恒定井底压力控制压力钻井
压井方法优选与存在的问题
压井方法优选与存在的问题压井是利用井控设备和压井方法向井内注入一定比重和性能的压井液，重新建立井下压力平衡的过程。
选取合适、有效的压井方法关系到压井是否成功的关键，一旦发生井喷失控，将会造成重大损失，甚至巨大社会影响，因此，发生溢流或井涌后编制压井方案,选择最优的压井方法是压井成功的前提。
一、压井方法及优缺点压井方法包括常规压井法和非常规压井法，常规压井法含司钻法、工程师法、边循环边加重法；非常规压井法含平推压井法、置换压井法、低节流压井法、体积控制压井法。
1.常规压井法⑴司钻法压井。
司钻法又称二次循环法，是指当溢流发生时并且完成关井工作后，考虑先利用钻井液循环将溢流排除，然后再结合钻井液压井的方法。
这种方法的优点在于比较容易掌握，并且最关键的是操作时间短。
缺点是设备承压高，风险相对较大。
⑵工程师法压井。
工程师法又称一次循环法，是指当发生溢流时，要实现迅速的关井行为并记录重要的溢流数据，通过计算填写压井施工单，然后利用加重钻井液，保证全部工作的实现在一个循环内完成。
工程师法压井的最大优势是装置所承受的压力小，相对风险小，经济效益高。
缺点是：①精确控制井底压力难，影响因素多，一旦控制不好，容易引起油气侵，造成反复压井。
比如：井眼轨迹、井身质量、泥浆密度与循环压降的精确计算困难，高密度泥浆差距大，另外，地面装置在压井过程中，地层砂子反出堵塞通道，需要反复开大、关小节流阀。
因此，立管压力的控制难度大。
②在压井过程中井底漏失量不好掌握，若漏失严重，压井泥浆不够用，也会造成压井失败。
⑶边循环边加重法压井。
边循环边加重法又称同步法或循环加重法。
是指当溢流关井求得地层压力之后，采用边循环边加重的办法压井。
它的优点是在重浆储备不足，边远地区能够很快的开展压井作业。
但是，这种方法的最大缺点是压力的计算比较复杂，因此在实践中很少采用。
2.非常规法压井⑴平推法压井。
平推法又称压回地层法、挤压法或顶回法，是指从地面管汇向井内注入钻井液将进入井内的地层流体压回地层的压井方法。
压力控制钻井简介
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
开度1
10
阀开度mm
15
20
25
30
35
47
三、压力控制钻井装备
3、分离设备
海上立式密闭四相分离器
48
三、压力控制钻井装备
Flow from well
Gas
Cuttings
Oil Mud
海上卧式密闭四相分离器
49
三、压力控制钻井装备
50
三、压力控制钻井装备
SWACO Offshore Standard 液气分离器总成技术参数 工作压力不低于1.0 MPa（145psi） 进液口 4 1/16″ 排液口 8″ 排气口 8″ 最大气体处理量 17.5 mmscf/d （49.5×104 m3 /d） 最大泥浆处理量 1500 gpm （8176 m3 /d）
15
二、压力控制钻井工艺
2、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； • 2）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； • 4）H2S含量低于20ppm 的储层。
16
二、压力控制钻井工艺
区块筛选
筛
油藏类型
地质条件
初步经济评价
选
适合MPD的目标区块
5
一、压力控制钻井技术简介
钻井工程专业名词解释
钻井工程专业名词解释一、名词解释：1、钻井进尺工作时间：与进尺有关的钻井作业时间，包括存进尺、接单根、扩划眼、换钻头、循环钻井液、起下钻、定向测量及定向作业等。
