控压钻井技术探讨与展望
控压钻井技术探讨与展望
【摘要】控压钻井技术(MPD)是近年来发展起来的一项解决复杂钻井问题的重要技术。文章主要介绍了控压钻井技术原理及组成、应用MPD技术需要的装备等，并就其未来发展进行了展望。
【关键词】控压钻井技术；探讨；展望
中图分类号：TE2 文献标识码： A 文章编号：
引言
控压钻井技术，是一种正逐渐被应用起来的钻井技术，又称MPD 技术。由国际钻井承包商协会对其的定义为：以确定井底压力目的为基础，达到有效控制环空液压剖面的目标，它是改进传统钻井技术之后实现的一种全新钻井程序。而2009年，由AGR公司给出了另一种截然不同的定义：MPD技术是一种能够对井筒中环空压力剖面惊喜精确控制的自适应钻井程序，它能够确保井底压力环境和压力剖面的一致性。
1控压钻井技术原理及组成
1.1 控压原理
在钻井作业中，在井筒里组成环空压力的因素众多，包括压力波动、井口回压、环空的循环压耗以及并简的液柱压力等等。在常规的钻井作业之中，最重要的控制手段就是对钻井液密度的调节，但其缺点是时效性太弱。另外因系统并不是全封闭型，所以虽然对井底的压力控制也能借助对循环排量的调节加以实现，但是并不能保证其控压的连续性。而控压钻井技术的控压原理则是低密度钻井液在循环状态时，保持其动态处于安全的密度窗范围里，如果循环停滞，则会加以相应程度的回压于井口位置，从而将静态继续合理控制于安全的密度窗范围中，从而起到保障钻井安全的目的。
1.2 系统组成
控压钻井技术系统组成主要有指令系统、电控系统、分析系统、
监测系统等部分：
(1)指令系统。各类液压控制阀门、信号采集、显示部件、管线与其他仪表组成该指令系统。在这之中，电气控制系统的相关信号由控制柜进行接收，同时电气控制系统的工作命令由电磁阀接收，而后通过电路把相关的工作信号转换为相应的液压信号，从而能够把电信号的变量成功变为节流阀开度的变量，从而实现控压的目的。
(2)电控系统。其在对分析系统相关的指令进行接收并处理以后，发出其指令至下位机，从而对各类阀门进行控制，同时对阀门的状态与开度实行监控。其主要功能体现在：接收并处理分析系统的相关信号，而后向下位机发出指令，从一定程度上起到了中转的作用，对各阀门状态与开度进行控制；对钻井过程中诸如管道压力、控制阀板工作的状态、回压泵的压力与流量等各类数据进行采集，并向监测系统发送采集数据。
(3)分析系统。控压钻井技术的分析系统包含的模块有4个，分别是：控制模块，其以与各系统的数据交换通讯、对指令执行的情况进行监控以及对电气控制系统发送调整指令为功能体现；逻辑判断模块，根据钻井过程中的各类参数变化及控压钻井技术系统中执行反馈情况进行有效、快速地分析；计算模块，将预先输入的基础参数与钻井实时参数进行计算并比较，以得到相关控压整体数据；输入模块，这个模块就是在钻井作业前，对一些原始数据进行输入，包括钻井数据、钻井机械数据等。
(4)监测系统。该监测系统包括硬软件部分，软件包括DataWork、DMS等组成；硬件则钻井下部仪器、排量监测装置等组成。它的主要功能体现在对钻井下的各类实时参数进行监测及采集。同时提供了共享式的数据处理中心，为其他系统的工作提供数据支持。
2应用MPD技术需要的装备
控制压力钻井技术尽管有几种不同的作业形式，但要确保此项技术能够成功应用，通常要同时达到三点要求：钻前水力学优化设计；一套封闭、承压的钻井液循环系统与MPD装置相连；训练有素且熟悉这一概念的工程技术人员。其中应用MPD技术的基础是配套的装备，一般包括旋转控制装置(RCD)、连续循环系统、地面压力控制装备、
