控压钻井技术研究与应用

2023/12/31控压钻井技术研究与应用周英操中国石油集团钻井工程技术研究院2012年9月

2023/12/32

提纲一、概述二、控压钻井技术现状分析三、研究进展与发展方向四、结束语一、概述随着我国石油勘探与开发向深部复杂地区的不断发展，窄密度窗口安全钻井的问题越来越突出，在许多油田已成为钻井施工的技术瓶颈，如:塔里木盆地、新疆南缘、玉门青西、四川盆地、柴达木盆地等无论是陆上还是海上，窄密度窗口问题已经是造成深井、高温高压井钻井周期长、事故频繁、井下复杂的主要原因之一，是急需解决的问题

一、概述钻井过程中钻井液密度大小的设计,不仅要求能维持井壁稳定,防止井壁的张性破裂(井漏)和剪切垮塌(井塌),还要能够维持井内压力平衡,避免地层流体大量流入井内,造成地层流体对钻井液的污染以及井漏、井喷、压差卡钻等工程事故。

所谓钻井液安全密度窗口(ΔP)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液密度范围。根据井眼的三个压力剖面（即地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力）的关系可得到ΔP

2023/12/35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1、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

一、概述过平衡钻井，钻井液密度的确定一般是以裸眼井段最高的地层孔隙压力梯度为基准，再增加一个附加值，附加值按以下原则确定：油水井：0.05～0.10g/cm3,或井底正压差1.5～3.5MPa气井：0.07～0.15g/cm3

，或井底正压差3.0～5.0MPa近平衡钻井技术，相对于过平衡而言，钻井液当量密度的附加值：油水井：0～0.05g/cm3，井底压差0～1.5MPa气井：0～0.07g/cm3，井底压差0～3.0MPa若要实现近平衡钻井，考虑起钻时抽吸压力，井底压力可能会低于地层孔隙压力。但是，在近平衡钻井概念上，井底压差应始终为正压差一、概述

欠平衡钻井是指井筒环空中循环介质的井底压力低于地层孔隙压力，允许地层流体有控制地进入井筒并将其循环到地面进行有效处理的钻井技术

一、概述2023/12/382、窄窗口窄压力窗口是指△P接近、等于、小于P循环压耗以及ΔP≤0的情况ΔP愈大,则钻井愈易ΔP愈小,则钻井愈难若ΔP＜P循环压耗或

ΔP≤0

，则无法正常钻进,直接表现为喷（涌）、漏、塌、卡等井下复杂与事故(深井高密度钻井液更为突出)

一、概述2023/12/393、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

一、概述2023/12/3103、窄窗口地层的几种情况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

一、概述2023/12/3114、窄窗口钻井面临的主要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

一、概述2023/12/312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5、窄窗口钻井面临的主要施工工程问题

一、概述2023/12/3131）确定窄安全窗口2）扩大安全窗口3）环空压力和当量循环密度ECD控制6、解决窄窗口钻井难点的主要对策

一、概述2023/12/3141）确定窄安全窗口设计过程预测窄窗口

由地震资料预测由工程测井资料预测由邻井钻井资料预测钻井过程中实测窄窗口

井下测量工具实测井口加压实测地层压力6、解决窄窗口钻井难点的主要对策

一、概述地应力建模系统GMI

SFIB™

交互钻井设计软件，优化钻井液密度、钻井方向和套管系列，以防止井壁垮塌和钻井液漏失。确定地应力，优化设计井轨迹，井壁稳定性评价。稳定性井筒分析及钻井设计优化系统GMI

WellCheck™井径快速分析系统GMI

Caliper™快速分析4臂或6臂井径资料，确定应力引起的井壁垮塌的方向和程度。孔隙压力分析系统GMI

PressCheck™利用测井资料计算地层压力、孔隙压力、岩石强度、孔隙度等。GMI软件功能：GMI软件也称为地应力建模技术，它是GMI公司在斯坦福大学研究的基础上发展起来的、建立地应力模型用于计算钻井井筒地层压力、坍塌压力和破裂压力的技术；用于优化钻井设计、预测裂缝等系列技术。模块：井径快速分析系统GMICaliper™地应力建模系统GMISFIB™稳定性井筒分析及钻井设计优化系统

