控压钻井技术课件

控制压力钻井控制压力钻井(MPD)(MPD)技术技术控制压力钻井(MPD)技术内容内容o MPD的概念、特点与作用的概念、特点与作用 o MPD的原理、分类的原理、分类、设备设备o 三大控压钻井系统三大控压钻井系统o MPD的关键的关键o 胜利钻井院控压钻井系统胜利钻井院控压钻井系统o MPD应用与展望应用与展望 内容 MPD的概念、特点与作用 控制压力钻井（控制压力钻井（MPD）的概念）的概念IADC对对MPD（managed pressure drilling)的定义的定义（Feb 2004 to Jan 2008）o 控制压力钻井是一种在整个井眼内精确控制环空压力剖面控制压力钻井是一种在整个井眼内精确控制环空压力剖面的自适应钻井过程的自适应钻井过程（Adaptive drilling process）。o 其目的在于确定井下压力窗口，从而控制环空液压剖面。其目的在于确定井下压力窗口，从而控制环空液压剖面。o MPDMPD旨在避免地层流体连续地流入到地面，钻井作业任何旨在避免地层流体连续地流入到地面，钻井作业任何意外的流动将使用适当的方法进行安全的控制。意外的流动将使用适当的方法进行安全的控制。（Jan 2008）MPDMPD也有翻译为：压力管理钻井也有翻译为：压力管理钻井控制压力钻井（MPD）的概念IADC对MPD（managedMPD的特点的特点o 始终精确控制井眼压力稍大于地层孔隙压力，始终精确控制井眼压力稍大于地层孔隙压力，不会诱导地层流体侵入。不会诱导地层流体侵入。o 钻井液密度低于常规钻井密度，避免超出地层钻井液密度低于常规钻井密度，避免超出地层破裂压力梯度。破裂压力梯度。o 通常使用液相钻井液。通常使用液相钻井液。o 使用闭合、承压的钻井液循环系统。使用闭合、承压的钻井液循环系统。MPD的特点 始终精确控制井眼压力稍大于地层孔隙压力，不会诱控制压力钻井（控制压力钻井（MPD）的作用）的作用o 在在地地层层破破裂裂孔孔隙隙压压力力窗窗口口小小的的时时候候，减减少少井井涌涌井井漏漏现现象象，提提高高井井控控安安全全性性，能能够够钻钻更更深深的的裸裸眼段；眼段；o 能能够够使使套套管管下下得得更更深深，从从而而有有可可能能减减少少一一层层甚甚至至更多层次的套管；更多层次的套管；o 提高较大井眼钻达目的层的可能性；提高较大井眼钻达目的层的可能性；o 减少由于环空压力引起的井漏；减少由于环空压力引起的井漏；控制压力钻井（MPD）的作用 在地层破裂孔隙压力窗口小的时控制压力钻井（控制压力钻井（MPD）的作用）的作用o 减减少少钻钻遇遇大大裂裂缝缝发发生生严严重重井井漏漏时时的的钻钻井井液液成成本本，及井漏引起的井控问题；及井漏引起的井控问题；o 避免地下井喷；避免地下井喷；o 提高提高HSEHSE效果，尤其是在要求更高的海上；效果，尤其是在要求更高的海上；o 减少非生产作业时间减少非生产作业时间 GravityDisplacementFluid Balance21控制压力钻井（MPD）的作用 减少钻遇大裂缝发生严重井漏时的钻井三压力剖面钻井三压力剖面o地层孔隙压力地层孔隙压力o地层坍塌压力地层坍塌压力o地层破裂压力地层破裂压力（或漏失压力）（或漏失压力）钻井三压力剖面地层孔隙压力钻井压力（密度）窗口钻井压力（密度）窗口钻井压力（密度）窗口窄压力（密度）窗口问题窄压力（密度）窗口问题常规钻井钻井液密度设计：常规钻井钻井液密度设计：o油井，地层孔隙压力当量钻井液密度附加油井，地层孔隙压力当量钻井液密度附加0.05-0.10g/cm0.05-0.10g/cm3 3o气井，附加气井，附加0.07-0.15g/cm0.07-0.15g/cm3 3钻井液窄密度窗口条件下的问题：钻井液窄密度窗口条件下的问题：o密度窗口油井小于密度窗口油井小于0.050.05（气井小于（气井小于0.070.07），不能找到不漏不喷的平衡），不能找到不漏不喷的平衡点，静止、循环都发生井漏点，静止、循环都发生井漏o密度窗口油井小于密度窗口油井小于0.100.10（气井小于（气井小于0.120.12）（假定环空摩阻折算当量钻）（假定环空摩阻折算当量钻井液密度为井液密度为0.050.05），静止不漏，但循环发生井漏。），静止不漏，但循环发生井漏。窄压力（密度）窗口问题常规钻井钻井液密度设计：窄密度窗口条件下常规钻井处理窄密度窗口条件下常规钻井处理o 控制钻井液密度控制钻井液密度o 下技术套管封下技术套管封o 堵漏提高承压能力堵漏提高承压能力 窄密度窗口条件下常规钻井处理 控制钻井液密度背景背景o 地层漏失、压差卡钻、钻杆扭断、地层孔隙压力与地层破裂地层漏失、压差卡钻、钻杆扭断、地层孔隙压力与地层破裂压力窗口狭窄造成涌压力窗口狭窄造成涌漏等问题，增加非生产时间，导致勘探漏等问题，增加非生产时间，导致勘探费用大幅度提高。费用大幅度提高。o 需要精确地管理和控制井眼压力。需要精确地管理和控制井眼压力。o 美国在上世纪美国在上世纪6060年代后期开始应用控制压力钻井。年代后期开始应用控制压力钻井。o MPD第一次正式出第一次正式出现是在是在20042004年阿姆斯特丹的年阿姆斯特丹的IADC/SPEIADC/SPE钻井井会会议上。上。o MPD技术的意图是利用欠平衡工具和技术控制进入井眼的地技术的意图是利用欠平衡工具和技术控制进入井眼的地层流体，其主要目的是避免通过加重钻井液来解决钻井复杂问层流体，其主要目的是避免通过加重钻井液来解决钻井复杂问题。减少套管层数，提高钻井效益，降低钻井成本。题。减少套管层数，提高钻井效益，降低钻井成本。