多相分离装置以及其他已开发并应用的专用设备等。
2.1 旋转控制头
在进行钻井作业时，旋转控制头在钻柱与井眼环空之间起密封作用，以确保能够安全有效地控制压力。而且，还可以使井眼内的返出流体导离井口，除此之外，密封胶心还可以随钻杆或方钻杆旋转。在承压钻进过程中，靠旋转控制头胶心封住方钻杆或钻杆，当井口具有一定压力时，钻井液无法喷上钻台，只能从旁侧出口流出，使带压钻进作业得以实现，进而能够在地面对环空回压进行控制，保证井底压力能够精确维持在一定范围内，防止井喷的发生。
2.2 连续循环系统
连续循环系统(continuous circulation systern，简称CCS)可以建立一个控制方便、稳定的钻井液体系，特别是在有气体存在的情况下。采用新型连接器，可以对钻机入口压力、钻井液流量及出口压力进行设定，并能够连续进行控制。在新型连接器过程中在接单根时无需采用单向阀来预防钻井液从钻柱内上返井口。通过实践研究，单向阀作业较为复杂，在重新建立循环过程中会形成较大的压力波动。连续循环系统可以在MPD钻井中得到最优井下压力及压力梯度。以下是其工作原理：在采用顶驱钻机的情况下，辅以接箍、顶驱连接工具以及钻井液分流管汇确保连续循环得以实现，当接单根时，接箍体上下两个闸板对钻杆周围进行密封，接头位于全封闸板和下部闸板之间，钻井流体在循环压力作用下进入接箍体内，平衡钻柱内外压力。卸扣上提钻杆，关闭全封闸板，上部卸压后将公扣连接部分提出接箍体，这种情况下钻井流体经过接箍下部循环进入钻柱中。连接在顶驱上的新的单根进入接箍体上部，闸板密封钻杆周围，循环系统注入钻井液恢复上部压力。在上下两部分压力平衡情况下，全封闸板打开，下放新的单根。将接箍体内压力释放，打开密封，移开接箍，钻井中心开始，整个过程循环不间断。
2.3 当量循环密度降低工具
当量循环密度降低工具 (equivalent circulating density reduction tool，简称ECD RT)的组成部分有三个：上部是一涡轮马达，从循环液中吸收液压能并将其转换成机械能；中部是一台由涡轮
马达驱动的多级混输泵；下部由轴承和密封装置组成，配有备用应急密封的密封装置密封钻柱和井眼之间的环空，当需要压力差时自动开启。在ECD RT工作的情况下，随钻柱下入井内，泵由涡轮驱动，吸取环空返回的钻井液，降低下部井段的当量循环密度，减小井底压力，而且使上部套管段的当量密度增大，使井筒上部维持较高的压力。
2.4 可控钻井液帽钻井系统
可控钻井液帽系统 (controlled mud cap system，简称CMCS)类似于PMCD，借助一个钻井泵对钻井液帽的液面高度进行调节，以此达到更好地控制井底压力的目的，如下图1所示，为CMCS系统的基本原理图。借助高压阀隔水管单根与钻井液举升泵相连，泵系统通过回流管线和灌浆液输送管线与钻井液池相连，泵能够增大或减小隔水管中钻井液的体积，对隔水管中钻井液的液面高度进行调节，以达到对井底压力的有效控制。
图1 可控钻井液帽钻井基本配置
3发展展望
（1）我国在使用控压钻井技术上已经初具规模，并在实际操作应用中也已经得到了较好的效果，但是由于其机械设备较为昂贵，所以在很大程度上限制了控压钻井技术的广泛应用。所以在其发展中，应对该技术流程进行合理简化，与此同时就能够对控压钻井的机械设备进行更为经济合理化的优化配置，从而提高其经济性与适用性，使其能够得到更为广泛的应用。
（2）目前控压钻井技术在压力衰减、高温高压等复杂钻井的问题解决上已经相当成熟。但对于环空水力学、井底的恒压、环空的动态控制等方面仍然需要进一步进行分析研究，以使该技术具备更好的理论基础。另外还要对专业操作人员进行有针对性的培训教育，以使其在应用中发挥出应有的优势。
