细致的研究。该项技术口趋成熟，并在工程运用中取得良好的效果。国内在引进控压钻井技术的同时整合充气欠平衡技术，在塔中地区的钻井实践中取得了良好的效果，但租用没备日费昂贵，使MPD技术不能迅速推广。为合理简化MPD技术的操作流程，融合成熟的欠平衡钻井技术，允分体现MPD技术的经济性和适用性，是解决我同高温高压、窄密度窗口及老井开窗侧钻等复杂钻井问题的一种有效方式。发展趋势分析总结1.泥浆帽钻井技术是针对恶性漏失地层钻进的有效钻井工艺，能够有效钻进裂缝性、溶洞性、高渗透性等复杂无返或恶性漏失地层，随着设备的改进、认知程度的增加，泥浆帽技术将会得到推广应用。2.在窄密度窗口地层，尤其是在火成岩、碳酸盐岩、断层、不整合、破碎带、推覆构造、异常高压和低压地层，存在失返性井漏或漏喷并存复杂问题，控压钻井大有用武之地。控压钻井除了解决钻井复杂问题、减少非生产时间以外，还具有提高机械钻速、改善井控能力、加深套管下深、以足够大的井眼钻达目的层等优点。总结1.泥浆帽钻井技术是针对恶性漏失地层钻进的有效钻井工艺人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，泥浆帽控压钻井课件2014年12月泥浆帽控制压力钻井2014年12月泥浆帽控制压力钻井

背景和意义发展趋势分析技术现状分析总结目录目录现场应用情况背景和意义发展趋势分析技术现状分析总结目录目录现场应用情况

背景和意义随着我国石油勘探开发向深部复杂地区的不断发展，井涌、井漏、有害气体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等钻井问题也越来越突出，已成为影响和制约石油勘探开发进程的技术瓶颈。由于控压钻井可以较为精确地控制整个井筒环空压力剖面，能有效解决钻井过程中出现的井涌、井漏、井塌、卡钻等多种井下故障，因此，在钻遇复杂地层时，常采用控压钻井技术。控制泥浆帽钻井技术是控制压力钻井技术在深海应用的一种新的技术形式，用于解决一些深水钻井难题、弥补目前处理井涌的缺点等。背景和意义随着我国石油勘探开发向深部复杂地区的不断

钻井安全压力窗口是指钻井过程中不造成喷、漏、塌、卡等钻井事故，能维持井壁稳定的钻井压力（密度）范围。安全密度窗口。①P破＞P泥＞P地(P地＞P坍)

，ΔP=P破－P地②P破＞P泥＞P坍

(P坍＞P地),ΔP=P破－P坍

①r破＞r泥＞r地(r地＞r坍),Δr=r破－r地②r破＞r泥＞r坍(r坍＞r地),Δr=r破－r坍安全窗口若：P泥＞P破(P漏)则井漏；P泥＜P地则井涌甚至井喷；P泥＜P坍则井塌。

背景和意义钻井井底循环压力时间裂缝压力储层压力

较大的钻井作业窗口

背景和意义井底循环压力时间裂缝压力储层压力井底循环压力时间裂缝压力储层压力技术现状分析

较小的钻井作业窗口井底循环压力时间裂缝压力储层压力技术现状分析

窄窗口地层的几种情况

1）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

2）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

3）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4）容易坍塌和漏失的薄弱地层容易坍塌,或容易漏失,或容易出现涌漏同存的薄弱地层

5）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

6）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

背景和意义窄窗

窄窗口地层相关问题地层压力高、破裂压力低，压力窗口窄同一裸眼井段中多套压力层系地质岩性、压力预测不准地应力高，岩石水敏性强，井壁稳定性差井壁易塌、易漏、易缩径超高压、高含硫的问题

背景和意义窄窗

窄窗口施工相关问题窄密度窗口下的高密度钻井液漏失深井溶洞性地层的密度置换问题出现“涌漏同存、又涌又漏”的情况常规套管结构满足不了需要漏层的地层压力梯度差异较大出现井下复杂深井和高温高压井循环压耗过高引起安全窗口不够

背景和意义窄窗

控压钻井技术

针对窄密度窗口的安全钻井问题，目前国际上常用的方法是控压钻井技术。国际钻井承包商协会欠平衡作业和控制压力钻井委员会将MPD定义为：“控制压力钻井是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井过程，其目的是确定井下压力环境界限，并以此控制井眼环空液柱压力剖面”。技术现状分析控压