GMIWellCheck™孔隙压力分析系统GMIPressCheck™裂缝渗透性分析系统

GMICharactrization™

一、概述APWD哈里伯顿公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（AnnularPressureMeasurementWhileDrilling,简称APWD）APWD在钻井过程中可以实时测量井底环空压力数据，通过MWD或EMMWD实时将数据传送到地面，指导欠平衡钻井作业斯伦贝谢公司、Weatherford等公司、中石油大庆钻井院、北京钻井院也研制出APWD类似工具

一、概述2023/12/317

随钻地层测试技术（formationtestingwhiledrilling,简称FTWD）是在钻井过程中对储层实施实时测量的一种新技术。其最大好处是节省钻机时间，特别适合海上钻井平台，降低费用该技术由斯伦贝谢公司首创。他们将原有的MDT技术与LWD有机结合，研制出StethoScope随钻地层压力测试仪器；于2005年1月商业化服务，截至2006年底，共使用150井次，取得良好效果根据美国的调查分析，有60%的人认为在未来随钻地层测试技术将发挥更大作用扶正器伸缩探头地层压力探测器托盘环空压力探测器

随钻地层测试技术

一、概述一、概述大庆油田随钻地层压力温度测试国内领先伴随着大庆油田公司采油二厂南3-2-P224井5个深度点8次地层压力测试的完成和237组环空压力、温度测试数据成功上传，标志着大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院圆满完成了随钻地层压力温度测试技术自主研发、现场试验、推广应用等各项阶段程序，该技术已达到国内领先水平地层压力和温度，是钻井工程和油藏地质工程的重要资料。过去，要想获得这些数据，一般采用地震法、DC指数法等，或是在完钻之后通过RFT测井仪器测量而得，这些在一定程度上存在着误差大或是程序复杂等不利因素而应用随钻地层压力温度测试技术则更直观更精确，可随钻获取地层压力温度，及时调整钻井液密度，并控制井底的当量循环密度，使其维持在地层孔隙压力和地层破裂压力之间，可防止井涌、井喷、储层侵害以及突发地层断裂造成的井漏。在油藏工程方面，该技术可被用于实时更新储层模型与地质模型，鉴别枯竭层，油藏工程师还可以使用实时压力梯度分析来辨别流体和油气水接触面位置，从而优化井身结构和井位选择一、概述大庆油田随钻地层压力温度测试国内领先作为集机电液一体化的综合性高难度科研项目，其井下自动化控制程度较高，2009年以前，国内尚无自主研发并成功应用的先例。钻井工程技术研究院科研人员挑战国际前沿技术，突破随钻数据上传、大功率发电供电技术等一系列难点，顽强攻关，于2009年9月份首次成功完成现场试验其仪器、现场工艺、测试数据应用3方面技术研究逐渐成熟。目前，已累计完成14口井的现场试验及应用，单支仪器在井下累计工作时间912小时，采集井下环空压力、温度数据3万多组，井下测试最高压力47.02兆帕，最高温度109.7摄氏度，在46个深度点成功完成了62次地层压力测试，测试结果与RFT进行比对，误差在3%以内该技术在井下大功率整流电子电路、随钻仪器地面模拟检验、井下测试仪器机电液一体化等方面取得了创新，其钻柱式机械结构、液压原理、电子电路和软件程序的设计均属国内首创。该技术的研发成功提高了国内随钻地层压力测试仪器的整体技术水平，为今后的产业化、系列化奠定了基础，将有力地支持国内随钻地层压力测试技术的发展2023/12/3202）扩大安全窗口

P破(漏)＞P泥＞P地,(P地＞P坍),ΔP=P破－P地

P破(漏)＞P泥＞P坍,(P坍＞P地),ΔP=P破－P坍在保证井壁稳定的前提下尽量降低P坍(如:可以通过研制高性能钻井液抑制水化作用，从而达到降低P坍的效果)通过化学或工具的手段，将地层漏失压力或承压能力提高到井下安全的程度6、解决窄窗口钻井难点的主要对策