（3）多相流的流动规律研究，从而完成建模与相关的软件研发。
（4）控制部件与支持系统。自动化也将是该技术发展方向之一，为更好地适应现代工业自动化与控制成本的需要，应对控制部件与支持系统进行深入研究，从而为该技术的自动闭环做好技术方面的储
备。
结束语
随着时代的飞速发展，钻井技术也逐渐变得自动化、智能化。现在由于复杂的储层地质环境，勘探难度逐渐增加。复杂钻井问题也在飞速增加，MPD技术相比于传统技术，可以很好的控制井涌、钻井液流失等问题，减少非生产时间，降低勘探成本。
参考文献
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[2]伊明，陈若铭，兰祖权，杨刚．控压钻井系统研究[J]．石油钻采工艺,2010，32(1)
[3] 周英操，崔猛，查永连控压钻井技术探讨与展望[J]．石油钻探技术,2008，36(4)
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控压钻井技术、设备与应用 在大多数钻井作业中，大量经费用于解决钻井相关的问题，包括卡钻、井漏和过高的泥浆成本。为了降低这类问题所引起的非生产时间（NPT）百分比，其目的是控制环空压力损失，特别是在因孔隙压力和破裂压力梯度太靠近而被称为窄安全密度窗口，如果我们能够解决这个问题，钻探井花费将下降，从而使以前认为难以钻进的窄安全密度窗口井也可以实现钻井。控压钻井（MPD）是一种新技术，它通过控制环空压力损失使我们能够克服这些类型的钻井问题。由于石油行业对这项技术了解程度还不够深入，文章讲述了控压钻井技术原理，并着重描述在钻井中应用的巨大优势。 标签：控压钻井（MPD）；恒定井底压力（CBHP）；压泥浆帽钻井（PMCD）；双梯度（DG）；返出流量控制（RFC） 1 简介 1.1 简介 世界能源需求在不断增加以满足发展中国家对能源的需要。日益增长的能源消耗，迫使科学家和工程师们去发现另一种能源获取的新方法，或寻找更好的方法以更高效率的获取我们已使用多年的能源。 世界上现有的大部分剩余油气资源将比过去更难开采。事实上，很多人认为容易开采部分的能源已经被开采。随着石油价格的飙升，生产井的安全钻井和成本控制效益尤为重要。 考虑到所有的这些问题，MPD现在应该被视为一种技术，它可以通过减少与传统海上钻井有关的过度钻井相关费用，以显著增长钻井效益。由于NPT（非生产时间）成本对海上钻井具有更大的经济影响，海底环境是这项技术潜力最大化行业环境。 此外，作为MPD的主要优势，减少钻井相关的非生产时间，使在技术上和经济上较常规方法更具钻探前景，这将不可避免的借助目前MPD在几个条件和环境中所呈现出的优点。许多钻井决策者的规避风险心理导致该行业在接受新技术方面已经落后其他行业。 至目前为止，正如那些在陆地上和海上已经首次应用MPD的公司所期望，这些应用大多有最具挑战性和以其他方式不可替代的优势，即替代传统邻钻井失败或严重超预算的应用前景。 1.2 基本概念的定义 1.2.1 地层孔隙压力
