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1、压力控制钻井技术,中海油服钻井事业部,汇报内容,压力控制钻井技术简介 压力控制钻井工艺 压力控制钻井装备 油服技术发展过程,一、压力控制钻井技术简介,压力控制钻井是随着欠平衡钻井技术的发展而产生的钻井技术； 目的：为了满足海上作业的需要、解决井下复杂、减少非工作时间； 核心内容是根据需要人为地控制钻进中的动态环空循环压力。,一、压力控制钻井技术简介,欠平衡钻井 (UnderBalanced Drilling-UBD) 是指在钻井过程中钻井液的循环压力（包括液柱压力和循环回压）低于地层的孔隙压力，允许产层流体流入井眼，并将其循环到地面，在地面进行有效控制的钻井方式。,常规钻井,欠平衡钻井,一、压
2、力控制钻井技术简介,欠平衡钻井技术可以减少钻井中对地层的污染，发现隐蔽储层并正确评价储层，提高勘探的准确性和成功率。自1980s以来，陆地油田很多区块和油田使用了欠平衡钻井技术并取得良好效果，目前预计有30的井采用该技术完成。 但由于受作业空间、安全环保等因素的限制，欠平衡技术不适用于海上作业，在整个世界范围内海上欠平衡应用较少。,一、压力控制钻井技术简介,压力控制钻井使用科学的方法和技术来严密监测和控制井底压力，并根据地层情况、钻探目的和工程实际问题将动态井底压力控制在预定的压力窗口内。,压力控制钻井(Managed Pressure Drilling- MPD) 技术从欠平衡钻井中衍生出来
3、的新技术，是一种采用欠平衡钻井设备及先进压力控制方法进行钻进的技术。,压力控制钻井 MPD,一、压力控制钻井技术简介,1) 常规钻井中静止时井内压力关系 Pm=Pp+P 式中：Pm-钻井液静液柱压力，MPa; Pp-地层压力，MPa; P-附加压力，一般取1.53.5MPa 2) 常规钻井中钻进时井内压力关系 Pm+Pc=Pp+P 式中：Pc-环空循环压耗，MPa。 3) 控流欠平衡钻进时井内压力关系 Pm+Pc+Pm+Pa=Pp 式中：Pa-井口回压（套压），MPa。,一、压力控制钻井技术简介,UBD vs. MPD,一、压力控制钻井技术简介,压力控制钻井技术钻出的井眼更能如实地反映井下原始
4、地层特性，减少发生井眼失稳的几率，为正确评价储层、制定更合理的勘探开发制度提供依据；该技术还弥补了欠平衡钻井地层流体产出过多，海上处置困难等不足。因而，压力控制钻井技术是解决海上勘探、开发难题的有效手段。,一、压力控制钻井技术简介,开发复杂油气藏面临诸多问题,低电阻,低渗透,井下复杂情况发生频繁,无法计算 申报储量,常规录井测井技术无法识别,低孔隙,复杂 油气藏,特点,问题,目的,一、压力控制钻井技术简介,应用： 1、减少、控制井漏； 2、控制井底压力、减少 井下事故； 3、提高井控安全性； 4、提高油气井产能和产量； 5、提高勘探成功率。,一、压力控制钻井技术简介,应用： 04年Shell在
5、马来东部海域成功钻井7口，主要是解决井漏问题； 05年 Santos 在印尼 2240ft 深水海域作业，解决了井漏问题； 0406年 Statoil在北海解决了地层压力紊乱引起的钻井问题； 06年 CCLT在BZ281油田两口井的作业解决了灰岩井漏问题； 并且获得了比原计划单井配产高出 23 倍的单井油气产量； 可以预料这项技术将是一项应用前景十分看好的海上钻井技术。,一、压力控制钻井技术简介,美国压力控制钻井,二、压力控制钻井工艺,1、经济性预测 2、地层适应性分析 3、钻井介质的选择 4、工艺设计 5、作业,二、压力控制钻井工艺,1、经济性预测 1）压力控制钻井较常规钻井技术初期投入大；
6、 2）压力控制钻井能缩短投资回报期，长期效益好； 3）漏失地层，根据漏失量及储层保护确定是否选用； 4）复杂地层，减少事故、降低钻井成本； 中石油公司高层表示：能利用UBD/MPD的井尽量采用 这样的技术。,二、压力控制钻井工艺,2、地层适应性分析 1）地层压力系数和地质情况较清楚的储层； 2）井眼稳定性良好的石灰岩、花岗岩储层； 3）胶结性能良好的砂岩储层； 4）H2S含量低于20ppm 的储层。,二、压力控制钻井工艺,二、压力控制钻井工艺,3、钻井介质选择 根据储层压力系数的大小，压力控制钻井介质可以为单独的气相或液相，也可以是气液两相混合物。在做欠平衡钻井介质设计时，除了考虑循环介质的密
7、度外，还要考虑携岩、油气分离效率、防腐、安全及环保等方面因素。 目前常用的介质为水基泥浆、油基泥浆、油包水泥浆、微泡泥浆、充气泥浆等。,二、压力控制钻井工艺,4、工艺设计,二、压力控制钻井工艺,MPD,二、压力控制钻井工艺,1) 压力预测DRILLWORKS,二、压力控制钻井工艺,二、压力控制钻井工艺,用HUBS设计软件进行设计计算,二、压力控制钻井工艺,2) 设计,数据的录入,二、压力控制钻井工艺,油藏数据的录入,Es2: 2950-2980m,Ed1: 2820-2850m,二、压力控制钻井工艺,注气范围数据的录入,二、压力控制钻井工艺,井身结构示意图,二、压力控制钻井工艺,氮气注入量与井
