控压钻井技术

控制泥浆帽(CMC)
控制泥浆帽钻井:用低隔水管返回系统 Low Riser Return System (LRRS) 和海底举升泵。
控制回压(恒压点 PoCP )
连续循环系统(CCS）
控制环空摩擦压力
加压泥浆帽MPD
容许在严重井漏或全井段漏 失的条件下安全钻井。 要点：
o 地面无返回
o 高粘泥浆以刚低于储层压力条 件下低速泵入环空
控制回压(Halliburton的GeoBalance MPD)
节流管汇撬
回压泵
流量计撬
控制流量(Secure Drilling的微流量控制方法) 被Weatherford收购
o 80-160L发现溢流，120秒内控制溢流，总溢流量控制在0.24 (0.9)方内。可以 早期发现溢流，并快速作出处理，能够真正实现近平衡钻井和控压钻井，大大 提高了近海、深海以及地层压力未知的探井、深井的井控安全性。 o 通过监测溢流和漏失，保持溢流量或漏失量尽可能的少。这意味着井眼问题 在早期就得到了解决，而不是待到发展成更大的复杂问题（巨大风险和成本的 危险情况）时再解决。 o 能够在任意选择的井底压力（恒定的、可变的、固定的过平衡）下钻井。
井下泵(ECD减少工具/ECDRT）
HSE（健康、安全、环境） MPD
MPD设备
o 地面和海底旋转控制装置RCD
o 手动、半自动、过程控制的节流管汇
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
MPD分类
变型与方法的分类（Hannegan 2005），MPD大的子类 叫变型：
o 恒定井底压力MPD（CBHP MPD）
o 加压泥浆帽钻井（PMCD）
o 双梯度钻井MPD o HSE（健康、安全、环境） MPD
MPD分类
变型又可分为方法： o恒定井底压力MPD
连续循环系统 (CCS)
使用回压
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
o 旋转控制头、自动节流管汇、实时数据采集（包括质量流量计）、控制器。
o 用于高温高压井、深水井、探井、孔隙压力未知地层或压力剖面变化剧烈的井、 环保要求高的井。 o 在德阳1井和大港的一口井上进行了应用。
控制流量(Secure Drilling的微流量控制方法)
控制流量(Secure Drilling的微流量控制方法)
MPD的特点
o 始终精确控制井眼压力稍大于地层孔隙压力， 不会诱导地层流体侵入。 o 钻井液密度低于常规钻井密度，避免超出地层 破裂压力梯度。 o 通常使用液相钻井液。
o 使用闭合、承压的钻井液循环系统。
控制压力钻井（MPD）的作用
o 在地层破裂 — 孔隙压力窗口小的时候，减少井 涌 — 井漏现象，提高井控安全性，能够钻更深的 裸眼段； o 能够使套管下得更深，从而有可能减少一层甚至 更多层次的套管；
o 提高较大井眼钻达目的层的可能性； o 减少由于环空压力引起的井漏；
控制压力钻井（MPD）的作用
o 减少钻遇大裂缝发生严重井漏时的钻井液成本， 及井漏引起的井控问题； o 避免地下井喷； o 提高HSE效果，尤其是在要求更高的海上； o 减少非生产作业时间
1 Fluid Balance
2 Gravity Displacement
海底泥浆举升钻井 (SMD)
SMD 是一个联合工业项目, 参与的公司： BP, Conoco, Chevron, Texaco, Schlumberger, Hydril 。
海底泥浆举升钻井 (SMD)
泥浆稀释
注入不可压缩的轻固体和液体或使用特殊工具
• 在返回管线注入更低密度的材料能够减少返回流体的密度，从而减 少注入点之上的静液压力。 • 注入材料可以是不可压缩的固体或液体，也可以是气体。 • 特殊工具如ECD 减小工具。
目前在陆地施工的控制压力钻井大多是采用被动型 方式 。
MPD分类
IADC UBO协会的MPD分会将MPD技术划分为二大类： o 主动型MPD（Proactive MPD）
使用MPD方法和/或设备，积极控制整个裸眼的压力剖面。 钻井设计时就充分考虑到精确控制井下环空压力在套管程序、钻井 液程序、和裸眼段施工等方面可能带来的好处。 施工时井下压力完全按照设计曲线进行，包括接单根时依靠增加井 口回压控制井下压力。 为钻井作业带来更多的好处，如用较少的套管钻更深的井，较少的 非生产作业时间，钻达目的井深时较少的钻井液密度变化，更强的井 控能力等。
井
3300
实际密度
塔 本 组
3800
蓬 当 组