一、概述

《WorldOil》2007年度12项最佳石油科技奖评选八、最佳钻井液奖：贝克休斯公司的RHEO-LOGIC钻井液最佳钻井液奖由贝克休斯公司针对深水钻井研制的、通过降低激动压力、优化当量循环密度（ECD）使井下泥浆漏失降至最低的RHEO-LOGIC钻井液获得。该钻井液也是针对减轻冷水温度和压力对常规合成泥浆（SBM）的流变性能的不利影响而设计的。生产实践表明，RHEO-LOGIC钻井液的应用，可提高起下钻速度、净化井眼，从而显著提高深水钻井效率在墨西哥湾各主要开发商应用RHEO-LOGIC钻井液已钻了多口深水井，钻井结果表明，不仅降低了常规合成泥浆（SBM）的漏失率、缩短了下套管的时间，而且完全符合环保要求。与使用常规合成泥浆的邻井漏失了2800桶泥浆相比，使用RHEO-LOGIC钻井液仅漏失了60桶，仅此一项就可节约77万多美元；而该新型钻井液在改善井眼的清洁度、降低原始循环压力等方面也可显著降低作业成本：当井眼尺寸相同、井深相同、井的倾斜度均相同时，使用RHEO-LOGIC钻井液比使用常规合成泥浆可降低成本近50万美元

一、概述2023/12/3223）环空压力和当量循环密度ECD控制精细控压钻井技术连续循环钻井系统优化钻井液性能和井身结构调整井筒循环压降‐‐‐‐‐‐6、解决窄窗口钻井难点的主要对策

一、概述常规过平衡或近平衡钻井泵排量是按喷射钻井最大钻头水功率或冲击力原则进行设计，钻井液循环为紊流状态（a）式为紊流状态时环空压耗计算公式：式中PV──钻井液塑性粘度，mPa

s

Q──排量，L／s

Dhi──第i段井眼直径或套管内径，mm

Li──第i段段长，m

Di──第i段钻柱（钻杆或钻铤）外径，mm（a）

一、概述对于欠平衡钻井而言，为了降低泵、井口旋转防喷器及节流管汇等设备的负荷，增加井控的可靠性，避免紊流对裸眼油气层的冲刷，一般以满足钻井液携岩要求为原则，钻井液排量不宜过大，流动状态应以层流为主。公式（b）为层流状态下钻井液环空压耗计算式：式中PV──钻井液塑性粘度，mPa

sYP──屈服值，Pa

Dp──钻柱直径，mm

Dh──井眼或套管直径，mm

Lp──钻柱长度，m

Qm──钻井液排量，L/s（b）

一、概述2023/12/325

提纲一、概述二、控压钻井技术现状分析三、研究进展与发展方向四、结束语2023/12/3261、技术现状

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（IADCUnderbalancedOperations&ManagedPressureDrillingCommittee）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”二、控压钻井技术现状分析MPD工艺原理

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二、控压钻井技术现状分析井下压力控制原理静液压力循环阻力节流压力钻进或循环

静液压力停止循环

节流压力静液压力开泵过程

循环阻力节流压力静液压力停泵过程

循环阻力节流压力补偿循环、停泵期间多因素造成的井底压力波动循环阻力节流压力静液压力不同工况压力控制示意图二、控压钻井技术现状分析2023/12/329

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）坍塌膨胀控压钻井的优势二、控压钻井技术现状分析2023/12/3302023/12/330精细控压钻井技术二、控压钻井技术现状分析2023/12/331动态环空压力控制哈里伯顿MPD微流量控制钻井简易流量监测控压加压泥浆帽钻井双梯度控压钻井HSE控压钻井连续循环钻井系统降ECD工具精细控压钻井技术常规控压钻井技术充气钻井控压手动节流控压简易导流控压配套技术高效防漏堵漏技术化学方法提高承压能力地层压力预测与实时监测无风险钻井井筒多相流分析技术优质钻井液（降ECD）井身结构优化波纹管设计与分析软件检测与评价方法膨胀管PWD与FTWD工具控压钻井技术类型二、控压钻井技术现状分析《控压钻井技术探讨与展望》石油钻探技术,2008年第4期论文《窄窗口钻井难点分析与技术对策》石油机械,2010年第4期论文文章提出所有的现代油气井钻井技术均包含控压钻井技术，明确这一概念，对组织实施和研究发展这一技术至关重要。指出控压钻井技术的应用范围应包括过平衡钻井、近平衡钻井、欠平衡钻井、精细控压钻井及自动（闭环）控压钻井。提出精细控压钻井技术是指在钻井过程中，能够精确控制井筒环空压力剖面、有效实现安全钻井的钻井技术。对不同控压钻井方式的定义分别进行了明确的阐述分析了控压钻井技术的现状。从用途出发，将控压钻井技术分成了5级，这将有利于钻井施工的安全评估对控压钻井技术下步发展方向提出了建议，并指出未来控压钻井技术发展的目标是在钻井过程中，能够自动随钻监测环空压力剖面，反馈至地面后能自动调整流量和回压等控制参数，实现环空压力的闭环监测与控制三压力（或四压力）预测与实时分析监测技术、井筒多相流分析技术、岩石力学分析技术、随钻井下压力测量技术、试验检测平台与评价方法等基础性研究至关重要二、控压钻井技术现状分析2023/12/333