2、钻井工程质量：主要是指井身质量、取芯质量和固井质量。
3、碰压：固井过程替水泥浆时胶塞到达阻流位置时压力突然升高的过程。
4、联顶接：从钻台面要将生产套管送到地面规定高度的连接套管。
5、鱼头：钻井作业中一般将井内由于处理事故过程余留的钻具、套管以及其他工具叫井内落鱼，最上部顶端位置叫鱼头。
6、狗腿：将钻进过程中井斜变化较大的地方称为“狗腿".7、迟到时间：钻头破碎地层后，岩屑随钻井液由井底上返至振动筛所需要的时间称作迟到时间。
8、钻井液柱压力：由钻井液柱的重力所引起的压力。
9、岩石可钻性：岩石可钻性是岩石抗破碎的能力。
可以理解为在一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
10、钻井液失水：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂缝或空隙中渗漏，称为钻井液的滤失。
11、地层破裂压力：在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当流体压力达到一点数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
12、井喷：是地层中的流体喷出地面或流入其他地层的现象。
13、溢流：地层流体进入井筒内，使返出的钻井液量大于泵入量，停泵后井口自动外溢的现象。
14、井控：是指对油、气井地层压力的控制。
15、压力梯度：单位深的压力增量。
16、压井：向失去2压力平衡的井筒内，泵入高密度钻井液，以恢复和重建压力平衡的作业。
17、平衡压力钻井：是指井底压力等于或大于地层压力情况下的钻井。
18、关井：发生溢流和井涌后，关闭封井器和节流关汇，阻止地层流体继续侵入井筒的过程。
19、循环周：钻井液从井口泵入至井底再从井底返到地面的时间。
20、静液压力：由静止液柱的重力引起的压力。
21、地层压力：地下岩石孔隙内流体的压力。
22、抽吸压力：上提钻柱时，由于钻井液粘滞作用产生的使井底压力减小的瞬间附加压力。
压力控制钻井技术
压力控制钻井技术根据国际钻井承包商协会（IADC）的定义[1]，压力控制钻井（Managed Pressure Drilling—MPD）是一种适应性的钻井方式，用于精确控制某个井段的井底环空压力，其目的在于根据地层压力的变化相应地控制环空压力，使井底压差保持在设计的范围内。
压力控制钻井过程中要避免地层流体连续进入井筒，偶尔发生油气侵时要通过合理的作业程序进行控制，防止进一步地井侵。
1.2 技术应用压力控制钻井的应用方式包括四种：恒定井底压力钻井、泥浆帽钻井、双梯度钻井和HSE钻井。
其中恒定井底压力钻井技术是应用最广的技术，也最适合渤海地区应用。
恒定井底压力钻井（MPD-CBHP）是在钻完井过程中始终将井底压力控制在较恒定的压力窗口内，是压力控制钻井主要的应用方式。
例如中－沙油气公司SSG（SINO-SAUDI GAS）在沙特KAS地区利用CBHP技术在探井中减少钻井复杂问题、避免卡钻等重大意外问题，在钻进、起下钻、接单根等过程中保持了井底压力的恒定。
北海StatoilHydro公司的Kvitebjørn高温高压井CBHP作业中，使用了连续循环系统CCS、随钻井底压力检测APWD、随钻地层压力检测FPWD、平衡泥浆段塞BMP、自动节流控制技术等新技术，在钻进及起下钻、接单根时使井底压力以当量密度0.02 g/cm3高于地层孔隙压力，避免了高温高压、高产地层的复杂问题[4]。
2 海上MPD作业流程设计压力控制钻井设备应至少包括压力控制系统、流体处理系统、井下工具系统等。
