控压钻井概述
控制压力钻井技术研究综述
１ 控 制 压 力钻 井技 术 概 述
控制 压 力钻 井 技术 （ ｏ ｔ ｌ ｄＰ ｅｓｒ ｒｌ ｇ Ｃ ｎｒ ｌ ｒｓｕｅＤ ｉｉ ｏｅ ｌｎ
筒 ；而欠平 衡钻 井时钻 井液柱 施加 的井 底压力 总是
小于 地层孔 隙压力 ， 使得 地层 流体会 流入 井筒 。 因此
控制 压力钻 井适 和孔 隙压力 和破裂 压力 窗 口较 窄的 地层作 业 ， 主要解决 钻井 问题 ； 而欠平 衡钻 井主要 用
基 金项 目 ： ６ 计 划 资 助 项 目“ 体 钻井 技 术 与 装 备 ” ２ ０ Ａ ０ Ａ１ ３ ８３ 气 （０６ Ａ ６ ０ ）
作者 简 介 ： 明（９ ５ ）男 ， 北荆 卅人 ， 陈 １８ 一 ， 湖 １ 在读 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向为 含 硫 化 氢 油气 藏 控 压 钻 井安 全 性 研 究 。 研
压 力钻 井 与 常 规 钻井 方法 相 比 ， 高 了钻井 经 济 效 益 ， 少 了非生 产 时 间 ， 提 减 降低 钻 井 成本 ， 有广 阔 的发 展 前景 。 具
关 键 词： 控压 钻 井 ： 分类 ： 用 研 究 应 中图 分 类号 ： Ｅ ４ Ｔ ２２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ３ １ ８ （ ０ ０ ０ — ０ ０ ０ １７ — ９ ０ ２ １ ）５ ０ ３— ３
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ 简 称Ｃ Ｄ ） 指在 油 气 井 钻井 过 程 中 ， ｅｈｏ ｇ ， ｏ Ｐ Ｔ是 能有 效控制 井筒 液柱压力 剖 面 ， 到安全 、 达 高效钻 井
的钻 井技术 『 该技术 比欠平 衡钻井 （ Ｂ 技 术更先 １ 】 。 Ｕ Ｄ） 进 ， 国外 已被现 场 生产 所证 实 。控 制 压 力钻 井是 在
控压钻井技术及应用分析.
业， 无论 是在 钻进 、 接单根， 还 是 起下 钻 时 均保 持 恒定 的环 空压 力 剖 面 ， 在 钻 进孔 隙 压 力—— 破 裂 压 力 窗 口狭 窄 的 地 层 或 存 在涌 、 漏 现象 时 ， 可 实现有 效 的压力 控制 。 ２ ． ２加 压 泥浆 帽钻井 （ Ｐ Ｍ Ｃ Ｄ） 技术 加 压 泥 浆 帽 钻 井 是 在钻 井 中 因环 空 流体密 度 较小 而需 在井 口施加 一 个正 压 ， 因此称 为 加压 泥浆 帽钻 井 ， 这 也是 与 泥浆 帽钻井 的 主要 区别 。 加压 泥浆 帽钻井 是一 种控 制严 重井 漏 的钻 井方 法 ， 适用 于 陆上 和海 洋 油 气 井 眼严 重 漏 失 地 层 的 钻进 作 业。 泥浆 帽钻井 和 加压 泥浆 帽钻井 都适 用 于钻 进 严 重 漏 失 地层 ， 但是 ， 若 储 层 压 力 低 于 静水 压 头 ，则 应 采 用 泥 浆 帽 钻 井 工 艺 ，在 钻 井 液 漏失 过 程 中 向环 空 泵 人 清 水， 一旦 侵入 井 眼 的气 体 被 环空 内的清 水 压 回漏失 层 段 ， 即可 继 续 钻 进 ； 当储 层 压 力 高 于静水 压头 时 ， 就必 须 采用 加 压泥 浆 帽 钻井 工艺 ， 利 用加 重 钻井 液来 平 衡储 层 压 力 。加压 泥浆 帽 钻井 过 程 中 ， 通 过旋 转 控 制 头从地 面 向环 空上 部 注入 液态 “ 钻 井 结 语 液帽” 。 通常， 注 入 的泥浆 帽 已经 过加 重 和 增 粘 处 理 ，高 密 度 钻 井 液应 缓慢 注入 环 控 压钻 井 技 术 在 不 断 的应 用 和 发 展 空， 防 止油 气 上 窜 进 入环 空 ， 从 而保 持 良 过程中 ， 其 应 用形 式 较 为 多样 ， 因此 在使