背景 地层漏失、压差卡钻、钻杆扭断、地层孔隙压力与地层破裂压MPD与与UBD、PD的关系的关系o 欠平衡钻井的主要目标是避免损害将要开发的产层，欠平衡钻井的主要目标是避免损害将要开发的产层，是以储层为本的。是以储层为本的。气体、雾化、泡沫、充气、液体钻气体、雾化、泡沫、充气、液体钻井。井。o 而控制压力钻井而控制压力钻井MPD的主要目标是解决与钻井有关的主要目标是解决与钻井有关的复杂压力控制问题，是以钻井为本的。的复杂压力控制问题，是以钻井为本的。液体。液体。o 提速钻井提速钻井PD(performance drilling)PD(performance drilling)或或AD(air AD(air drilling)drilling)用于提高机械钻速。用于提高机械钻速。气体、雾化、泡沫。气体、雾化、泡沫。o CPD CPD（controlled pressure drilling)MPD与UBD、PD的关系 欠平衡钻井的主要目标是避免损害将控压钻井技术课件井眼压力井眼压力欠平欠平衡钻衡钻井井坍塌压力孔隙压力坍塌压力孔隙压力控压控压钻井钻井油井，孔隙压力孔隙压力油井，孔隙压力孔隙压力+1.5-+1.5-3.5MPa3.5MPa气井，孔隙压力孔隙压力气井，孔隙压力孔隙压力+3-5MPa+3-5MPa近平近平衡钻衡钻井井油井，孔隙压力油井，孔隙压力+1.5-3.5MPa+1.5-3.5MPa气井，孔隙压力气井，孔隙压力+3-5MPa+3-5MPa过平过平衡钻衡钻井井油井，油井，孔隙压力孔隙压力+3.5MPa+3.5MPa 破裂压力破裂压力气井，气井，孔隙压力孔隙压力+5MPa+5MPa 破裂压力破裂压力欠平衡、控压、常规钻井划分欠平衡、控压、常规钻井划分井眼压力欠平衡钻井坍塌压力孔隙压力控压钻井油井，孔隙压力MPD原理原理 常规钻井：井底循环压力常规钻井：井底循环压力=静液柱压力静液柱压力+环空摩阻环空摩阻MPDMPD：井底循环压力：井底循环压力=静液柱压力静液柱压力+环空摩阻环空摩阻+地面回压地面回压（环控压耗折算当量钻井液密度（环控压耗折算当量钻井液密度0.03-0.15g/cm3）MPD原理 常规钻井：井底循环压力=静液柱压力+环空摩阻MPD解决井漏的原理解决井漏的原理 o 井漏是经常发生的钻井复杂问题之一，常规钻井采用堵漏提高承井漏是经常发生的钻井复杂问题之一，常规钻井采用堵漏提高承压能力往往费时、费钱、费力，而且效果往往不好。压能力往往费时、费钱、费力，而且效果往往不好。o 直井高角度缝，缝宽达到毫米级时，就会出现严重井漏，甚至失直井高角度缝，缝宽达到毫米级时，就会出现严重井漏，甚至失返，缝宽在返，缝宽在100100微米以上的裂缝就比较难以封堵了。微米以上的裂缝就比较难以封堵了。o 孔隙性漏失，漏失量与过平衡压差成正比（符合达西渗流定律），孔隙性漏失，漏失量与过平衡压差成正比（符合达西渗流定律），裂缝性漏失，漏失量与过平衡压差成裂缝性漏失，漏失量与过平衡压差成1.51.5至至1.61.6次方的关系，且无任次方的关系，且无任何内外泥饼作用。何内外泥饼作用。o MPDMPD解决井漏的原理是控制环空压力接近于地层孔隙压力，其过解决井漏的原理是控制环空压力接近于地层孔隙压力，其过平衡压差不足以克服钻井液向孔隙性漏失层的渗流或向裂缝性地层平衡压差不足以克服钻井液向孔隙性漏失层的渗流或向裂缝性地层的流动阻力。的流动阻力。MPD解决井漏的原理 井漏是经常发生的钻井复杂问题之一，常MPD解决漏涌并存的原理解决漏涌并存的原理 o 在裂缝性井漏情况下，钻井液密度窗口非常狭窄，往在裂缝性井漏情况下，钻井液密度窗口非常狭窄，往往不到往不到0.02 g/cm0.02 g/cm3 3，环空循环摩阻足以造成漏失。，环空循环摩阻足以造成漏失。MPD解决漏涌并存的原理 在裂缝性井漏情况下，钻井液密度窗MPD解决井漏的原理解决井漏的原理 o 环空摩阻当量钻井液密度一般不高于环空摩阻当量钻井液密度一般不高于0.05g/cm0.05g/cm3 3。o 在深井和超高压地层，由于采用极高的钻在深井和超高压地层，由于采用极高的钻井液密度，环空摩阻高达井液密度，环空摩阻高达0.15g/cm0.15g/cm3 3。o 在这种情况下，即使不是窄密度窗口，也在这种情况下，即使不是窄密度窗口，也会造成漏喷并存或压裂地层的复杂情况。会造成漏喷并存或压裂地层的复杂情况。MPD解决井漏的原理 环空摩阻当量钻井液密度一般不高于0.MPD分类分类IADC UBOIADC UBO协会的协会的MPDMPD分会将分会将MPDMPD技术划分技术划分为二大类：为二大类：o 被动型被动型MPD（Reactive MPD）使用使用MPD方法和方法和/或设备作为应急，以减轻所出现的或设备作为应急，以减轻所出现的钻井问题。钻井问题。采用常规套管程序和钻井液程序。采用常规套管程序和钻井液程序。配备旋转控制装置、节流管汇、钻具浮阀等设备。配备旋转控制装置、节流管汇、钻具浮阀等设备。提高安全性和钻遇意外压力时（如孔隙压力或破裂提高安全性和钻遇意外压力时（如孔隙压力或破裂压力高于或低于预计值）的施工效率。压力高于或低于预计值）的施工效率。目前在陆地施工的控制压力钻井大多是采用被动型目前在陆地施工的控制压力钻井大多是采用被动型方式方式。MPD分类IADC UBO协会的MPD分会将MPD技术划分为MPD分类分类 IADC UBOIADC UBO协会的协会的MPDMPD分会将分会将MPDMPD技术划分为二大类：技术划分为二大类：o 主动型主动型MPD（Proactive MPD）使用使用MPD方法和方法和/或设备，积极控制整个裸眼的压力剖面。