高压气井动态控压固井新技术及应用 发表时间：2018-11-14T20:39:03.023Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：陈婉怡 [导读] 摘要：钻井过程中井底压力的稳定是保障井控安全的基础，但是由于地质条件可预知性差，特别是在窄安全密度窗口地层中，钻井过程中的起下钻、活动钻具、接单根以及泵入排量的变化均会引起较大的井底压力波动，导致井漏、井涌等问题，增加非生产时间，导致勘探开发费用大幅度提高。 中海油田服务股份有限公司天津 300459 摘要：钻井过程中井底压力的稳定是保障井控安全的基础，但是由于地质条件可预知性差，特别是在窄安全密度窗口地层中，钻井过程中的起下钻、活动钻具、接单根以及泵入排量的变化均会引起较大的井底压力波动，导致井漏、井涌等问题，增加非生产时间，导致勘探开发费用大幅度提高。常规的钻井工艺过程中，主要通过改变钻井液密度实现环空压力的控制，但该处理措施一般耗时较长，容易使复杂情况恶化，而且需要额外的钻井液添加剂，增加了作业成本；另外，在窄密度窗口地层（如裂缝性漏失地层）中钻进时，安全钻井液密度窗口往往不到0.02g/cm3，而环空循环摩阻通常在0.03-0.15g/cm3之间，因此极易发生开泵漏失、停泵溢流的复杂情况。为此，文章对高压气井动态控压固井新技术及应用方面进行分析，具有重要的现实意义。 关键词：动态控压；新技术；固定 引言：控压钻进是实现井底压力快速地稳定在安全钻井液密度窗口内的重要钻井工艺技术，自动节流管汇是实施该技术的关键。综合考虑控压钻井工艺要求和海上钻井平台面积有限的局限性，设计一种具有层式空间结构的撬装自动节流管汇，并配套设计液压控制系统。该自动节流管汇是一套集压力、流量、温度等参数采集和井口回压控制于一体的自动化系统，具有节流控压、压力补偿、放喷、流量和压力监测等功能，而且优化了阀件布置，大大降低了整套设备的占地面积，提高了设备通用性，为海上控压钻井技术的应用和设备配套提供了借鉴。 一、控压钻井节流控制原理 常规钻井主要通过调整钻井液密度，继而改变静液柱压力，实现井底压力的改变，但该处理方法一般耗时较长。考虑在井口处施加一定的回压，通过改变也能起到改变井底压力的目的，这就是所谓的控压钻井，由于压力改变为机械波传播速度，井底压力调控速度较快。控压钻井的实质是在井口处安装一定的节流装置，通过对井底压力的实时监测、水力参数的分析计算，对节流装置的开度进行精确调整，改变钻井液流过该装置时产生的节流压差，从而在井口环空处的产生一定的回压，最终影响井底压力。控压钻井自动控制的对象是回压值。根据钻井过程中钻井液的循环状态，钻井施工可以分为钻进或循环、停泵、开泵和停止循环四种工况，为了实现不同工况下的安全高效钻进，有必要保持井底压力的恒定。 二、控压钻井自动节流管汇设计 自动节流管汇是控压钻井技术的执行机构，决定着控压钻井作业的成败。在钻井过程中，由于受钻井工况、设备及施工操作等因素的影响，井眼环空压力经常发生变化，并且各影响因素（如井眼轨迹、钻压、转速）之间相互关联、相互作用。要实现井底压力的快速准确控制，必须具备一整套集压力、流量、温度等参数采集和井口回压控制于一体的自动节流管汇，要求该管汇具备以下基本功能：第一，正常钻进时，能够利用节流作用在井口套管环空处形成回压；第二，停止循环时，能够利用回压泵形成小循环，在井口环空处形成回压；第三，能够实时准确监测钻井液返出量；第四，发生紧急情况时，具有放喷功能。由于海上钻井平台面积有限，为了节省管汇安装空间和满足海上控压钻井的需要，作者采用了层式空间撬装结构设计，顶层包括液动节流阀A、液动节流阀B、1个流量计、3个四通和2个手动板阀；中间层包括液动板阀A和3个手动板阀；底层包括液动板阀B、手动板阀C、手动板阀D、5个四通、1个单向阀、1个岩屑过滤装置和1个压力传感器。