微流量控制式控压钻井系统及应用
王希 勇等．微 流量控制式控压钻井系统及应用 ． 钻采工艺 ， ２ ０ １ ３ ， ３ ６ （ １ ） ： １ ０ ５—１ ０ ６
摘 要 ：川 西地 区作 为中石化 天然气会战主战场 ， 地质条件 复杂 ， 气体／ 欠平衡钻 井等诸 多提速技 术应 用受到 限制 ， 为 了减少 同一裸 眼 高低压共存安全钻 井难题 ， 结合 国外微流量控制钻 井技 术方 法， 在德 阳 １井率先 引进 了地
流管 汇 、 数 据采集 系统 、 气液 分离器 、 控压 钻井控 制室 、 回压 泵 以及管线等 ， 在此 以威德福 ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ系统进行介绍 。
（ １ ） 旋转 控制装置 。威 德福 ７ １ ０ ０旋转 控制 装置静 止压
力级别 为 ３ ５ Ｍ Ｐ ａ ， 工 作压 力 级别 为 １ ７ ． ５ Ｍ Ｐ ａ （ 最大 转 速为 １ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） 。旋转 控制装 置底 部 ０ ３ ４ ６ ｍ ｍ法 兰将 通过 螺栓
的液动控制柜安 置在钻 井平 台底 部附 近平地上 。液动控 制 软管从控制柜接 出穿过井架下部连接 到旋转控制装置 。 （ ２ ） ＭＦ Ｃ钻井节流管 汇。威德福 ＭＦ Ｃ节流管 汇设计 压
技术及其开展先 导试 验。
一
、
地 面 微 流 量 自动控 制 系统
力等级为 ３ ５ ＭＰ ａ ， 由两 个 自动 节流 阀和 通径为 ０ １ ０ １ ． ６ ｍ ｍ、 压力级别为 ３ ５ ＭＰ ａ的管汇组成 。节流管 汇安装有一个科 里
流数学模 型 ， 利用水 力学 严格 推理 与计算 ， 保 证井 筒环 空与
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。
控压套管钻井的固井技术
47大庆长垣油田是一个多层系非均质的陆相油气田，在纵向上各油层的渗透性和孔隙度存在较大的差别，经过多年的注水开发，形成了多压力体系，不同储层间形成较大的层间压差。
套管控压固井就是在完井后，使用原特殊钻井管柱直接固井，不进行其它任何操作的固井作业，要求应用控压套管钻完井技术，减少对钻井区块产量的影响，固井质量满足油田开发要求，保证油田整体开采效果。
1 设计依据注采井不钻关，会带来诸多风险：一是地层压力显著升高；二是不停注时最高压力可能超过大多数井的最低破裂压力，造成负钻井液密度窗口；三是钻井过程中一旦发生水浸，将在注水井和新井之间迅速形成孔道，引发复杂事故；四是固井和侯凝期间，不但要解决高压层防窜问题，还要考虑地层流体冲刷的影响。
1.1 地层数据统计所钻井井区450m范围内施工时破裂压力数值，共5口井存在实测地层破裂压力，平均破裂压力为2.53，最低破裂压力梯度为G223-S31井GⅡ14-GⅡ16小层1.92 MPa/100m。
该区萨、葡、高油层均已注水注聚开发，设计井位于套损区，且钻井时不停注降压，地层压力严重偏高。
统计该地区36口邻井实测地层破裂压力，萨尔图油层地层破裂压力16.0~34.0MPa，地层破裂压力梯度在1.64~3.29MPa/100m之间；葡萄花油层地层破裂压力18.0~32.0MPa，地层破裂压力梯度在1.62~2.92MPa/100m之间；高台子油层地层破裂压力21.0~34.0MPa，破裂压力梯度1.78~2.85MPa/100m。
1.2 管串结构PDC钻头（四刀翼）+直螺杆+钻具止回阀+ 加压防斜工具+转换接头+钻井型套管+旁通阀+胶塞座+钻井型套管+钻井型套管+井口工具。
1.3 井底温度及循环温度计算井底静止温度53℃，循环温度45℃。
2 技术措施固井难点主要在于如何保障全过程压稳，为此应用高密度防窜水泥浆（领浆使用超缓凝）、高效加重冲洗隔离液、全控制压力固井等技术措施。
