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控压钻井技术及其应用
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摘要：控压钻井是利用封闭的钻井液循环系统，通过液力井的模拟程序来反馈数据，预测环空压力剖面，从而使自动控制压力系统自动调节节流阀，产生微小调节量来精确控制整个井眼的环空压力剖面。本文介绍了控压钻井的概念和原理及其应用和发展。
关键词：控压钻井；MPD；钻井技术；应用
控压钻井是目前世界上最先进的钻井技术之一，能够对井底压力进行实时精确的控制、解决现场遇到的井下复杂钻井问题；理论研究与应用实践均表明，它可以有效的解决国内外普遍遇到的窄密度窗口安全钻井难题。为了更好的掌握和运用该技术，从宏观角度将控压钻井看作为一项较复杂的系统工程，既要保证系统内任一组成部分能够正常运转，又要提高系统内各部分之间的协调能力，从而发挥其最大效率。为此，提出了控压钻井系统工程（MPDSE）的概念——控压钻井系统工程就是将系统工程理论应用到控压钻井技术中的一种研究方法。其主要内容是研究系统内部各组成部分的精确设计，系统分析各组成部分之间的相互关系和内部地位，优化处理各组成部分之间的相互制约性，实现系统的最优化。一、MPD的系统组成和工作原理[1]
1、定义和技术特点
(1)MPD的定义：国际钻井承包商协会(LADC)欠平衡和控制压力委员会(Underba1ancedOperationandManagedPressureCommitee)将MPD定义为：MPD是用于精确控制整个井眼压力剖面的适宜钻井程序，其目的是确定井下压力的环境限制，并以此控制环空液压剖面。
(2)技术特点：它不同于常规的开式压力控制系统，而是依赖于封闭的循环系统通过调节井眼的环空压力来补偿钻井液循环而产生的附加摩擦压力。MPD技术义个重要特点就是使用了一套封闭的系统，可增加钻井液返回系统的钻井液压力，以提供钻进的能力和在保持适当环空压力剖面的情况下能连续接钻杆。适当的环空压力剖面阻止了钻井液流人地层造成对地层的伤害。MPD技术的这种控制压力变化还提供了更好地控制井的能力，以及取得更精确的井眼压力控制、保持和返回钻井液的导流，较少中断钻井过程。MPD这种工艺是在地层孔眼压力和裂缝压力梯度之间，完全允许“工作管线”通过精确控制环空压力剖面的一项技术。
MPD不是设计来增加油井产量或最小化趋肤危害的，而是为了克服一些钻井问题，如低渗透率、循环钻井液损失、差压卡钻，简化套管尺寸和获得深层开孔井眼等。
对MPD的技术注解如下：
①、MPD工艺的采用可以减少具有狭窄井眼环境限制的、与钻井有关的风险和投资；
②、MPD可以对包括回压、流体密度、流体变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸或这些因素的组合进行控制；
③、MPD可以较快地靠纠正作业来处理观察的压力变化，它动态控制环空压力的能力容易完其他技术不能很好完成的钻井作业；
④、MPD技术可用于避免流体侵入地层，操作(包括用适当的工艺)容易发生的任何流动都是全的。
2、工作原理
在MPD的封闭循环系统中，钻井液从钻井液池通过钻井泵进入立管下降到钻杆，通过浮阀和钻头上部的环空，然后从RCD下方的环形防喷器流出。再通过一系列的节流阀，到振动筛或脱气装置，最后回到钻井液池。环空中的钻井液压力通过使用RCD和节流管汇，被保持在钻井泵出口和节流阀之间。RCD允许管柱和全部钻柱旋转，所以，立管、钻杆和钻柱能连续工作。
(1)井的模拟控制：MPD系统通过液力井的模拟程序来反馈数据，该程序能阅读和处理包括井身和直径、地层数据、钻柱转速、渗透率、钻井液粘度、钻井液密度和温度等数据，然后预测环空压力剖面。任一点的环空压力由静钻井液量、环空摩擦压力和地面的背压3部分组成。由于静钻井液重力在给定的期间内基本上是常数，所以，能快速变化的其余2个参数是环空摩擦压力(适当改变钻井泵速度)和地面的背压(通过自动的节流系统控制)。当决定需要调控压力剖面时，为了达到所需要的环空压力剖面，在模拟控制下，节流阀自动调节以改变因环空的钻井液流速增加或减小而引起的环空摩擦压力的变化。用于MPD系统的自动控制压力(PowerAMPS)系统能自动调节节流阀，产生必要的微小调节量来维持所需的环空压力剖面。
(2)下套管后钻井下套管后钻井时，静的钻井液重力、环空摩擦压力和节流阀背压的曲是相对稳定的。当接钻杆时，就会产生由MPD系统提供的压力值，即使钻井泵因接钻杆而停泵，能维持环空系统所需要的压力值。在增强功能的MPD系统中，当钻井泵减速钻井液流量减少时，由于AFP的减小，会出现低的流动速度，也就会产生较低的环空摩擦力。AFP的减小量一定会同时被节流阀的背压所代替，井的模拟控制也就连续不断地送出新的压力校正号，并且自动控制压力系统就会调节并保持所需压力。
二、MPD的应用与发展
由于MPD的技术特点，目前在现场有如下几方面的应用。
1、开采天