控压钻井技术

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
o 环空摩阻当量钻井液密度一般不高于
0.05g/cm3。
o 在深井和超高压地层，由于采用极高的钻 井液密度，环空摩阻高达0.15g/cm3。
o 在这种情况下，即使不是窄密度窗口，也 会造成漏喷并存或压裂地层的复杂情况。
点，静止、循环都发生井漏 o 密度窗口油井小于0.10（气井小于0.12）（假定环空摩阻折算当量钻
井液密度为0.05），静止不漏，但循环发生井漏。
窄密度窗口条件下常规钻井处理
o 控制钻井液密度 o 下技术套管封 o 堵漏提高承压能力
背景
o 地层漏失、压差卡钻、钻杆扭断、地层孔隙压力与地层破裂 压力窗口狭窄造成涌—漏等问题，增加非生产时间，导致勘探 费用大幅度提高。
o CPD （controlled pressure drilling)
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
MPD与UBD、PD的关系
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 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。
（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
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 GDirsaplvaicteyment
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
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。 ➢ 目前在陆地施工的控制压力钻井大多是采用被动型 方式 。
井 深（m）
当量泥浆密度（g/cm3）
0.8
1
1.2 1.4 1.6 1.8
2
2.2
2.4
2.6
300
蓬
地漏试验
当
组
800
破裂压力
1300
漏失800
2300 坍塌压力
蓬
当
组
2800
孔隙压力
实际密度
塔
3300
本
组
3800
蓬
当
组
4300
塔
4800
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 需要精确地管理和控制井眼压力。
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。
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）