现场应用时要针对作业井的具体情况进行合理优选，特别要结合海上平台的具体情况，在满足作业能力和安全环保要求的前提下，尽量简化设备，减少平台的空间占用。
2.1 作业流程设计设计MPD时考虑了以下几种工况：（1）在钻储层上部的水泥塞或未发现油气显示前，通过液压系统打开液动闸板阀3，井口返出流体经泥浆槽8至振动筛，与常规钻井相同；（2）进行MPD作业期间，关闭液动闸板阀3，关闭MPD节流管汇中路阀，流体进入液气分离器后，游离的气体被分离出来，输送到点火器燃烧掉。
控压钻井技术
o 美国在上世纪60年代后期开始应用控制压力钻井。
o MPD第一次正式出现是在2004年阿姆斯特丹的IADC/SPE钻井 会议上。
o MPD技术的意图是利用欠平衡工具和技术控制进入井眼的地 层流体，其主要目的是避免通过加重钻井液来解决钻井复杂问 题。减少套管层数，提高钻井效益，降低钻井成本。
MPD与UBD、PD的关系
钻井三压力剖面
o 地层孔隙压力 o 地层坍塌压力
o 地层破裂压力 （或漏失压力）
钻井压力（密度）窗口
窄压力（密度）窗口问题
常规钻井钻井液密度设计：
o 油井，地层孔隙压力当量钻井液密度附加0.05-0.10g/cm3
o 气井，附加0.07-0.15g/cm3 钻井液窄密度窗口条件下的问题：
o 密度窗口油井小于0.05（气井小于0.07），不能找到不漏不喷的平衡 点，静止、循环都发生井漏
o 控制压力钻井是一种在整个井眼内精确控制环空压力剖面 的自适应钻井过程（ Adaptive drilling process） 。 o 其目的在于确定井下压力窗口，从而控制环空液压剖面。 o MPD旨在避免地层流体连续地流入到地面，钻井作业任何 意外的流动将使用适当的方法进行安全的控制。（ Jan 2008 ） MPD也有翻译为：压力管理钻井
MPD分类
恒定井底压力和可变井底压力的分类（SIGNA 2000）：
o 可变井底压力方法 间歇的欠平衡钻井
变化的过平衡井底压力
加压泥浆冒钻井 (PMCD) o 恒定井底压力方法 无隔水管钻井 双梯度钻井 (DGD) 连续循环系统 (CCS) 使用回压泵 使用自动/半自动/手动节流阀 Chokes
控制回压(Halliburton的GeoBalance MPD)
控制压力钻井技术应用探讨
控制压力钻井技术应用探讨摘要：由于钻井环境较为复杂，传统开采方式还存在一定的局限性，导致钻井作业中面临着较多的安全隐患，而且井下情况比较复杂，出现卡、漏、塌等现象的概率较高，不仅会导致钻井效率下降，油气层还会因此受到污染，降低开采质量，产生较大的损失。
而目前采用的控制压力钻井技术使用了承压和封闭的钻井液循环系统，不仅可以更好的控制复杂的井下环境，减少各种作业问题，还能够降低钻井成本，提高钻井可钻性等，尤其是可以更好的适应窄密度窗口钻井工作而开展，因此该技术的应用价值也比较高，已经受到了广大钻井公司的青睐。
基于此，本文就控制压力钻井技术应用进行了探讨，以期能够为当前的钻井作业提供科学的参考依据。
关键词：控制压力；钻井技术；应用引言控制压力钻井技术能够有效提高对井眼压力的精确控制，确保井内压力保持在合理的范围之中，而井底压力保持稳定则会保障钻井工作的顺利进行，减少各种不良问题的发生，因此相关技术人员也越来越重视对该项技术的研究工作，这对提高当前油气开采工作的质量也有着十分重要的现实意义。
一、控制压力钻井技术概述控压钻井技术是在对井眼环空进行精确控制的前提下实施的一种欠平衡钻井技术。