动态环空压力控制系统是Atbalance公司开发研制的，主要用来解决窄密度窗口所出现的钻井问题的一种控压钻井技术，曾获2008年E&P杂志评选的石油工程技术创新特别奖

1）动态环空压力控制系统（DAPC）Atbalance公司的DAPC系统组成二、控压钻井技术现状分析精细控压钻井技术2023/12/334相关参数采集：泵压、井底井口压力流量、机械钻速、注入量、返回量、钻井液密度实时水力模型模拟井底、井口压力、流量、温度预计井底压力，并设定一个允许的波动范围，如±0.5MPa井底压力是否出现偏差？是向PLC发出指令调节地面设备以满足井底压力否DAPC系统流程图1）动态环空压力控制系统（DAPC）二、控压钻井技术现状分析精细控压钻井技术2023/12/3352）Halliburton公司的MPD系统溢流通道直流通道质量流量计

Halliburton的MPD系统晚于DAPC系统，其原理与DAPC系统完全相同，只是在回压泵上加上了一个入口流量计，在节流管汇中加了一个钻井液直流通道，并改变了安全溢流管线，参数指标与DAPC系统相同。但在微流量监测方面优于DAPC系统二、控压钻井技术现状分析精细控压钻井技术2023/12/336

微流量控制钻井系统是Weatherford公司开发的，其通过高精度流量计精确测量泵入和返回钻井液的质量和密度，判断溢流；若发现溢流及时控制节流管汇增加井口回压至井底压力大于地层压力3）微流量控制钻井系统（MFC）二、控压钻井技术现状分析精细控压钻井技术2023/12/337钻井液注入量返出量实时数据采集包括质量流量、压力、钻井参数将采集数据送往数据采集和控制系统中心质量守恒原理，数据收集和控制中心设定预期返回钻井液质量数据采集控制中心对比预期返回钻井液量和实际返回量偏差？钻井液漏失？钻井液漏失？破裂压力控制节度降低回压孔隙压力预计的钻井液流量和质量控制开度增加回压否是是是是MFC控制系统流程图3）微流量控制钻井系统（MFC）二、控压钻井技术现状分析精细控压钻井技术2023/12/338１)简易MPD控压钻井技术简易MPD控压钻井技术原理图

简易导流控压钻井技术装备成本低，易实现，适用于钻井压力窗口相对较宽、钻井安全性较高的地层。基本装备只需要一个旋转控制装置（RCD）和引导回流的连通管汇。在实际控压钻井作业期间，允许较低的溢流和起下钻余量，但在旋转控制头下没有回压维持，如果发生溢流，依靠防喷器组的启用流量监测控压钻井技术也属于简易控压钻井技术的一种，其特征是在钻井液出口管线上增加流量计，增强了早期溢流检测和漏失监测的能力二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/339２）加压泥浆帽钻井技术加压泥浆帽技术

加压泥浆帽钻井是一种控制严重井漏的钻井方法，适用于陆地和海洋油气井眼严重漏失地层的钻进作业。与泥浆帽钻井不同，加压泥浆帽钻井（PMCD）因钻井中环空流体密度较小而需在井口施加一个正压力PMCD压力梯度分布常规钻井液压力梯度泥浆帽流体压力梯度“牺牲流体”压力梯度密闭加压回流系统控制环空回压（BP），并便于替入泥浆帽。在钻柱的外环空注入加重泥浆帽，从而能够利用轻质“牺牲流体”向前钻进。用轻质流体钻进目的层，比如清水。允许漏失。岩屑和返出物都被注入地层而不返回地面。二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/340３）双梯度钻井技术双梯度钻井（DGD）