或设备，积极控制整个裸眼的压力剖面。钻井设计时就充分考虑到精确控制井下环空压力在套管程序、钻井钻井设计时就充分考虑到精确控制井下环空压力在套管程序、钻井液程序、和裸眼段施工等方面可能带来的好处。液程序、和裸眼段施工等方面可能带来的好处。施工时井下压力完全按照设计曲线进行，包括接单根时依靠增加井施工时井下压力完全按照设计曲线进行，包括接单根时依靠增加井口回压控制井下压力。口回压控制井下压力。为钻井作业带来更多的好处，如用较少的套管钻更深的井，较少的为钻井作业带来更多的好处，如用较少的套管钻更深的井，较少的非生产作业时间，钻达目的井深时较少的钻井液密度变化，更强的井非生产作业时间，钻达目的井深时较少的钻井液密度变化，更强的井控能力等。控能力等。MPD分类 IADC UBO协会的MPD分会将MPD技术划分MPD分类分类 恒定井底恒定井底压力和可力和可变井底井底压力的分力的分类（SIGNA 2000）：）：o 可变井底压力方法可变井底压力方法 间歇的欠平衡钻井间歇的欠平衡钻井 变化的过平衡井底压力变化的过平衡井底压力 加压泥浆冒钻井加压泥浆冒钻井(PMCD)o 恒定井底压力方法恒定井底压力方法 无隔水管钻井无隔水管钻井 双梯度钻井双梯度钻井(DGD)连续循环系统连续循环系统(CCS)使用回压泵使用回压泵 使用自动使用自动/半自动半自动/手动节流阀手动节流阀 ChokesMPD分类 恒定井底压力和可变井底压力的分类（SIGNA MPD分类分类 变型与方法的分型与方法的分类（Hannegan 2005），），MPD大的子大的子类叫叫变型：型：o 恒定井底压力恒定井底压力MPD（CBHP MPD）o 加压泥浆帽钻井（加压泥浆帽钻井（PMCD）o 双梯度钻井双梯度钻井MPD o HSE（健康、安全、环境）（健康、安全、环境）MPD MPD分类 变型与方法的分类（Hannegan 2005）MPD分类分类变型又可分为方法：变型又可分为方法：o恒定井底压力恒定井底压力MPDl 连续循环系统连续循环系统(CCS)l 使用回压使用回压使用回压泵使用回压泵使用节流阀：自动使用节流阀：自动/半自动半自动/手动手动恒压点恒压点(PoCP)o双梯度钻井双梯度钻井MPD l 泥泥浆稀稀释l 无隔水管泥浆回收无隔水管泥浆回收l 海底泥浆举升钻井海底泥浆举升钻井(SMD)l 使用特殊工具使用特殊工具l 注入不可压缩的轻固体和液体（在研）注入不可压缩的轻固体和液体（在研）MPD分类变型又可分为方法：恒定井底压力恒定井底压力MPD恒定井底压力MPD控制回压控制回压(AtBalanceAtBalance的动态环空压力控制的动态环空压力控制DAPC)DAPC)被被SchlumbergerSchlumberger收购收购系统包括：系统包括：o 自动节流管汇自动节流管汇o 回压泵回压泵o 集成压力控制器集成压力控制器o 流体力学模型流体力学模型控制回压(AtBalance的动态环空压力控制DAPC)系统控制回压控制回压(AtBalanceAtBalance的动态环空压力控制的动态环空压力控制DAPC)DAPC)被被SchlumbergerSchlumberger收购收购控制回压(AtBalance的动态环空压力控制DAPC)控制回压控制回压(HalliburtonHalliburton的的GeoBalance MPD)GeoBalance MPD)o GeoBalance Self-Managed：旋转控制装置、双液动节流阀的节流管汇。：旋转控制装置、双液动节流阀的节流管汇。o GeoBalance Automated：采用地面监测系统、实时流体力学模型、自动节：采用地面监测系统、实时流体力学模型、自动节流阀进行远程软件控制的节流作业。中石油流阀进行远程软件控制的节流作业。中石油20092009年在塔里木油田塔中碳酸盐岩地年在塔里木油田塔中碳酸盐岩地层实施了层实施了9 9口井。口井。o GeoBalance Optimized：实时地质力学性质（孔隙、破裂和坍塌压力）确定，：实时地质力学性质（孔隙、破裂和坍塌压力）确定，并集成到自动节流管汇控制软件中。并集成到自动节流管汇控制软件中。o GeoBalance Sigma：多相流模拟、地面分离和注入设备，用于低压或衰竭地：多相流模拟、地面分离和注入设备，用于低压或衰竭地层。层。控制回压(Halliburton的GeoBalance MP控制回压控制回压(HalliburtonHalliburton的的GeoBalance MPD)GeoBalance MPD)回压泵回压泵流量计撬流量计撬节流管汇撬节流管汇撬控制回压(Halliburton的GeoBalance MP控制流量控制流量(Secure DrillingSecure Drilling的微流量控制方法的微流量控制方法)被被WeatherfordWeatherford收购收购o 80-160L发现溢流，发现溢流，120秒内控制溢流，总溢流量控制在秒内控制溢流，总溢流量控制在0.24(0.9)方内。可以方内。可以早期发现溢流，并快速作出处理，能够真正实现近平衡钻井和控压钻井，大大提早期发现溢流，并快速作出处理，能够真正实现近平衡钻井和控压钻井，大大提高了近海、深海以及地层压力未知的探井、深井的井控安全性。高了近海、深海以及地层压力未知的探井、深井的井控安全性。o 通过监测溢流和漏失，保持溢流量或漏失量尽可能的少。这意味着井眼问题在通过监测溢流和漏失，保持溢流量或漏失量尽可能的少。