控压钻井流程
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控压钻井装备与技术介绍
系统 性能指标
自动节 流系统
额定压力:35MPa 节流 度:±0.35MPa 工作压力:10MPa
回压泵 额定压力:35MPa
系统
额定流量:12L/s
技术特征
实现功能
✓主、备、辅助三个节流通道，
能够自动切换
具备自动节流，冗余节流切换、安全报警、
✓钻进中实现在线维护
出口流量监测等功能，能够适应复杂工况
精细控压钻井装备与技术
郭庆丰 中国石油集团钻井工程技术研究院
2014年9月
— 前言
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
一、前 言
精细控压钻井系统是精细控 压钻井工艺技术的载体，实现了 “看着井底压力来打井”，可有效 解决窄密度窗口造成的井漏、井涌、 井壁失稳、卡钻等复杂事故。国外 在2007年开始工业化应用，目前已 成为许多油田勘探、开发必备的钻 井技术。
静液压力
静液压力
不同工况压力控制示意图
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井的应用优势
消除了循环压力对井底压力的影响
有利于深井和高温高压井的安全施工、提高速度 控制井底压力小幅度波动
有效控制井底压力在窄范围内； 有利于水平井和窄压力窗口井作业。 快速调节井下环空压力 在不调整钻井液密度的情况下，快速应对井 下情况的变化，随时调整进行液相的过、近、欠 平衡作业
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成
自动节流管汇系统 回压补偿系统 液气控制系统 自动控制系统 自动控制软件 随钻压力测量工具（可选）
震动筛
泥 浆 罐
钻井井控概述及压力
1 井喷失控的原因
．
7）井口不 8）井控设 安装防喷器 备的安装及 试压不合格
9）井身结构 设计不合理
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1 井喷失控的原因
．
10）空井时 间过长，又 无人观察井 口。
11）地质设计 未能提供准确 的地层孔隙压 力资料。
当班柴油机司机停了带泵的柴油机，但是，由于带动绞车和转盘 的主柴油机在一个中间平台上，井喷喷势加剧后难以接近，未能 停止，喷出的气体可能被柴油机排气管的火花点燃。 或者，由于井口喷势剧烈，气体裹带地层泥砂打击井架底座产生 的火花点燃了喷出的天然气。
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目
第一章 第 二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
录
绪论 井下各种压力的概念及其相互关系 地层压力检测 地层破裂压力 井控设计 溢流的原因、预防与检验 井内气体的膨胀和运移 井底常压法压井 特殊压井
强。10时55分，机泵房先爆燃，保温棚被炸飞，铁板及支架飞出，火焰
高达100m，井场设备全部烧毁。造成轻重伤员17人，其中1人抢救无效死 亡，1人失踪。2000年12月30日抢装井口成功，历时11天的大火终于被制
服。
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事故主要原因：
测井时间长、仪器被卡是一个主要原因 该井从2000年12月8日完钻，一直到17日发现溢流，其间 历时9天5小时10分，从井深3551m到油层底部4229m井段一直 没有建立过循环，加之在处理测井仪器事故过程中，穿心打 捞失误，导致1160m电缆落井；在后面的打捞中捞矛下的过深， 导致了后两次井内产生抽吸，使得泥浆液柱压力最终低于地 层压力。