基本原理：隔水管内充满海水（或不使用隔水管），采用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，有效地控制井眼环空压力、井底压力，可以有效确保井底压力处于安全的压力窗口之内压力深度海底双梯度钻井钻井液静水压力常规钻井钻井液静水压力破裂压力地层压力海水静压力双梯度静水力学梯度

二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/341４）健康、安全和环保MPD

通过采用闭合、承压的钻井液循环系统，减小了钻井、地层流体以及井控事故对人员、设备和环境造成的风险。钻井过程中若有流体侵入，回流管线将被关闭，同时立即导流至钻台的节流管汇，侵入流体就能够被安全控制并循环出井眼

使用旋转控制装置（RCD）可以避免关闭防喷器，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

HSEMPD或称回流控制（ReturnFlowControl）钻井是出于健康、安全、环保的目的，将钻井液返回到钻台上的一项控制压力钻井技术二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/342５）连续循环钻井系统（CCS）

连续循环钻井系统是一个新技术，它可以将接单根分解为几个连续的操作，在不停止钻井液循环的条件下对钻柱进行连接，同时还可保证循环当量密度不变。在压力窗口较窄的情况下，连续循环钻井系统可以避免很多钻井问题发生二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/343６）降ECD工具●该技术主要用于解决海洋深水、大位移井等钻井过程中的窄密度窗口问题●工作原理：涡轮将钻井液的液动能转换成旋转机械能，涡轮下部与泵相连，泵产生向上的推力，推力作用于工具安装位置以上的流体的重力和环空压耗，从而达到降低井底ECD的目的二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/344７）手动节流控压钻井技术和充气控压钻井技术

其工艺流程、设备配套与常规欠平衡钻井技术基本相同，只是其引入了控压钻井技术的理念、目的与欠平衡钻井技术不同，是为了解决漏失等钻井复杂问题或达到控压钻井的目的二、控压钻井技术现状分析常规控压钻井技术2023/12/345

针对窄窗口钻井所面临的钻井工程技术难题，CNPC先后在塔里木等地开展技术引进和自主创新研究，为窄窗口安全钻井积累了宝贵经验。下面列举了典型实例:

1）HalliburtonMPD技术（引进）

2）SchlumbergerNDS技术（引进）

3）简易控压钻井技术

4）井身结构优化和膨胀管技术

5)厚壁波纹管防漏治漏技术2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/3461）HalliburtonMPD技术应用效果：有效克服了井漏等井下复杂，节约了钻井时效将以前目的层水平段长500米提高至1052米，创造了塔中地区的新记录，对油田开采将产生显著的效益TZ62-11H钻井时效分析2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/3470.2MPa0.15MPa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1）HalliburtonMPD技术TZ62-10H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

2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/34848

塔里木油田引进Halliburton公司的MPD系统，完成精细控压钻井20口井。塔里木油田塔中应用结果表明，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应用效果塔中20口井精细控压钻井实践二、控压钻井技术现状分析2023/12/3492）Schlumberger的NDS技术

它能够最大程度减少井下意外事故，降低钻井风险，最大限度降低非生产时间；优化钻井过程，优化钻井参数，提高钻速NDS是一项实时优化钻井技术：环空压力监控井壁稳定监控漏失监控钻井最优化2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/350例1：在霍003井的应用井号井深(米)时间(天)平均日进尺(米)霍001井345828911.97霍002井346725013.87霍003井344618518.63霍003井钻至井深3446米完钻霍003井比霍001井提前104天霍003井比霍002井提前65天将钻井液密度由2.6g/cm3调整为2.38g/cm3

，减少了钻井液漏失和井壁坍塌事故2）Schlumberger的NDS技术2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/351例2：在迪那204井的应用

迪那204井应用NDS技术，将ECD控制在孔隙压力和破裂压力之间，钻井液漏失大幅降低，并大幅缩短钻井周期

迪那地区三开储层裂缝发育，易漏、易涌，钻井液安全窗口窄；漏失占总复杂事故的42%，是迪那地区山前钻井最为突出的问题2）Schlumberger的NDS技术2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/352简易注气控压钻井技术：塔里木简易注气控压钻井技术是在循环时注气，减少液柱压力以抵消循环压耗；停止循环时停止注气则压力恢复，从而能更好地适用于涌漏窄窗口的安全钻井3）简易控压钻井技术2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/353

简易注气控压钻井技术的实施，使得塔中海相储层油气勘探中涌漏矛盾突出、钻进漏失钻井液量大、复杂损失时间多的矛盾得到初步解决塔中72井区简易控压钻井技术与常规钻井效果对比表