管汇与外部设备及管汇内部设备间的连接及安装如下图所示，顶层和中层的设备按图中箭头所示向上翻转，该管汇与控制柜等配套设备安装在撬装底座上，结构合理而紧凑，不仅满足了节流、压力补偿、流量监测和放喷等工艺需要，而且便于运输安装及海上平台安装使用，有效节省管汇占地面积（中石油钻井院研制的精细控压钻井自动节流管汇占地面积14.63m2，与其相比减少近5m2），扩展了控压钻井的应用范围。 节流管汇示意图如下： 为了适用于海洋平台环境及场地要求，该液控系统的高压管路材质选用316L不锈钢，集中组装在控制柜内，与节流管汇一起安装在撬装底座上。该系统额定工作压力为10.5MPa，采用一台气动液泵和一台手动泵为系统提供液压源，通过蓄能器为系统保压，以维持各阀的正常工作及换向关闭，而且能够实现超压（≥23.5MPa）自动排放功能，以维持各阀的正常开启。该系统可通过远程自动控制、本地手动控制两种模式精确控制两只液动节流阀和两只液动平板阀的开关，而且为了保证操作安全，远控和手动控制具有互锁功能。第一，远程控制模式。通过计算机采用电控液方式控制高压液压油导通或关闭，从而对管线系统进行控制，实现对两只液动节流阀和两只液动平板阀开关的远程控制。第二，本地手动控制模式。若计算机控制系统出现问题，可以通过控制柜面板手动调节节流阀开度和平板闸阀的开关，本地控制采用液动换向阀直接控制液压回路，实现通道的切换和阀门开度的调节。自动节流管汇液控系统的回路设计主要包括气体回路、节流阀控制回路、平板阀控制回路。其中，气体回路。气体回路采用干净干燥的压缩气体，主要用于驱动气动液体增压泵的启停、调节气动增压泵的输出压力等。节流阀控制回路。节流阀控制是整个液控系统设计的关键，需要确保钻进期间井底压力的伺服控制。管汇中有两个液控节流阀YJ1_top和YJ2_top，要求能够同时对两个节流阀进行独立控制，因此，设计了两个相同的节流阀控制回路。自动控制时，节流阀阀位传感器接收信号，计算机自动控制比例电磁阀的阀芯开口度，调整高压液体的流量，可实现管汇节流阀开大或关小的速度及位置。现场手动控制时，能够手动控制三位四通换向阀，可控制高压液体进入节流阀上腔（或下腔），同时节流阀下腔（或上腔）的回油流回回液
7 2.1空气和气体钻井技术工艺分类 空气钻井以空气作为循环介质，但空气钻井的循环介质也可为天然气或氮 统称为空气和气体钻井技术。其技术实质是如何利用压缩空气将钻头在井底产 携带上来。在现场应用中，循环介质可以是压缩空气或天然气，氮气等，也可 气体的不可压缩流体。因此，空气和气体钻井技术在工艺上可分为四类[12]： (1)空气钻井(Air drilling)：仅使用压缩空气或其它气体作为循环介质 ≦2.5%)。 (2)雾化钻井(Mist drilling)：把一定的乳化水溶于空气中注入井内，地层 滴的形式被带返出井眼。雾化钻井所需空气量一般增加30%-40%。 (3)泡沫钻井(Foam drilling)：使用压缩空气或其它气体混以不可压缩的流 产生的连续泡沫作为循环介质(25%≧液相比≧2.5%)。 (4)充气钻井液(Aerated drilling)：使用压缩空气或其它气体与不可压缩流 物作为循环介质(液相比≧25%)。 表2-1为各种工艺的循环介质密度范围 [2] ： 表2-1欠平衡钻井流体的当量密度单 Table2-1 Equivalent mud density in underbalanced drilling 分类当量密度分类当量密 干气0.001～0.01充气液0.6～0 雾化0.01～0.03玻璃微珠，塑料微珠>0.7 泡沫0.03～0.46，有回压时更高液体0.96以 空气钻井适宜于非常干燥的，无任何流体侵入的层段，尤其是在白云岩、 石英砂等坚硬地层，钻速可以大幅度提高。