4300
4800
塔 本 组
5300
MPD分类
IADC UBO协会的MPD分会将MPD技术划分 为二大类：
o 被动型MPD（Reactive MPD）
使用MPD方法和/或设备作为应急，以减轻所出现的 钻井问题。 采用常规套管程序和钻井液程序。 配备旋转控制装置、节流管汇、钻具浮阀等设备。 提高安全性和钻遇意外压力时（如孔隙压力或破裂 压力高于或低于预计值）的施工效率。
o 欠平衡钻井的主要目标是避免损害将要开发的产层， 是以储层为本的。气体、雾化、泡沫、充气、液体钻 井。 o 而控制压力钻井MPD的主要目标是解决与钻井有关 的复杂压力控制问题，是以钻井为本的。液体。
o 提速钻井PD(performance drilling)或AD(air drilling)用于提高机械钻速。气体、雾化、泡沫。 o CPD （controlled pressure drilling)
o GeoBalance Automated：采用地面监测系统、实时流体力学模型、自动节 流阀进行远程软件控制的节流作业。中石油2009年在塔里木油田塔中碳酸盐岩 地层实施了9口井。 o GeoBalance Optimized：实时地质力学性质（孔隙、破裂和坍塌压力）确定， 并集成到自动节流管汇控制软件中。 o GeoBalance Sigma：多相流模拟、地面分离和注入设备，用于低压或衰竭地 层。
MPD原理
常规钻井：井底循环压力= 静液柱压力+ 环空摩阻 MPD：井底循环压力= 静液柱压力+ 环空摩阻+ 地面回压
（环控压耗折算当量钻井液密度0.03-0.15g/cm3）
MPD解决井漏的原理
o 井漏是经常发生的钻井复杂问题之一，常规钻井采用堵漏提高承
压能力往往费时、费钱、费力，而且效果往往不好。 o 直井高角度缝，缝宽达到毫米级时，就会出现严重井漏，甚至失 返，缝宽在100微米以上的裂缝就比较难以封堵了。 o 孔隙性漏失，漏失量与过平衡压差成正比（符合达西渗流定律）， 裂缝性漏失，漏失量与过平衡压差成1.5至1.6次方的关系，且无任 何内外泥饼作用。 o MPD解决井漏的原理是控制环空压力接近于地层孔隙压力，其过 平衡压差不足以克服钻井液向孔隙性漏失层的渗流或向裂缝性地层 的流动阻力。
MPD解决漏涌并存的原理
o 在裂缝性井漏情况下，钻井液密度窗口非常狭窄，往 往不到0.02 g/cm3，环空循环摩阻足以造成漏失。
MPD解决井漏的原理
当量泥浆密度（g/cm3） 0.8 300 地漏试验 800 破裂压力 1300 漏失压力 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6
控制压力钻井(MPD)技术
内容
o MPD的概念、特点与作用 o MPD的原理、分类 、设备
o 三大控压钻井系统
o MPD的关键
o 胜利钻井院控压钻井系统
o MPD应用与展望
控制压力钻井（MPD）的概念
IADC对MPD（managed pressure drilling)的定义（Feb
2004 to Jan 2008）
使用回压泵 使用节流阀：自动/半自动/手动 恒压点 (PoCP)
ห้องสมุดไป่ตู้
o双梯度钻井MPD
泥浆稀释 无隔水管泥浆回收
海底泥浆举升钻井 (SMD)
使用特殊工具 注入不可压缩的轻固体和液体（在研）
恒定井底压力MPD
控制回压(AtBalance的动态环空压力控制DAPC) 被Schlumberger收购
系统包括： o 自动节流管汇 o 回压泵 o 集成压力控制器 o 流体力学模型
控制回压(AtBalance的动态环空压力控制DAPC) 被Schlumberger收购
控制回压(Halliburton的GeoBalance MPD)
o GeoBalance Self-Managed：旋转控制装置、双液动节流阀的节流管汇。
o 2005年-2006年初， Secure Drilling 系统在Louisiana大学成功的进行了多 次实验。2006年8月，Petrobras在巴西东北部的一口215.9mm井眼的井，用水基 钻井液，5天钻进556m。 o Chevron在南德克萨斯的一口探井， 215.9mm井眼，7天钻进845m。该系统成 功地检测到接单根时井底发生的气体溢流。 o 通过两个井的应用进行了改善，然后Petrobras用于后续的钻井作业。 o Chevron在2006-2007年用Secure Drilling 系统共打了4口井。
欠平衡、控压、常规钻井划分