在实际操作中，相关作业人员需要用到地面井口压力控制设备（RCD）、井下监控系统（PWD）、地面节流系统、回压补偿系统、智能压力控制系统的互相协调配合进行钻井操作，在钻进的过程中可以利用上述设备对井筒压力剖面进行动态控制，以此可以确保井底压力能够控制在合理的范围内，从而有效地预防井下可能会出现的易漏地层井漏、井涌等状况，同时还能够保护油气层，最终实现安全、高效地钻井工程施工。
近年来，控制压力钻井技术的应用范围越来越广，在各油田的钻井工作中起着重要的应用价值，实践中也可以发现，控制压力钻井技术采用的设备中同时使用了承压和封闭的钻井液循环系统，该系统的组成比较复杂，但是通过了相关设备的操作能够更好地面对传统钻井方式可能会遇到的各种井下复杂状况，并有效解决了以往钻井过程中出现的钻井成本高、钻井可钻性低等各种障碍。
精细控压钻井井底压力自动控制技术初探
精细控压钻井井底压力自动控制技术初探作者：黄忠来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第03期摘要：油田开采是当前我国获得石油资源的主要方式，开采效益的高低也决定着实际收益的高低，目前，我国的很多油田在开采钻探中使用的一般都是常规的钻探技术，但是很多位于地质条件相对复杂地方的油井还会存在钻井液安全密度窗口过窄的问题，使得油田出现井涌、压差卡钻等一些较为严峻的井下问题，这些问题的出现使得油田的开采进度受到影响，也会造成大量的浪费，甚至直接会造成油井的报废。
基于此，本文就精细控压钻井井底压力自动控制技术的进行了分析，提出了精细控压钻井井底压力自动控制技术的具体应用，并对精细控压钻井井底压力自动控制技术的未来展望进行了阐述。
关键词：精细控压钻井;井底压力自动控制技术;展望精细控压钻井技术是当前油气钻井工程领域中新兴的一种钻探技术，其主要应用原理就是使得钻井时的井底压力保持恒定，以便能够在窄密度窗口复杂地层井段的安全，以便能顺利钻进，从而减少油井中井涌、漏失、压差卡钻井复杂问题的发生，应用效益显著，对我国某些处在复杂地形区域的油田开采中具有重要的现实意义。
1 精细控压钻井技术1.1 概述精细控压钻井是一种有效实现安全钻井的一种钻探技术，其在应用过程中需要借助相配套的井下工具对井底压力、钻井液性质进行测量，并及时的将测量数据传递到井口的计算机当中，计算机会依据相关的数据信息对井口进行调节，以便达到控制井底孔隙压力的目的。
该项技术常应用于我国西部地区的一些较为复杂的油井中，以及对油田枯竭油气层二次开发中，近几年，随着该项技术的不断成熟，其在深海海底油藏钻井中的应用逐渐普及，其中形成的欠平衡精细控压钻井工艺能够通过可控微溢流控压钻井解决发现与保护储层、防止窄密度窗口过窄的世界难题，使得钻井周期得到了大幅度的缩短，有力的提高了油田开采获得的经济效益。
1.2 精细控压钻井井底压力自动控制工艺原理精细控压钻井自动控制系统的核心是地面控压钻井回压泵系统、控压钻井节流管汇系统以及节流管汇系统控制系统[1]。
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
回压泵可以是单独的柱塞泵，也可以采用井队的泥浆泵，接单根或起 下钻时，通过回压泵将钻井液从压井管汇注入，经钻井四通、节流管汇 返回泥浆罐，通过调节节流阀的开度，控制回压的大小。停泵和开泵过 程分5 个步骤阶梯型调整排量和井口回压。
7
连续循环系统控制法
该系统是一个钻台上集密封、上卸扣、 循环为一体的装置。采用顶驱钻机时，通 过接箍、顶驱连接工具和钻井液分流管汇 的配合实现连续循环。接单根时，接箍体 上下两个闸板密封钻杆周围，接头位于全 封闸板和下部闸板之间，钻井流体在循环 压力作用下进入接箍体内，平衡钻柱内外 压力。卸扣上提钻杆，关闭全封闸板，上 部卸压后将公扣连接部分提出接箍体，此 时钻井流体通过接箍下部循环进入钻柱中。 当上下两部分压力平衡时，打开全封闸板， 新的单根下放。释放接箍体内压力，打开 密封，移开接箍，钻井再次开始，整个过 程循环不间断，从而保持井底压力恒定。