井号塔中722塔中72塔中721钻井周期(d)127131240设计井深(m)575058005800完钻井深(m)57505235.655505钻井方式控压钻井常规钻井常规钻井处理复杂时间(d)48121钻井期间泥浆漏失量(m3)190.831824.665000试油产量(m3/d)油265气51202油29.5气9560油126.48气7203523）简易控压钻井技术2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/354

带井下液面监测的简易控压钻井技术：在塔中722、轮南633、轮古34等含硫化氢气井实施了简易控压钻井技术，并配套使用了井下液面监测技术，较好地解决了窄密度窗口下的安全钻井问题3）简易控压钻井技术

比注气简易控压钻井技术优势：更快速发现溢流，为控制溢流赢得更多的时间,在线实时监控井筒液面避免人工疏忽、误判断井筒内液面表面积小，距离近

,反应快；能在地层流体刚进入井筒时就发现溢流2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/355井号塔中722轮南633轮古34大北3中古2控压井段(m)5546~57505843~61006694~67406284~70735871~6310实施目的防漏防漏防漏防漏防漏控压期间油气显示情况连续点火，焰高0.5~12m连续点火，焰高8~22m间断点火，焰长5~15m间断点火，焰高0.5~3m井下液面监测监测监测监测监测完井试油日产量(m3/d)8mm油嘴，油压20.7MPa，油265m3气51202m38mm油嘴，油压3.72MPa，油36.20m3，气389640m38mm油嘴，油压38.88MPa，油29.36m3，气202105m36mm油嘴，油压63MPa，气416862m35mm油嘴，油压20.4MPa，油5.04m3，气51873m3。

带井下液面监测的简易控压钻井技术应用效果：3）简易控压钻井技术

在塔中722、轮南633、轮古34等井获得高产油气流，大北3采用简易控压钻井技术，解决了窄密度窗口下的安全钻井，保护了油气层。中古17井应用控压钻井技术，仅用172天就完成了一口6700米井深的超深井2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析2023/12/356经过多年的实践探索，塔里木油田成功地采用了非常用的套管系列，优化设计与应用了深井、超深井井身结构，有利于解决窄窗口的安全钻井问题膨胀管技术是正在发展的可明显降低钻完井成本的一项新技术。该技术针对传统井身结构的弊端，采用膨胀管技术改进、完善以及优化井身结构，能解决井眼变径以及复杂地层钻进等问题。未来的发展方向是实现单直径井眼4）井身结构优化技术和膨胀管技术2、CNPC解决窄窗口钻井问题的应用案例二、控压钻井技术现状分析Enventure公司：拥有较成熟的膨胀管技术，目前已为全球20个国家、96个客户作业605井次，累计下入膨胀管18.9万米

一种用特殊材料、特殊工艺制成的金属管，下入井内后通过机械或液压的方法，使其在径向膨胀10-30%，膨胀后的机械性能达到相应API套管水平，作为套管使用。实现“小尺寸下入、大直径使用”的目的，在世界上被称为“将带来钻井技术革命”的一项新技术。这项技术的主要用途：●作为应急套管封隔复杂地层，提高应对井下复杂的能力●实现等直径钻井，大幅度降低钻井成本●用于老井套损补贴修复●用于尾管悬挂，解决尾管重叠段环空密封问题二、控压钻井技术现状分析膨胀管技术－58

－膨胀管一种用特殊材料、特殊工艺制成的金属管，下入井内后通过机械或液压的方法，使其在径向膨胀10-30%，膨胀后的机械性能达到相应API套管水平，作为套管使用。实现“小尺寸下入、大直径使用”的目的膨胀管包括：实体套管膨胀；割缝管膨胀。实体膨胀管可以用作裸眼井段的钻井尾管、下套管井段的衬管及膨胀尾管悬挂器；而割缝管膨胀技术与防砂技术结合可用来防砂完井CNPC研发了膨胀管材料及膨胀连接螺纹核心技术，在400多口井进行了套管修复二、控压钻井技术现状分析波纹管技术－－中石油钻井院