这意味着井眼问题在早期就得到了解决，而不是待到发展成更大的复杂问题（巨大风险和成本的危险早期就得到了解决，而不是待到发展成更大的复杂问题（巨大风险和成本的危险情况）时再解决。情况）时再解决。o 能够在任意选择的井底压力（能够在任意选择的井底压力（恒定的、可变的、固定的过平衡）恒定的、可变的、固定的过平衡）下钻井。下钻井。o 旋转控制头、自动节流管汇、实时数据采集（包括质量流量计）、控制器。旋转控制头、自动节流管汇、实时数据采集（包括质量流量计）、控制器。o 用于高温高压井、深水井、探井、孔隙压力未知地层或压力剖面变化剧烈的井、用于高温高压井、深水井、探井、孔隙压力未知地层或压力剖面变化剧烈的井、环保要求高的井。环保要求高的井。o 在德阳在德阳1 1井和大港的一口井上进行了应用。井和大港的一口井上进行了应用。控制流量(Secure Drilling的微流量控制方法)控制流量控制流量(Secure DrillingSecure Drilling的微流量控制方法的微流量控制方法)控制流量(Secure Drilling的微流量控制方法)控制流量控制流量(Secure DrillingSecure Drilling的微流量控制方法的微流量控制方法)o 20052005年年-2006-2006年初，年初，Secure DrillingSecure Drilling 系统在系统在LouisianaLouisiana大学成功的进行了多大学成功的进行了多次实验。次实验。20062006年年8 8月，月，PetrobrasPetrobras在巴西东北部的一口在巴西东北部的一口215.9mm215.9mm井眼的井，用水基井眼的井，用水基钻井液，钻井液，5 5天钻进天钻进556m556m。o ChevronChevron在南德克萨斯的一口探井，在南德克萨斯的一口探井，215.9mm215.9mm井眼，井眼，7 7天钻进天钻进845m845m。该系统成功。该系统成功地检测到接单根时井底发生的气体溢流。地检测到接单根时井底发生的气体溢流。o 通过两个井的应用进行了改善，然后通过两个井的应用进行了改善，然后PetrobrasPetrobras用于后续的钻井作业。用于后续的钻井作业。o Chevron在在2006-2007年用年用Secure Drilling 系统共打了系统共打了4口井。口井。控制流量(Secure Drilling的微流量控制方法)控制泥浆帽控制泥浆帽(CMC)(CMC)控制泥浆帽钻井控制泥浆帽钻井:用低隔水管返回系统用低隔水管返回系统 Low Riser Return System(LRRS)和海底举升泵。和海底举升泵。控制泥浆帽(CMC)控制泥浆帽钻井:用低隔水管返回系统 Lo控制回压控制回压(恒压点恒压点 PoCPPoCP)控制回压(恒压点 PoCP)连续循环系统连续循环系统(CCS(CCS）连续循环系统(CCS）控制环空摩擦压力控制环空摩擦压力控制环空摩擦压力加压泥浆帽加压泥浆帽MPD 容许在严重井漏或全井段漏容许在严重井漏或全井段漏失的条件下安全钻井。失的条件下安全钻井。要点：要点：o 地面无返回地面无返回o 高粘泥浆以刚低于储层压力条高粘泥浆以刚低于储层压力条件下低速泵入环空件下低速泵入环空o 不处理的钻井液（水）沿钻柱不处理的钻井液（水）沿钻柱泵入泵入o 回压用来平衡储层压力，并维回压用来平衡储层压力，并维持系统平衡持系统平衡加压泥浆帽MPD 容许在严重井漏或全井段漏失的条件下安双梯度钻井双梯度钻井双梯度钻井无隔水管泥浆回收系统无隔水管泥浆回收系统(RMR)RMR 在下表层套管前就能使用。在下表层套管前就能使用。使用一台自动海底泵，将返回的泥浆通过一个返回管线从泥线返回到使用一台自动海底泵，将返回的泥浆通过一个返回管线从泥线返回到钻台。钻台。计算机控制系统和其它监测设备，通过改变泵速维持所需的井底压力。计算机控制系统和其它监测设备，通过改变泵速维持所需的井底压力。AGR Subsea AS.无隔水管泥浆回收系统(RMR)RMR 在下表层套管前就海底泥浆举升钻井海底泥浆举升钻井 (SMD)(SMD)SMD 是一个联合工业项目是一个联合工业项目,参与的公司：参与的公司：BP,Conoco,Chevron,Texaco,Schlumberger,Hydril。海底泥浆举升钻井(SMD)SMD 是一个联合工业项目,海底泥浆举升钻井海底泥浆举升钻井 (SMD)(SMD)海底泥浆举升钻井(SMD)泥浆稀释泥浆稀释 泥浆稀释 注入不可压缩的轻固体和液体或使用特殊工具注入不可压缩的轻固体和液体或使用特殊工具 在返回管线注入更低密度的材料能够减少返回流体的密度，从而减在返回管线注入更低密度的材料能够减少返回流体的密度，从而减少注入点之上的静液压力。少注入点之上的静液压力。注入材料可以是不可压缩的固体或液体，也可以是气体。注入材料可以是不可压缩的固体或液体，也可以是气体。特殊工具如特殊工具如ECD 减小工具。减小工具。