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控压钻井技术及其应用.pdf

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第8卷第4期石油工程技术Vol.8,No.4 2010年12月PETROLEUM%ENGINEERING%&%TECHNOLOGYDec.2010 陈永明燕修良曹强于海叶 （胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营，257017） 在火成岩、碳酸盐岩、断层、不整合、破碎带、推覆构造、异常高压和低压等地层的钻井过程中，存 在钻井液失返、井漏、漏喷等问题，控压钻井是解决此类问题的有效手段。本文介绍了控压钻井的概念、特点和 原理，分析了控压钻井类型、方式和关键技术，提出了配套的钻井液密度的设计原则，给出了应用实例。 控压钻井密度窗口井漏井涌 一般地，深井和超深井及异常高压、推覆构IADC（国际钻井承包商协会）对MPD的定义 造、火成岩、碳酸盐岩地层钻井液密度窗口狭窄，如下：MPD是一种自适应的钻井过程，可以精确 易造成与井眼压力有关的漏、喷、塌、卡等难以处地控制整个井眼的环空压力剖面，其目的在于确定 理的复杂钻井问题。通过控制井眼压力可以有效解井底压力窗口，从而控制环空液压剖面[1,2]。该技术 决上述问题。2004年，控压钻井（MPD，Managed具有以下几个特点。 PressureDrilling）第一次正式出现在阿姆斯特丹的（1）MPD属于过平衡钻井，通过控制钻井液 IADC/SPE钻井会议上，此后迅速发展，目前已成密度、环空压耗和套压，使井底压力几乎保持恒定 为热门且实用的技术。由于在钻井过程中需要控制且稍高于地层压力，因此不会诱导地层流体侵入。 井眼压力，因此需要采用欠平衡钻井设备（旋转控（2）钻井液密度低于常规钻井，避免超出地层 制头），在这一点上控压钻井与欠平衡钻井有相同破裂压力梯度。 之处，但其本质又有所不同，研究和探讨该项技术（3）使用封闭、承压的钻井液循环系统或欠平 的特点和应用对我国发展该技术具有重要意义。衡钻井装备，控制钻井作业中可能出现的任何侵入 井眼的流体。 （4）欠平衡钻井的主要目的是避免伤害将要开 控压钻井实际上是介于欠平衡钻井与近平衡钻发的产层，是以保护储层为本；而MPD主要解决 井之间的一种钻井新技术（图1）。与钻井有关的复杂问题或与可钻性有关的经济问 题，是以安全、经济钻井为本。 地 地漏 层常规钻井井底循环压力=静液柱压力+环空摩 失 坍层 或 塌孔 破 压隙阻，MPD井底循环压力=静液柱压力+环空摩阻+ 裂 力压 压 力 力 深地面回压。 井 对于常规钻井，环空摩阻往往忽略不计，井底 压力只考虑钻井液静液柱压力，即钻井液密度。 MPD采用静液柱压力、环空摩阻和地面回压的综 合控制方法，环空摩阻取决于钻井液流量和流变 性。一般井底压力井口节流响应时间仅需几秒钟， 压力 调节流量需要几分钟，调节钻井液性能则需要几小 图1MPD示意图 收稿日期：2010-07-21改回日期：2010-11-18 作者简介：陈永明（1965—），男，1984年毕业于华东石油学院钻井专业，高级工程师，现从事欠平衡钻井技术研究工作。联系电话：（0546） 8780659，E-mail：chenym290.slyt@sinopec.com，通讯地址：山东省东营市北一路827号钻井工艺研究院欠平衡所。 ·18·石油工程技术2010年12月 时。由于钻井液流量主要受携岩的制约，调节范围井时，配备旋转控制装置、节流管汇、钻具浮阀等 较窄，钻井液性能调节时间滞后，因此其流变性一设备来提高安全性和钻遇意外压力时（如孔隙压力 般仅在设计阶段考虑，MPD一般就是控制井口回或破裂压力高于或低于预计值）的施工效率。目前 压。常规钻井控制井眼压力的手段单一，在窄密度在陆地施工的控制压力钻井大多采用被动型。 窗口条件下往往无法钻进，而控压钻井可以采取多（2）“主动型”MPD（ProactiveMPD）。主动型 种组合方式控制井眼压力，使得穿越窄密度窗口成控压钻井是在钻井设计时就充分考虑精确控制井下 为可能。下面就以解决井漏为例说明MPD的控制环空压力在套管程序、钻井液程序和裸眼段施工等 原理。方面可能带来的好处，施工时井下压力完全按照设 井漏是经常发生的钻井复杂问题之一，常规钻计曲线进行，包括接单根时依靠增加井口回压控制 井利用堵漏提高地层承压能力往往费时、费钱、费井下压力。主动型方式可以为钻井作业带来更多的 力，而且效果不好。对于直井高角度裂缝，缝宽在好处，如用较少的套管钻更深的井、较少的非生产 100滋m以上较难封堵，达到毫米级时，会出现严作业时间、钻达目的井深时较少的钻井液密度变 重井漏，甚至失返。对于孔隙性漏失，漏失量与过化，更强的井控能力等。 平衡压差成正比（符合达西渗流定律），而裂缝性 漏失的漏失量与过平衡压差成1.5至1.6次方的关3.2.1井底压力恒定MPD（CBHPMPD）[2] 系，且无任何内外泥饼作用。