1
恒定井底压力控制压力钻井
1
控压钻井技术概念
2
井底恒压钻井分析
3
井底恒压钻井实现 相关结论
2
4
2
应用背景
在复杂地层情况下钻井，孔隙压力和破裂压力之间的窗口通常比较小， 在高压、深水和欠平衡井中尤为普遍和典型。常会遇到喷、漏、卡、塌等各 种井下复杂情况和钻井问题。 为避免上述问题，希望有一种更为精确地约束和控制井眼压力的方法。美 国在上世纪60年代后期开始应用控制压力钻井技术，也称为MPD。
CBHP MPD技术
恒定井底压力控制压力钻井是控压钻 井的一种模式，其又称作称为当量循环 密度（ECD）控制，通过环空水力摩阻、 节流压力和钻井液静液柱压力来精确控 制井眼压力的方法。设计时使用低于常 规方式的钻井液密度进行近平衡钻井。 循环时井底压力等于静液柱压力加上 环空压耗，当停泵、接单根时，循环压 耗消失，井底压力处于欠平衡状态，加 入一定的地面回压使井底压力保持一定 程度的过平衡，以防止地层流体的侵入。 理想的情况是静止时加入的地面回压等 于循环时的环空压耗。 循环时井底压力=静液柱压力+井底压耗
9
注气稳压技术 常规钻井方式 中，井下压力分布为
W H
P =P +P
AF
井底压力在钻进时是环空液柱压力和环空摩阻压力之和， 为了 保证在接单根过程中保持井底压力恒定，需要用井口回压来替代环 空摩阻压力，那么如果在停泵后环空液柱压力增加量等于环空摩阻 压力，同样可以达到保持井底压力恒定的目的，利用该原理，设计 了注气稳压技术。
10
全自动智能控制压力钻井系统
一般都包括随钻压力测量 仪器、井口旋转控制头、回压 泵系统、自动节流管汇系统以 及自动控制中心几部分。具有 有自动井底压力测量、溢流监 测、自动井口压力控制等功能， 能够更加精确地实现井底恒压 控制压力钻井。
11
（1） 控制压力钻井技术能有效降低井下复杂情况的发生、 减少非生产时间，因此在国内外得到了广泛的应用，其中井 底恒压控制压力钻井是主要的应用形式。 （2） 回压泵加节流管汇控制法、连续循环系统控制法、连 续循环阀控制法以及注气稳压方式都能够实现钻进和接单根 过程中的井底恒压，回压泵加节流管汇控制法的应用更加广 泛。 （3） 随着智能节流管汇、井底压力测量工具及地面检测、 控制系统的发展，控制压力钻井技术逐渐向自动化、智能化 方向发展，国内外已经开发了商业化的智能自动控制压力钻 井系统，未来有可能实制法
该方法在钻进的井段上每个单 根（或立柱）接头上加装特殊三通 阀，在接单根时可以通过此阀维持 循环， 从而实现接单根过程的连续 循环。目前此连续循环技术仅解决 了钻进和接单根时的连续循环，而 对起下钻、测井、完井等过程无法 实现连续循环，所以只能在接单根 和钻进过程中保持井底压力恒定。
控制压力钻井定义
控制压力钻井（MPD）是一种适用的钻井程序，用于精确地控制整个井 眼环空压力剖面，目的在于确定井底压力的范围，从而控制环空液压剖面。
3
压力控制的目标
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。
4
5
井底恒压控制压力钻井的技术关键在于在钻进过程、接单根过程、 甚至起下钻过程中都保持井底压力的恒定，在实际作业过程中，常采用 回压泵加节流管汇控制法、连续循环系统（CCS）控制法、连续循环阀 系统（CCV）控制法、注气稳压控制方式、全自动智能控制压力钻井系 统5 种方式实现井底恒压。
6
回压泵加节流管汇控制法