注入不可压缩的轻固体和液体或使用特殊工具 在返回管线注入更低井下泵井下泵(ECD(ECD减少工具减少工具/ECDRT/ECDRT）井下泵(ECD减少工具/ECDRT）HSE（健康、安全、环境）（健康、安全、环境）MPD HSE（健康、安全、环境）MPD MPD设备设备o 地面和海底旋转控制装置地面和海底旋转控制装置RCDo 手动、半自动、过程控制的节流管汇手动、半自动、过程控制的节流管汇o 电缆可回收钻具浮阀电缆可回收钻具浮阀o 套管隔离阀或井下套管阀套管隔离阀或井下套管阀o ECDECD减小工具减小工具o 制氮设备制氮设备o 海底泥浆返回泵海底泥浆返回泵o 地面泥浆录井设备地面泥浆录井设备o 实时压力和流量监测装置实时压力和流量监测装置o 连续循环系统连续循环系统o 随钻压力测量随钻压力测量MPD设备 地面和海底旋转控制装置RCDMPD设备设备旋转控制头旋转控制头隔水管旋转控制头隔水管旋转控制头MPD设备旋转控制头隔水管旋转控制头MPD设备设备隔水管内旋转控制头隔水管内旋转控制头无隔水管旋转控制头无隔水管旋转控制头o 用于双梯度钻井用于双梯度钻井o 能够使泥线以上的隔水管内使用能够使泥线以上的隔水管内使用海水并与泥线下的钻井液和岩屑隔海水并与泥线下的钻井液和岩屑隔离开离开o 钻井液和岩屑则通过海底泵由泥钻井液和岩屑则通过海底泵由泥线送回到钻井船上线送回到钻井船上o 可以大大减小钻井液当量循环密可以大大减小钻井液当量循环密度，避免超过地层破裂压力梯度的度，避免超过地层破裂压力梯度的情况发生。情况发生。MPD设备隔水管内旋转控制头无隔水管旋转控制头 用于双梯度钻MPD的关键的关键 o 封闭、承压的循环系统；封闭、承压的循环系统；o 流体力学计算与设计、随钻压力测量流体力学计算与设计、随钻压力测量（PWDPWD）；）；o 井口回压控制，包括手动或自动节流控井口回压控制，包括手动或自动节流控制，国外威德福、哈里伯顿、斯伦贝谢公制，国外威德福、哈里伯顿、斯伦贝谢公司都有自动节流控制装置。司都有自动节流控制装置。o 为了确定钻井液密度窗口，进行地层为了确定钻井液密度窗口，进行地层压力监测和三压力剖面解释也是必要的。压力监测和三压力剖面解释也是必要的。MPD的关键 封闭、承压的循环系统；控压钻井的应用类型控压钻井的应用类型 1 1、传统应用、传统应用o解决与窄压力窗口有关的钻井问题解决与窄压力窗口有关的钻井问题o用带回压的用带回压的CBHP 钻严重衰竭油藏的加密井钻严重衰竭油藏的加密井o用用PMCD 钻全漏或几乎全漏的高度裂缝或溶洞地层钻全漏或几乎全漏的高度裂缝或溶洞地层o在海上，用在海上，用DGD解决尚未钻达目的层而无合适尺寸的套管可下解决尚未钻达目的层而无合适尺寸的套管可下 2 2、高级应用、高级应用o用用PoCP钻更窄压力窗口的地层（甚至用钻更窄压力窗口的地层（甚至用CBHP也没法钻）也没法钻）o在同样裸眼段使用两种在同样裸眼段使用两种MPDMPD方法，如方法，如PMCD+HSE 3 3、扩展应用、扩展应用o提高机械钻速提高机械钻速o地层压力验证地层压力验证o减轻地层侵入减轻地层侵入o增强井涌和漏失检测增强井涌和漏失检测控压钻井的应用类型 1、传统应用控压钻井技术选择步骤控压钻井技术选择步骤 1 1、确定目的、确定目的o确定目标确定目标o明确项目的驱动因素明确项目的驱动因素 2 2、获取信息、获取信息o获取邻井的资料、地质资料获取邻井的资料、地质资料o了解钻探区块和钻井问题了解钻探区块和钻井问题o了解控压钻井方式或方法的选择了解控压钻井方式或方法的选择 3 3、评价或分析、评价或分析o常规水力分析常规水力分析oMPDMPD水力分析水力分析 4 4、结果、结果不需要，需要而且可能，需要但没有可供选择的技术不需要，需要而且可能，需要但没有可供选择的技术控压钻井技术选择步骤 1、确定目的应用控压钻井的理由应用控压钻井的理由 1 1、使用恒定井底压力、使用恒定井底压力MPDMPD减小过平衡减小过平衡o提高机械钻速提高机械钻速o避免压差卡钻避免压差卡钻o防止井漏防止井漏o减少地层损害减少地层损害 2 2、使用使用 CBHP 和和 DGD 使技套下得更深使技套下得更深o避免溢流和漏失交替发生避免溢流和漏失交替发生o达到目的井深达到目的井深o钻窄的井涌余量或压力窗口的地层钻窄的井涌余量或压力窗口的地层o钻衰竭的致密气层钻衰竭的致密气层 3 3、使用使用PMCDo钻巨大溶洞和循环漏失的层位钻巨大溶洞和循环漏失的层位 4 4、使用、使用HSEHSEo在安全、健康和环境要求的地区钻井在安全、健康和环境要求的地区钻井o需要封闭循环系统的钻井需要封闭循环系统的钻井应用控压钻井的理由 1、使用恒定井底压力MPD减小过平衡压力管理的参数压力管理的参数 常规钻井：常规钻井：o流变性流变性o泥浆密度泥浆密度o固相含量固相含量o循环流量循环流量o岩屑浓度岩屑浓度 控压钻井：控压钻井：o回压回压-CBHP,DGD-CBHP,DGD 和和 PMCDPMCDo液柱高度液柱高度 DGD DGDo第二种流体的参数第二种流体的参数/泥浆柱泥浆柱/牺牲流体牺牲流体 DGD DGD 和和 PMCD PMCD o设计工具设计工具/阀的位置和地面设备阀的位置和地面设备式中：式中：p塑性粘度，塑性粘度，mPas；L钻柱（钻杆或钻铤）长度，钻柱（钻杆或钻铤）长度，m；Q排量，排量，L/s；Dh井径，井径，mm；D钻柱（钻杆或钻铤）外径，钻柱（钻杆或钻铤）外径，mm；y屈服值，屈服值，Pa。