8、底压力的变化（0.5Mpa井口回压）,二、压力控制钻井工艺,压力与井深的变化（0.5Mpa井口回压）,二、压力控制钻井工艺,井深与环空返速的变化（0.5Mpa井口回压）,二、压力控制钻井工艺,环空混相体积变化（0.5Mpa井口回压）,二、压力控制钻井工艺,ROP变化时调整注氮量可满足井眼净化要求,二、压力控制钻井工艺,二、压力控制钻井工艺,3) 完井、测试设计 利用MPD方式钻井后不能采用常规方式完井、测试 尽量采用裸眼完井 对于生产井尽量不测试 对于评价井测试项目从简 尽量采用随钻测试 一般不采用固井完井，确实需要，要尽量减轻水泥浆液柱的压力；采用更精确的压力控制，井底处于平衡状态 -管外封
9、隔器辅助固井 -泡沫水泥浆填充,二、压力控制钻井工艺,5、作业 对于每个项目，油公司内明确启动MPD作业的目的和意义，并成立MPD项目组； 根据每个平台的实际状况，制定合理的应急预案，确保作业安全； 环保要求。,二、压力控制钻井工艺,压力控制： 控制方法1：通过液控节流阀 响应快、作业量小，最常用 控制方法2：调节泥浆密度、注气量 作业工作量大，不作为压力微调的手段 控制方法3：调节泵排量 深水作业可能用到,压力控制钻井装备包括： 井口压力控制设备 地面流体处理设备 低密度流体产生和注入设备 井下控制阀,三、压力控制钻井装备,旋转控制头,分离器,节流管汇,防回火装置,液动板阀,三、压力控制钻井
10、装备,井口压力控制设备主要包括旋转防喷系统、井口节流监控系统、强行起下钻装置等，其作用是防止发生井喷，控制井口返出流体流量和流体压力，维持井底压力稳定，保证在井口有压力时钻井作业能够正常进行 。,三、压力控制钻井装备,1、井口压力控制设备,7100EP旋转控制头,PCWD系统,三、压力控制钻井装备,Williams系列旋转控制头,IP 1000 1000 psi Operating,7100 2500 psi Operating,7000 1500 psi Operating,8000 / 9000 500 psi Operating,三、压力控制钻井装备,Williams旋转控制头,三、压力
11、控制钻井装备,RISER CAP,7100,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,7100EP旋转控制头总成技术参数 静动态工作压力5/2.5 Kpsi、轴承总成通径11、顶驱工作方式 底部连接 13-5/85M法兰、侧口 7-1/165M法兰 用于硫化氢工作介质 ，5钻杆密封胶芯 远程监控器 可监测卡箍液缸压力、轴承总成内油压及井口套压三个参数 具有远程控制液压卡箍开关的功能 防爆动力站 向轴承总成提供润滑油和冷却液,三、压力控制钻井装备,2、数据采集,海上立式密闭四相分离器,三、压力控制钻井装备,3、分离设备,海上卧式密闭四相分离器,三、压
12、力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,SWACO Offshore Standard 液气分离器总成技术参数 工作压力不低于1.0 MPa（145psi） 进液口 4 1/16 排液口 8 排气口 8 最大气体处理量 17.5 mmscf/d （49.5104 m3 /d） 最大泥浆处理量 1500 gpm （8176 m3 /d）,三、压力控制钻井装备,4、节流管汇,三、压力控制钻井装备,5、充气设备,三、压力控制钻井装备,钻杆注入,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,1) 井下套管阀 2) PWD 3) LWD/MWD,三、压力控制钻井装
13、备,6、井下工具,1) 井下套管阀,液压控制管线,DDV QTV,三、压力控制钻井装备,胜利油田利用威德福公司的井下套管阀，在实现欠平衡钻井的同时，在起下钻、电测、下油管、下筛管的整个过程中实现了不压井作业。,三、压力控制钻井装备,2) PWD,用于实时监测井下环空的动态压力,三、压力控制钻井装备,三、压力控制钻井装备,墨西哥湾某井利用APWD和伽马监测深水钻井中浅层水流入情况：在砂岩层的A、B、C、D伽马值和电阻下降所显示，但在A、B、D处环空压力和ECD有明显增加，显示在三个砂层有水的浸入井眼。,四、油服技术研究情况,早在2001年，COSL就开始UBD/MPD技术的调研和研究工作，特别在2003年，我们与威德福公司在海上欠平衡钻井技术可行性研究方面进行了合作，使我们对该技术有比较全面的理解，理清了技术思路并找到了技术的切入点。 与威德福公司合作的目的是改造完成欠平衡钻机UBS，但由于其他合作方要求苛刻，没有实现合作。,四、油服技术研究情况,油服领导大力支持对该项目的研究，于2007年4月16日批准购置压力控制钻井设备的申请，要求着重加强技术研究，作为提高钻井整体技术突破口。现在正在签订采办合同，旋转控制头在10月底能到货，其他设备年底前能到货，并争取在今年完成1-2口井。,谢谢 问题及讨论,