在水敏性泥页岩，孔洞裂缝性易漏 空气钻井是十分理想的钻井手段。另外，空气钻井适宜于地层压力系数不高， 性强的地层。对于有些地层就不能应用空气钻井，比如：比较松软的地层或倾 层，因为此时使用空气钻井不能提供足够大的压力以防止井眼坍塌，而且很容 眼倾斜，这种情况下应当采用密度更高的钻井液。钻遇稳定性差的地层，易造第二章空气钻井介绍 8 钻遇高压油气层、含硫化氢地层及煤层，可能引起井下爆炸，导致钻井事故。 钻井在钻遇天然气或油层时有一定的燃爆的危险性，现在国内空气钻井主要用 较低的裂缝及溶洞性地层和严重漏失的地层，或者用泥浆不能建立正常的循环 用[13-20]。 2.1.1空气钻井的优势 (1)提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井总成本。由于气体密度很小 的压力很小，因此造成三轴围压严重失衡，岩石强度降低，塑性减弱，井底应 化，不但各点处压持应力小，而且在某些部分还出现岩石局部受拉现象。没有 钻头牙齿可以更好的切削井底，并把钻屑带离井底，这样对于清洗井底和提高 都有好处，如图2-1。在同样的地层钻进，其速度可达到普通泥浆钻井的10倍以 的机械钻速是很容易达到的。由于泥浆费用和钻头费用大大减少，以及钻头进 寿命延长，从而降低了起下钻次数等优点综合起来使总的钻井成本降低。 (2)减轻或消除钻井流体对油气层的伤害，并且能够随钻评价产层，如图
控压钻井技术规程 一、打开油气层前准备 1、打开油气层前要进行控压技术交底（交底内容:地质、工程、钻井液和井控装备、控压措施等方面）；技术交底由钻井监督和地质监督组织，预测地层硫化氢含量高地层压力异常井有有项目部井控专家组织,井队、录井、泥浆、控压、定向井及井控专家等相关人员参加，可以在钻开油气层验收时进行。交底要以本井钻井、地质设计和本井实际情况为依据，全面分析可能存在的井控风险，制定有针对性的技术措施和应急预案，并形成本井控压钻井作业指令书由井队遵照执行。如油田有新的规定,按油田规定执行。 2、由项目经理部依据设计确定钻开油气层的密度。 3、对井控装备、硫化氢检测与防护、泥浆材料、重浆及除硫剂的储备、人员配备、井控专家到井情况、应急预案及演练、钻开油气层提出问题的整改情况等进行全面检查合格后，方可打开油气层。 4、根据邻井实钻情况，预测油气显示层位井深，在钻开显示层前要预先在钻井液中加入2%的除硫剂进行预处理，并维持出口钻井液的PH值为11以上，现场除硫剂储备不少于5吨（以设计为准），新浆补充须符合钻井时的PH值和除硫剂的含量； 5、根据钻井井控实施细则或钻井设计的相关规定，现场确保储备比重1.40g/cm3以上重浆有效量80m3以上，石灰石储备100吨以上（以设计为准）。 6、强化泥浆和录井坐岗监测制度，无论任何作业工况，钻井班
都必须落实专人24小时坐岗，观察钻井液池液面变化和钻井液出口情况，确保第一时间发现溢流，迅速准确关井，并按汇报程序汇报。 7、奥陶系目的层作业，钻具内必须带两只浮阀（MWD接头前和出套管鞋安装），起钻前必须在井底充分循环(一周半以上)进出口钻井液密度差不超过0.02g/cm3正常后方可进行起钻作业，油气层以上300m严格控制起钻速度，起钻必须按起出钻具体积（闭排）的1.5倍挤灌井浆。地质录井队人员和泥浆坐岗人员必须依次记录灌入量，并核对与起出钻具体积是否相符，同时要观察灌钻井液的间隙中出口管是否断流等情况。 8、钻进中若遇到钻速突然加快、放空、气测及油气水显示异常等情况，立即停钻观察，泥浆工和录井队加强液面的监测。