井底循环压力井底循环压力=静液柱压力静液柱压力(单或双梯度）单或双梯度）+环空摩阻环空摩阻+回压回压压力管理的参数 常规钻井：式中：p塑性粘度，mPas压力管理的参数压力管理的参数 除了常规压力管理参数（除了常规压力管理参数（流变性、泥浆密度和循环流量）外，流变性、泥浆密度和循环流量）外，o CBHP 需要优化回压需要优化回压o PoCP 需要确定恒压点的深度需要确定恒压点的深度o CCS没有额外参数没有额外参数o PMCD 需要确定地面回压，加压泥浆柱的高度、密度和流变性，牺牲需要确定地面回压，加压泥浆柱的高度、密度和流变性，牺牲流体的性能流体的性能o 泥浆稀释的泥浆稀释的DGDDGD需要确定第二种或稀释泥浆的密度需要确定第二种或稀释泥浆的密度o 海底泥浆举升海底泥浆举升DGDDGD需要确定回压、海底泵的循环流量需要确定回压、海底泵的循环流量o LRRS需要计算隔水管中泥浆柱的深度需要计算隔水管中泥浆柱的深度o HSE 不需要额外参数不需要额外参数压力管理的参数 除了常规压力管理参数（流变性、泥浆密度和循环流体力学分析流体力学分析o单相流与多相流单相流与多相流o静态与动态模型静态与动态模型o实时计算（模拟）和设计计算实时计算（模拟）和设计计算o 等效静态密度等效静态密度(ESD)(ESD)、等效循环密度、等效循环密度(ECD)(ECD)的计算；的计算；o 不同作业条件下温度剖面的计算；不同作业条件下温度剖面的计算；o 流体密度和粘度剖面的计算；流体密度和粘度剖面的计算；o 随钻测压数据随钻测压数据(PWD)(PWD)的解释；的解释；o 激动和抽吸压力计算；激动和抽吸压力计算；o 最大允许起下钻速度计算；最大允许起下钻速度计算；o 参数敏感性分析；参数敏感性分析；o 水力参数优化。水力参数优化。流体力学分析 等效静态密度(ESD)、等效循环密度(ECD)控压钻井方法选择控压钻井方法选择条件条件变型型方法方法窄窄压力窗口力窗口地面低地面低压设备CBHPCCS窄窄压力窗口力窗口地面能承高地面能承高压CBHP应用回用回压严重井漏，不能用重井漏，不能用CBHPPMCDPMCD低低压或高或高压层，用海底，用海底泵不太深不太深DGDSubsea Mudlift Drilling低低压或高或高压层，平台有足，平台有足够空空间DGDMud dilution低低压层DGDLow Riser Return System（CMC)特殊要求用特殊要求用闭环系系统HSEHSE威威胁到健康，安全和到健康，安全和环境境HSEHSE控压钻井方法选择条件变型方法窄压力窗口地面低压设备CBHP候选井控压钻井技术选择流程候选井控压钻井技术选择流程候选井控压钻井技术选择流程胜利钻井院胜利钻井院MPD系统系统 o自动节流管汇自动节流管汇o回压泵回压泵o实时数据采集实时数据采集o回压、立压和流量控制的综合控制器回压、立压和流量控制的综合控制器o实时流体力学计算实时流体力学计算o旋转控制头旋转控制头胜利钻井院MPD系统 自动节流管汇胜利钻井院胜利钻井院MPD系统系统 胜利钻井院MPD系统 胜利钻井院胜利钻井院MPD系统系统 胜利钻井院MPD系统 应用概况应用概况o MPD已在全球的陆上和海上应用。已在全球的陆上和海上应用。MPD已在美国，加拿大，墨西哥，南已在美国，加拿大，墨西哥，南美洲，北海，欧洲，非洲，中东，澳大利亚，东南亚，中国，印度和世界美洲，北海，欧洲，非洲，中东，澳大利亚，东南亚，中国，印度和世界其它一些地区应用。截止到其它一些地区应用。截止到2008年，在海上已钻年，在海上已钻350多口多口MPD井井（Hannegan2009年）。年）。o BP,Shell,ConocoPhillips,Chevron,Total,and Statoil大油公司大油公司,以以及相对较小的业务范围小的油公司如及相对较小的业务范围小的油公司如Cheyenne Petroleum,Cypress E&P(both Onshore Texas),Pioneer(Alaska),Sinopec(China),E&I Libya等都进行了等都进行了 MPD 作业。作业。o 通常这些油公司的通常这些油公司的MPD项目的各个阶段，从服务提供商获得帮助，诸如项目的各个阶段，从服务提供商获得帮助，诸如井的设计，流体力学，设备选型，许可井的设计，流体力学，设备选型，许可，MPD程序等。程序等。应用概况 MPD已在全球的陆上和海上应用。MPD已在美国，加应用概况应用概况o 雪佛龙和德士古公司（现在归雪佛龙）是海底举升钻井雪佛龙和德士古公司（现在归雪佛龙）是海底举升钻井(SMD)联合工业联合工业项目的成员。在中亚的项目的成员。在中亚的Tengiz油田钻了几口油田钻了几口PMCD的井用于减轻硫化氢和的井用于减轻硫化氢和井漏问题。优尼科（现在归雪佛龙）从一个平台，钻了井漏问题。优尼科（现在归雪佛龙）从一个平台，钻了3口口 CBHP井。在井。在安哥拉和非洲做了一些安哥拉和非洲做了一些MPD项目。在墨西哥海湾（项目。在墨西哥海湾（GOM）海上进行了）海上进行了CBHP/DGD。o 壳牌在墨西哥湾深水的壳牌在墨西哥湾深水的Mars和和Auger张力腿平台（张力腿平台（TLP）进行了）进行了 CBHP应用。在亚洲和南美洲也有一些应用。在亚洲和南美洲也有一些PMCD的应用。壳牌还参与了的应用。壳牌还参与了CCS开发的开发的联合工业项目（联合工业项目（JIP）。）。应用概况 雪佛龙和德士古公司（现在归雪佛龙）是海底举升钻井(应用概况应用概况o BP:参加了参加了CCS和和SMD的联合工业项目（的联合工业项目（JIPs）。在墨西哥湾钻了几）。在墨西哥湾钻了几口口CBHP井，在亚洲钻了几口井，在亚洲钻了几口DGD井。它也在世界的不同地方钻了一些井。它也在世界的不同地方钻了一些PMCD井。井。o TOTAL:在北海钻了一些在北海钻了一些CBHP井。在非洲进行了几个应用，计划在非洲井。在非洲进行了几个应用，计划在非洲和东南亚进行更多井的应用。和东南亚进行更多井的应用。o 康菲石油：参加康菲石油：参加SMD的联合工业项目（的联合工业项目（JIP)。它在世界各地进行了。它在世界各地进行了CBHP、PMCD和和HSE钻井。钻井。应用概况 BP:参加了CCS和SMD的联合工业项目（JI控压钻井技术课件控压钻井技术课件控压钻井技术课件国外实例国外实例1：o 世界上第一次从浮式平台上应用加压泥浆帽世界上第一次从浮式平台上应用加压泥浆帽MPD技术于技术于2004年年7月完成。