压力控制钻井技术

压力控制钻井技术

来宣朝

1压力控制钻井技术及应用

1.1IADC定义

根据国际钻井承包商协会（IADC）的定义[1]，压力控制钻井（ManagedPressureDrilling—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-SAUDIGAS）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0.02g/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。在MPD作业期间，井口始终处于封闭状态，侵入的气体处于受控状态，即使存在有害气体也不可能停留在钻台周围，增大了作业的安全性。

（3）MPD非正常作业期间，一旦遇到储层油气侵入量较大，使井口压力接近旋转头动态工作压力时，可停止钻进，循环排气。如压力继续升高可关闭井队的万能或闸板防喷器，通过井队的高压节流管汇进行压井作业。井眼正常后再恢复到MPD作业。

图1为典型的海上MPD作业流程设计图。

2.2装备配套

经过多方对比，考虑选用Williams7100EP的原因有二：其一，轴承总成是独立的、密闭的整体，利用特殊设计的密封圈使润滑油的压力始终比套压大1.4~2.0MPa，润滑油可以进入泥浆，但不允许泥浆等外界杂质侵入轴承，更适合在恶劣工况下长时间工作。一旦一个轴承总成出现问题，可以非常方便地换上另一个轴承总成。其二，相对于其他型号的旋转防喷装置，由于7100控制头具有体积小、重量轻及便于现场安装的优点。其主要工作参数如下：

静态工作压力PS：35MPa，5000psi

动态工作压力PD：17.5MPa，2500psi

通径：280mm，11

MPD节流管汇的作用是通过调节井口压力来达到控制井底压力之目的，因此，与常规钻井不同，MPD节流管汇在正常钻井过程中始终处于动态带压工作状态。MPD管汇至少应包括一套液动节流阀和一套手动节流阀，且正常作业期间井口返出流体都要经过节流阀，对节流阀的密封及耐磨蚀性要求较高。考虑到将来对液控节流阀实现计算机自动控制，对阀芯提出了特别要求。节流管汇各阀的规格通常为4-1/16-35MPa。

3井下套管阀

井下套管阀是一种预先安装于技术套管柱适合位置的全井筒套管截止阀，通常作为技术套管的组成部分下入并固于井中，在阀板关闭状态能够隔离已经打开的裸眼井段的油气层，保证井口作业安全；在开启状态允许钻具组合通过。

井下套管阀的下入深度优选原则：

①高压井、天然气井、气油比高的井尽可能地下到套管鞋附近，以便于起下钻和井控作业；

②综合分析套管阀以下可能形成的最大圈闭压力，计算出钻柱的失重深度，套管阀的最浅下深应大于失重深度与适当的安全余量之和；

③套管隔离阀的最浅下深应大于钻井时的钻具组合或完井筛管等入井管柱组合的长度并留有适当的安全余量。

对于海上钻井，由于考虑问题的重点在于减少井下复杂问题、保证作业安全和节省作业时间，因此套管阀尽可能下得深些。套管阀目前在一口定向井中下入最大测深为3901米（12800ft）、垂深2051米（6730ft），最大井斜68，能满足海上深井作业要求。

4结论

1）压力控制钻井(MPD)是为减少井下复杂情况及非生产时间、提高钻井作业效率、减少储层污染而形成的技术，首先得到了各油公司的肯定。最近几年在海上的应用取得了令人满意的效果，可以预料，在不久的将来压力控制钻井技术将会成为海上油公司和钻井公司非常受欢迎的技术。

2）根据海上钻井作业的特点，优选了海上压力控制钻井的作业流程和装备，并开展了前期的工艺研究，为以后海上实施压力控制钻井作业打下了坚实的基础。

参考文献

[1]J.sapoja,A.Adeleye,B.Hucik.ManagedPressureDrilling(MPD)FieldTrialsDemonstrateTechnologyValue.SPE/IADC98787.

作者简介：来宣朝（1978-），男，中海油服墨西哥公司总裁，研究方向：海洋石油勘探开发。