波纹管技术是经过扩眼、入井、打压膨胀、机械整形等工艺，与井壁形成紧密贴合，有效封隔漏失层、垮塌层，且不影响井眼尺寸钻井院建成了国内第一条波纹管生产线，生产

235×8、

335×10波纹管，适用于8-1/2

和12-1/4

井眼二、控压钻井技术现状分析厚壁波纹管防漏治漏现场试验获得成功波纹管堵漏技术在新疆油田T6182井试验成功表明，采用波纹管治理钻井恶性井漏是一种钻井堵漏可行的新工艺、新手段；同时证明波纹管技术在砂泥岩地层应用是可行的，实现了钻井堵漏技术一项新突破试验井号：T6182（新疆油田）波纹管规格：φ235×8，适用于81/2″井眼下入波纹管长度：89.47米补贴起始点：405米补贴前泥浆临界漏失比重：1.27补贴后泥浆密度最高达到：1.80二、控压钻井技术现状分析

2004年7月，在吐哈油田陵7－71井共下入波纹管62.54m，波纹管封固井段为2450～2512.54m，成功的实现了利用波纹管建立人工井壁进行堵漏的目的

2006年10月在克拉玛依油田T6182井下入适用于8-1/2″井眼的φ235×8波纹管89.40m，波纹管封固井段为406.6～496.0m，试验取得了圆满成功，不再发生漏失

2007年4月在四川油田黄龙004－X1井共下入适用于12-1/4″井眼的φ335×11波纹管24m，波纹管封固井段为2308～2332m。施工完成后，在后续钻进过程中未出现漏失情况，顺利钻达设计井深2820m波纹管技术－－中石油钻井院二、控压钻井技术现状分析2023/12/362

提纲一、概述二、控压钻井技术现状分析三、研究进展与发展方向四、结束语2023/12/36363成果类别成果名称成果水平自评价5套装备地面压力控制装置接近国际先进水平环空压力随钻测量装置处于CNPC领先水平井口连续循环钻井装置处于CNPC领先水平钻井液密闭分离装置处于CNPC领先水平膨胀尾管系统和可循环筛管处于CNPC领先水平3项特色技术控压钻井工艺技术接近国际先进水平地层压力预测分析与实时监测技术处于CNPC领先水平深井钻井高效防漏堵漏技术处于CNPC领先水平2套实验方法控压钻井实验检测评价方法（创建独特的控压钻井实验室）接近国际先进水平井筒多相流流动规律实验方法处于CNPC领先水平30项专利《一种组合式多级压力控制方法与装置》等30项专利、其中发明专利15项27篇论文《窄密度窗口钻井难点分析与技术对策》等27篇学术论文重大成果三、研究进展与发展方向2023/12/36464自动节流控制系统回压补偿系统精细控压钻井控制中心形成一套控压钻井工艺技术完成5大系统的研制自动节流控制系统回压补偿系统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⑴地面压力控制装置(PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统)5套装备三、研究进展与发展方向2023/12/36565⑴地面压力控制装置(PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统)性能对比HalliburtonMPD研制产品（PCDS-Ⅰ）技术参数额定压力35MPa35MPa节流精度±0.35MPa±0.5MPa自控系统采用PLC控制器，接线复杂，不具备在线自诊断功能采用FF数字总线，具备在线自诊断功能，系统工作可靠性高，性能先进功能对比近平衡工艺钻进近平衡工艺钻进欠平衡工艺钻进出入口流量监测出入口流量监测井底恒压控制井底恒压和微流量控制与国际同类产品性能指标对比5套装备地面压力控制装置三维设计图三、研究进展与发展方向2023/12/366

中国石油集团钻井工程技术研究院组织专家对PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统进行了测试，考察了控压钻井实验室和精细控压钻井装置，并组织了9种工况的测试专家测试三、研究进展与发展方向2023/12/367专家组意见

1）PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统由自动节流管汇、回压泵、液气控制台、控制系统及软件等构成。该系统能够同时监控压力、流量等指标，对井下溢流、漏失进行动态监控，能够精确控制环空井底压力，满足现场控压钻井需求2）自动节流管汇系统布局合理，能够实现多种模式下的节流控制3）回压泵系统设计合理、结构紧凑，能够实现回压补偿4）液气控制系统压力源多路设计，执行机构安全互锁，能够实现自动/手动控制，能够满足现场对性能和安全的要求5）自动控制系统及软件经测试表明，功能完备、响应速度快、控制精度高，可以满足控压钻井工艺的要求专家测试专家组认为，PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统设计先进，测试性能指标达到设计要求三、研究进展与发展方向2023/12/36868