在马来群岛东部月完成。在马来群岛东部Sarawak海域的深水钻井作业中，以前一海域的深水钻井作业中，以前一直存在钻井液大量漏失、钻井液费用过高、井控问题、钻井时间过直存在钻井液大量漏失、钻井液费用过高、井控问题、钻井时间过长等复杂情况。长等复杂情况。o 在钻入孔洞型碳酸盐岩之后，在钻入孔洞型碳酸盐岩之后，Shell Malaysia公司应用了主动型公司应用了主动型MPD技术、加压泥浆帽钻井（技术、加压泥浆帽钻井（PMCD）。向环空注入一段泥浆帽段）。向环空注入一段泥浆帽段塞，以价格便宜的盐水作为塞，以价格便宜的盐水作为“牺牲流体牺牲流体”，旋转控制装置对返出钻，旋转控制装置对返出钻井液加压，挠性管可以补偿船舶的升沉运动。井液加压，挠性管可以补偿船舶的升沉运动。o PMCDMPD避免了常规钻井液的大量漏失，显著缩短了非生产避免了常规钻井液的大量漏失，显著缩短了非生产时间，钻达目的井深（以前的几口邻井钻井液费用很高，而且未能时间，钻达目的井深（以前的几口邻井钻井液费用很高，而且未能钻达目的井深）。钻达目的井深）。o 由于试验获得成功，又在由于试验获得成功，又在79口漏失井上应用。口漏失井上应用。国外实例1：世界上第一次从浮式平台上应用加压泥浆帽MPD技国外实例国外实例2：o 2005年，年，Transocean和和Santos公司将地面防喷器技术与公司将地面防喷器技术与MPD技技术相结合，在印尼海域水深术相结合，在印尼海域水深2240ft（683m）的）的Sedec 601半潜式半潜式平台上进行了应用。平台上进行了应用。o 用常规技术钻井时地层总体上倾向于漏失，并存在井控和粘附卡用常规技术钻井时地层总体上倾向于漏失，并存在井控和粘附卡钻问题。解决办法是将钻问题。解决办法是将PMCD（加压泥浆帽钻井）技术与（加压泥浆帽钻井）技术与CBHP（井底压力恒定）技术相结合，配以（井底压力恒定）技术相结合，配以Weatherford 7100控制头形控制头形成一种新型技术集合，从而解决了上述问题。成一种新型技术集合，从而解决了上述问题。o Sedco 601平台所取得的突破是首次应用旋转控制装置控制环空平台所取得的突破是首次应用旋转控制装置控制环空压力，用地面防喷器从浮式钻机上钻进。压力，用地面防喷器从浮式钻机上钻进。国外实例2：2005年，Transocean和Santos国外实例国外实例3：o 委内瑞拉东部的委内瑞拉东部的San Joaquin气田是该国最重要的气田，气田是该国最重要的气田，2003年年度的钻井液平均漏失量达度的钻井液平均漏失量达4000桶桶/口井以上。其主力产层口井以上。其主力产层San Juan的上层压力衰竭并有裂缝，压差的上层压力衰竭并有裂缝，压差2000psi（13.8MPa）。）。o 采用采用MPD技术完成了一次多底井现场试验，对钻井液密度增加造技术完成了一次多底井现场试验，对钻井液密度增加造成机械钻速降低的问题进行了研究及定量分析，钻井液密度增加会成机械钻速降低的问题进行了研究及定量分析，钻井液密度增加会造成复杂地层过压和高压低产（造成复杂地层过压和高压低产（HPLV）方面的问题，采用）方面的问题，采用MPD技技术无需提高钻井液密度即可控制超压，无须下入封隔漏失层的技术术无需提高钻井液密度即可控制超压，无须下入封隔漏失层的技术套管，可以安全、费用合理地钻过超压层。套管，可以安全、费用合理地钻过超压层。国外实例3：委内瑞拉东部的San Joaquin气田是该国o 评价井，钻至评价井，钻至2951.37m2951.37m时，钻井液密度时，钻井液密度 1.06g/cm1.06g/cm3 3 井漏，井漏，1.04g/cm1.04g/cm3 3 井涌，打不成钻。井涌，打不成钻。o 因浅海平台不能点火，不能实施欠平衡钻井。因浅海平台不能点火，不能实施欠平衡钻井。o 采用旋转控制头实现控制压力钻井（保持微漏），既保证了钻井的采用旋转控制头实现控制压力钻井（保持微漏），既保证了钻井的成功，又有效地保护了油气层，确保了勘探成功率。成功，又有效地保护了油气层，确保了勘探成功率。o 试油取得试油取得 10mm10mm油嘴油嘴产油产油235t/d235t/d、产气、产气6940m6940m3 3/d/d。胜利实例1：胜利浅海埕岛油田埕北埕北244井井 评价井，钻至2951.37m时，钻井液密度 1.06g/c 埕北埕北3030区块区块共完钻共完钻8 8口井，均采用控制口井，均采用控制压力钻井技术解决钻井施压力钻井技术解决钻井施工中出现又漏又涌的技术工中出现又漏又涌的技术难题、堵漏污染油气层。难题、堵漏污染油气层。该该区区块块开开发发CB30-3CB30-3、CB30-4CB30-4两两口口井井时时，采采用用常常规规的的钻钻井井工工艺艺及及钻钻井井液液未未取得好的开发效果。取得好的开发效果。采采用用控控制制压压力力钻钻井井技技术术、海海水水无无固固相相钻钻井井液液，较较好好地地保保护护了了潜潜山山油油藏藏，在在对对CB30B-1CB30B-1井井太太古古界界进进行行钻钻杆杆测测试试表表明，表皮系数为明，表皮系数为-2.9-2.9。埕北30区块 该区块开发CB30-3、CB30-胜利实例2：樊深1井o位于济阳坳陷东营凹陷博兴洼陷带樊家鼻状构造北部。位于济阳坳陷东营凹陷博兴洼陷带樊家鼻状构造北部。o钻到井深钻到井深4016.73m4016.73m（孔一段）发生井涌（孔一段）发生井涌(盐水盐水)，压井过程中又发生井漏，压井过程中又发生井漏，在压井液中跟进堵漏材料堵漏未能成功。