钻井工具：实时计量 循环漏失的控压钻井系统
循环 。Ｓｃｒ￣井系统可 以精确地监测 ｅｕ ｉ ｅ
内。本井施工表明 ，该钻井系统能在两 分钟之 内监 测发 现并控 制小 于 １５ ．桶的
溢 流
外 ，作业者在含气量高达 ５ ％的情 况下 ０
环空 回压 ，使 其维 持在 窄 钻井 窗 口之 还能 保持钻 进。 在钻井过程 中 ，Ｓ ｃ ｒ钻井 系统监 ｅｕｅ
辅助泥浆泵来调节回压 。
页岩 互层 ，趋 于膨 胀 。 一般 来讲 ，这 将 造 成大 量 的泥 浆漏 失 ，并 有卡 钻 和 落 鱼 风险 。高 压 浅层 气需 要 很长 时 『 甘 Ｊ
在 该地 区 ，作业 者 曾经钻 过 一 口
２ １ 年０ 月 总第３ 期 （ ０Ｏ ８ ３ 双月刊 ） ５ ７
采集和计算机控制设 备 ，该 系统能使 钻
井 。后来 ，井 队 和威 德 福技 术人 员通 压 差卡 钻和 机 械钻 速低 等 问题 。实际 过使用 微欠 平衡泥浆体系 ，维持流体循 作业 已 证明 ，用常 规钻 井无 法 穿 穿该 环 ，控制环空压 力和井底压力 ，成功钻
窄梯度窗 口。 采 用ｓｃ ｒ控压钻 井系统可 以有效 ｅ ｕｅ 地解 决以上问题 。在每一立柱上安装循 环装置插孔 ，可以在接钻杆时保证继续
５ ％。皿 ０
诸 多 因 素 使 某 中 东 油 田 极 难 钻 井 ，包 括 含有 大 量不 稳 定孔 洞性 石 灰
岩 和 高含 烃砂 岩地 层 ，其问还 夹 杂 着
能 实时 监测 ，并控 制环 空 压 力和 其它 钻井变量参数 。它包括一个 自动节流管 汇。根据需要 ，可以通过一个 自动控制
裂地 层 ，造 成循 环 漏失 、地层 破坏 、
国际先进的三项控压钻井系统
国际先进的三项控压钻井系统作者：发布时间：2010-10-08 16:41:47目前国际上对控压钻井研究很多，形成商业化产品、能够进行现场施工服务的主要有Halliburton公司的动态压力控制系统（DAPC精细控压钻井系统）、Weatherford公司的Secure Drilling系统（精细流量控制系统）和Schlumberger公司的自动节流控压钻井系统。
Weatherford公司Secure Drilling系统Secure Drilling系统最早称之为“微流量控制系统（MicroFlux Control-MFC）”，后被Weatherford公司收购，2010年获得《勘探与开发》（E & P）杂志评选的“世界十大石油工程技术创新特别奖”。
该系统的优势在于对传统钻井工艺设计和钻机仅需较小改动，系统可快速监测出钻井液漏失量和地层流体的涌入量，并能有效对其采取相应的处理措施，使流体溢出、漏失量最小。
从而有效地降低钻井费用、提高钻井效率和钻井安全性。
微流量控制系统为提高钻井效率、降低作业费用、提高钻井作业的安全性而研发。
该技术不仅可用于普通井，还可用于复杂井和高风险井，如高温高压井和窄泥浆密度窗口井。
微流量控制技术通过实时监测井筒参数、控制环空压力和提供自动地溢流监测和控制的方式，切实地提高钻井安全性。
该技术最独特的特征是它通过高精度的流量测量仪测量返回物流量的能力，并可在一分钟内完成对溢流和漏失的分析、检测和控制，使井眼内溢流流体或漏失钻井液的体积最小。
由于微流量控制技术可使钻井风险和非生产时间降至最小，并能最大程度地保证钻井的安全性和可行性，因此绝大多数井都可获得收益。
而对风险井、复杂井（高温高压井、窄密度窗口井）更是可获得相当可观的收益。
微流量控制控压钻井系统由三部分组成：节流管汇、各种高精度传感器和中央数据采集控制系统。
微流量控制系统的工作原理是通过高精度传感器测量流入井筒和流出井筒流体的体积，中央数据采集控制系统根据传感器的数据分析、对比两种流量的大小，判定井下事故，然后通过控制中心自动控制节流系统，或发出警报提醒钻井技师井下所发生的事故，并能给出相应的处理措施供钻司参考。