地面压力控制装置（PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统）在西南油气田蓬莱9井、磨030-H25井、塔里木油田中古105H井、华北油田苏49K-P5井，完成了近、欠平衡条件下控压钻井现场试验与应用，有效解决了溢漏共存钻井难题应用效果精细控压钻井现场试验三、研究进展与发展方向2023/12/36969精细控压钻井现场试验

实现了恒定井底压力控制和微流量监测控制的精细控压钻井，全工况动态压力控制精度达到0.5MPa，试验圆满成功。发现油气显示层八个，出口气体流量计监测值500～2500m3/h，多次点火成功，焰高超过8米，点火时间最长超过50分钟，储层发现与保护效果显著三、研究进展与发展方向2023/12/37070研究成果有助于解决窄密度窗口导致的各种井下复杂问题有利于勘探开发中储层的发现与保护降低非生产时间，极大地提高深井钻井的效率随着技术的不断进步和成本的控制，从复杂到常规、从陆地到海洋，控压钻井装备与技术将拥有广阔的应用前景应用效果三、研究进展与发展方向2023/12/37171形成了一支稳定的、多学科的控压钻井攻关团队有助于打破国外公司的技术垄断，提升课题责任单位和联合单位在该技术领域的服务能力促进我国石油深井钻井技术进步，降低油气勘探开发综合成本，特别是有利于西部的勘探开发与钻井工程实施技术支撑三、研究进展与发展方向2023/12/37272精细控压钻井系统被评为2011年中国石油十大科技进展

控制压力钻井是当今世界钻井工程前沿技术之一，是解决窄密度窗口钻井难题最有效的手段。随着我国油气勘探开发的深入推进，控压钻井技术的需求增大。

自主研发出具有国际先进水平的全自动控制软件，可在各种钻井工况下进行环空压力监测与控制、回压补偿、近平衡与欠平衡精细控压钻井作业，集水力学计算、设备在线智能监控、应急处理于一体，实现了环空压力闭环监控和多策略、自适应安全钻井作业。针对不同的地质特点和生产需求，并开展现场试验与应用，系统性能稳定，有效解决了“溢漏共存”等窄密度窗口的钻井难题。

中国石油成功开发出具有自主知识产权的精细控压钻井系统，其核心技术及各项指标总体达到国外同类技术的先进水平，提升了我国复杂深井钻井技术水平和钻井工程技术服务的核心竞争力。三、研究进展与发展方向PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统----成果研究成功的消息发布在中国石油报、国资委网站和石油商报等媒体上73三、研究进展与发展方向2023/12/374第一台井口连续循环钻井装置样机性能指标达到国际同类产品水平对比性能国际同类产品研制产品技术参数工作压力35MPa35MPa适用钻杆规格31/2″--57/8″31/2″--51/2″卸扣扭矩95kN.m98kN.m循环排量3000L/min3000L/min动力卡瓦同时作为背钳使用，对卡瓦牙板的要求高，影响卡瓦对钻柱的夹持能力仅悬持钻柱重量，牙板可采用常规形式，安全可靠接头定位通过接头与闸板碰触进行定位，容易损伤闸板利用光电传感器和电控制技术，定位精确745套装备⑵井口连续循环钻井装置与国际同类产品性能指标对比三、研究进展与发展方向2023/12/3758-1/2″环空压力随钻测量装置性能与国际同类产品相当6″环空压力随钻测量装置样机填补CNPC小尺寸测量工具的空白完成了６口井现场试验75性能对比国际同类产品8-1/2″研制产品6″研制产品技术参数测量压力140MPa138MPa122MPa测量温度175℃150℃150℃测量精度0.5%0.5%0.5%传输方式泥浆正脉冲传输泥浆正脉冲传输泥浆正脉冲传输5套装备⑶环空压力随钻测量装置与国外同类产品性能指标对比三、研究进展与发展方向2023/12/376对比性能HalliburtonAlpineMicodaVeteran研制产品罐体数量（个）21111罐体尺寸（m）D×L2.3×3.13.13×6.12.1×5.52.73×12.21.7×6容积（m³）272516.36712最大额定压力（MPa）1.81.7521.38--3.451.5最大钻井液处理量（m3/h）231265132.5———200最大气体处理量（m3/h）5800090000400004000020000

钻