控压钻井的原理通过对井底压力的实时监测、水力参数的分析计算、井口套压（或回压）的自动控制，实现合理的井底压力，始终保持井底压差处于微过平衡状态，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。技术现状分析控压技术现状分析

P循环＝P静液+P摩阻+P回压；P静止＝P静液+P回压。最终目标点：

P地<P井底<P破MPD使用的钻井液密度低于传统工艺设计的钻井液密度控压钻井工艺原理技术现状分析技术现状分析

技术上的风险井低经济效益的井以前“不可钻”的井

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等非生产时效事故漏失卡钻溢流断钻具

单井NPT费用（千美元）坍塌膨胀控压钻井优势技术现状分析

泥浆帽控压钻井技术泥浆帽控压钻井是一种控制严重井漏的作业方法，适用于陆上和海洋油气井眼严重漏失地层的钻进作业。PMCD与泥浆帽钻井的主要区别是因环空流体密度较小而需在井口施加一个正压。PMCD压力梯度分布技术现状分析泥浆

泥浆帽控压钻井技术技术现状分析加压泥浆帽MPD地面展开图

泥浆技术现状分析如图，带压泥浆帽钻井工艺是采用低密度钻井液钻衰竭层段,然后采用高密度钻井液将低密度钻井液压入漏失层段。继续钻进,所有低密度钻井液和流入井眼的流体都被压入衰竭地层。采用这种方法,即使所有低密度钻井液都循环失返,侵入衰竭地层,也能够有效控制井眼。

泥浆帽控压钻井技术技术现状分析如图，带压泥浆帽钻井工艺是采用低密度钻井液工作流程：使用旋转控制头在地面关闭环空。

钻柱内注入牺牲液。环空内泵入清泥浆来保持井眼灌注，同时防止气体运移进环空。牺牲液和钻屑漏失进地层。

技术现状分析

泥浆帽控压钻井技术工作流程：技术现状分析特点:地表无回流(回流全部流入地层)在略低于储层压力的条件下，向环空缓慢的泵入高粘泥浆。可牺牲的钻井液(通常是水)被泵入井下钻柱。环空回压用来平衡储层压力或者维持压力系统平衡。技术现状分析

泥浆帽控压钻井技术特点:技术现状分析现场应用情况

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，包括钻井液补给泵管线、卸压管线和节流管汇，直径都是50.8mm。

东南亚地区应用实例现场应用情况东南亚地区实施海上带压泥浆帽钻井时，基本现场应用情况

塔里木油田引进Halliburton公司的MPD系统，完成控压钻井20口井。塔里木油田塔中应用结果表明，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。

塔中20口井控压钻井实践现场应用情况塔里木油田引进Halliburton公司现场应用情况

HalliburtonMPD技术0.2MPa0.15MPaTZ62-10H井控压井段全烃变化曲线图

TZ62-10H井钻井过程压力变化曲线图

应用效果：有效地降低了奥陶系灰岩钻进的复杂情况，无明显漏失和外溢等现象，减少了钻进风险有利于钻进中及时发现油气显示，TZ62-11H钻进中发现不同级别的油气显示242.0米，共32层现场应用情况发展趋势分析

开采天然气水合物天然水合物钻井特点：与常规油气钻井相比,在开采天然气水合物的钻井过程中,会打破水合物依存的平衡条件,由于压力的降低或温度的增加会造成水合物的分解并释放出游离气和水,由此会加重井眼的不稳定、井底压力的波动、水合物在井眼外的分解,以及在海洋开采时会有潜在的涌流和海床下沉。这就要求在钻井过程中,必须精确控制井眼压力和温度,以维持易碎水合物储存的应力和条件,在钻井过程中防止其分解。解决方案：MPD是目前可用的开采天然气水合物的钻井技术。发展趋势分析发展趋势分析

用于海洋钻井由于海上钻井平台日费用很高,出现井漏或钻井中产生气体的井用常规的压力控制很难连续、安全地钻井。MPD在海上的应用数量在不断增加，成为海上安全钻井的一种新技术。发展趋势分析发展趋势分析

泥浆帽发展趋势如果泥浆帽密度过低,那么泥浆帽在井筒内的高度就会增加,注入泥浆帽的量也越大,即地面所需配制的泥浆帽体积就会增大,而地面泥浆