在压井液中跟进堵漏材料堵漏未能成功。o此后一直处于漏、涌并存状态，频繁地进行压井、堵漏作业，都未成功。此后一直处于漏、涌并存状态，频繁地进行压井、堵漏作业，都未成功。o采用控制压力钻井成功钻穿漏失层。施工过程中套压控制在采用控制压力钻井成功钻穿漏失层。施工过程中套压控制在1 13MPa3MPa，通，通过控制套压维持钻井液液面恒定（微流量），解决了又漏又涌复杂情况，过控制套压维持钻井液液面恒定（微流量），解决了又漏又涌复杂情况，避免了频繁的压井、堵漏作业，既达到了勘探的目的，又节省了成本、避免了频繁的压井、堵漏作业，既达到了勘探的目的，又节省了成本、缩短了钻井周期。缩短了钻井周期。胜利实例2：樊深1井位于济阳坳陷东营凹陷博兴洼陷带樊家鼻状构胜利实例3：土库曼斯坦项目o土库曼斯坦项目土库曼斯坦项目010井因钻遇高压盐水层引起漏涌并存而无法继续钻进，井因钻遇高压盐水层引起漏涌并存而无法继续钻进，主要是盐水结晶、污染钻井液，造成井眼堵塞，采用控压钻井技术，节主要是盐水结晶、污染钻井液，造成井眼堵塞，采用控压钻井技术，节流保持循环罐液面不变，为了防止盐水进入井眼，控压时稍保持微漏，流保持循环罐液面不变，为了防止盐水进入井眼，控压时稍保持微漏，钻进了钻进了324.79m。o 随后随后011、08、09A井都采用控压钻井技术，有效解决了大段盐膏层的井都采用控压钻井技术，有效解决了大段盐膏层的钻井复杂和安全问题。钻井复杂和安全问题。胜利实例3：土库曼斯坦项目土库曼斯坦项目010井因钻遇高压盐MPD展望展望 在美国所有的陆地钻井作业中，在美国所有的陆地钻井作业中，o 约约1/41/4的井未使用闭合、承压的钻井液循环系统；的井未使用闭合、承压的钻井液循环系统；o 有有1/41/4的井使用该系统来实现真正的欠平衡钻井；的井使用该系统来实现真正的欠平衡钻井；o 1/41/4的井在应用该系统钻井时需要使用可压缩流体（空气、天的井在应用该系统钻井时需要使用可压缩流体（空气、天然气、泡沫、雾）；然气、泡沫、雾）；o 1/41/4的井正在使用闭合、承压的循环系统以的井正在使用闭合、承压的循环系统以MPDMPD的某种形式进的某种形式进行作业。行作业。MPD展望 在美国所有的陆地钻井作业中，MPD展望展望 o 在美国墨西哥湾水深不超过在美国墨西哥湾水深不超过600ft600ft（183m183m）的海域对与钻井有关）的海域对与钻井有关的非生产时间进行的量化分析结果显示，在墨西哥湾的浅水中钻井的非生产时间进行的量化分析结果显示，在墨西哥湾的浅水中钻井时漏失，由此造成压差卡钻和钻杆脱扣、井底压力窗口狭窄造成的时漏失，由此造成压差卡钻和钻杆脱扣、井底压力窗口狭窄造成的涌漏现象、以及由于中断钻井作业进行涌漏现象、以及由于中断钻井作业进行“配浆配浆”和和“钻井液损耗钻井液损耗”而造成的钻时延长等等，在钻井非生产时间中约占而造成的钻时延长等等，在钻井非生产时间中约占4040，在深水，在深水区耗费的非生产时间更多。区耗费的非生产时间更多。o 在墨西哥湾地区损耗的钻井时间反映出一个全球性问题。在墨西哥湾地区损耗的钻井时间反映出一个全球性问题。o 如果应用如果应用MPDMPD，在继续钻进时实现更精确的压力控制，从而减少，在继续钻进时实现更精确的压力控制，从而减少4040的非生产时间，那么，或许多达的非生产时间，那么，或许多达10101515的的“边际边际”油藏可油藏可以在批准预算内获得良好的经济效益。以在批准预算内获得良好的经济效益。MPD展望 在美国墨西哥湾水深不超过600ft（183m）MPD展望展望 o 目前，应用常规钻井技术经济效益不佳的情况越来越多，控制压目前，应用常规钻井技术经济效益不佳的情况越来越多，控制压力钻井技术为提高钻井作业的经济效益提供了一种方法。力钻井技术为提高钻井作业的经济效益提供了一种方法。MPDMPD技术技术所带来的突破性变化不如真正的欠平衡钻井，但所带来的突破性变化不如真正的欠平衡钻井，但MPDMPD技术是钻井界技术是钻井界容易接受的技术容易接受的技术 。o 目前，我国对该技术普遍了解不够。随着油气勘探难度的增加，目前，我国对该技术普遍了解不够。随着油气勘探难度的增加，井下复杂情况会增多、钻井费用剧增，钻井界将会越来越深入地认井下复杂情况会增多、钻井费用剧增，钻井界将会越来越深入地认识、理解和应用识、理解和应用MPDMPD技术，解决石油工业上最困难、最昂贵的井下技术，解决石油工业上最困难、最昂贵的井下难题，达到提高钻井经济效益、减少非生产时间、降低钻井成本的难题，达到提高钻井经济效益、减少非生产时间、降低钻井成本的目的。目的。MPD展望 目前，应用常规钻井技术经济效益不佳的情况越来越MPD展望展望 o 许多新发现的油气资源往往存在窄密度窗口的问题，如火山岩、碳酸盐许多新发现的油气资源往往存在窄密度窗口的问题，如火山岩、碳酸盐岩、断层、不整合、破碎带、山前构造、推覆构造、异常高低压等地层，岩、断层、不整合、破碎带、山前构造、推覆构造、异常高低压等地层，存在失返性井漏或漏喷并存等钻井复杂问题，这些复杂问题的处理需要耗存在失返性井漏或漏喷并存等钻井复杂问题，这些复杂问题的处理需要耗费大量的人力、财力、物力，而且往往效果很差，安全隐患大，需要采用费大量的人力、财力、物力，而且往往效果很差，安全隐患大，需要采用控压钻井技术。控压钻井技术。o 深海油气资源普遍存在窄密度窗口问题。深海油气资源普遍存在窄密度窗口问题。o 天然气水合物的开发被认为必须采用控压钻井技术。天然气水合物的开发被认为必须采用控压钻井技术。MPD展望 许多新发现的油气资源往往存在窄密度窗口的问题