如出现井漏失返，立即吊灌起钻(吊灌量是起出钻具体积的1.5～2倍)，起到套管鞋，关井观察，泥浆工和录井核对好灌入量。 二、常规控压钻井技术措施 1、打开油气层关井观察15分钟后，如果套压≤5 MPa，直接进行常规控压作业，井口控压值≤5 MPa；若井口套压＞5MPa，可请示提高钻井液密度，利用工程师法节流循环压井，降低井口压力，最终井口控压值≤5MPa，液面基本稳定，进行常规控压钻进。 2、控压循环或钻进期间在钻井液中及时增加除硫剂含量，保持钻井液的PH值为11以上，维护钻井液性能；井口控压不大于5MPa 以微过平衡方式继续控压钻进，出口点火，专人监测空气中H2S含量。如果钻井液中H2S含量在一个迟到时间内大于20PPm时，立即进行
精细控压钻井在塔里木塔中油田的应用——郭庆丰 深井、复杂井钻井技术专场： 中国石油集团钻井工程技术研究院郭庆丰演讲——精细控压钻井在塔里木塔中油田的应用 尊敬的主持人，各位专家上午好。我是来自中石油钻井院的郭庆丰，很荣幸有这个机会把我们院的精细控压的研究和应用情况跟各位专家汇报。 我汇报分为五个方面，首先对控压钻井技术，包括它的国内外的一些应用和发展情况做一个简要的概况。这一段就是IDC对控压钻井的定义，首先控压钻井的最终的目的就是控制压力剖面，有两个技术的特征，首先要做到精细控制，第二就是自适应。自适应就是分为两个层面，一个是控压钻井的技术和装备要对井下工况的压力波动的自适应，所以同这个来讲只有具备了这两个特征才是控压钻井技术。 我们钻井从现代钻井开始基本是与压力打交道，所以压力控制是深入到钻井各方面的一个东西。所以这一块我们加了一个精细，就是有别于之前的简单的一些控制。而控压钻井具体要干什么，它主要的核心观念就是为了钻井的安全。这张图很简单的把控压钻井的一些原理说明了一下，因为技术原理很简单，就是因为常规钻井的压力波动超出了我们地层允许的可以称之为窄的窗口，所以说无法进行正常的钻井，带来了一系列的问题，而控压钻井是井底的压力波动曲线，相对于常规的波动它是很小，所以说它在蓝线和黑线的窄窗口中安全的进行钻井。 窄窗口面临的主要地层问题我们总结了六点，窄窗口主要面临就是超高压和含有硫的问题，还有井壁易塌，还有地应力高等。这是因为地质问题导致我们面临的工程问题，也是主要分为了六点。常规我们现在控压解决的核心焦点就是A和B，就是说我们在窄窗口上使用了高密度的钻井液导致了漏失，或者窄窗口上涌漏同存，我们实验中发现同存的可能性很小，基本上是同时存在。 控压钻井的主要作用和优势分为了三个方面。首先控压钻井消失了对井底压力的影响，这样就保证安全施工。第二个是井底的压力极巨见效，调节了密度钻井的空间。因为控压钻井主要是调节井口活压，通过它先进的装备我们可以调节井底的压力，调节状况。它是以一个循环周为计数，它的压力传递是压力波，基本上2秒可以作用到井底。所以对原来出现的一些情况我们就可以解决，这样就解决了原来的风险井、低效井，甚至原有技术不可能打的井我们都可以解决，这是主要分为六个方面。 主要的核心还是针对地层出现的压力体系多，压力异常，包括压力窗口窄的情况。第一个就是压力的敏感地层，上部的异常高、低压，枯竭油气层，深海的海底等等的压力的问题。 从2004年到2007年在北海亚太、墨西哥湾以及中国的南海和西部地区存在的寨口问题相当突出。下面就简要的介绍一下国内外控压钻井发展的情况，从这个曲线可以看到从上世纪60年代已经开始了这方面的应用，但是因为那时候的我们的油漆开采还没有进入到非常
控压钻井技术 控压钻井技术 国际钻井承包商欠平衡、控压钻井委员会（IADC UBD&MPD Committee）2003年给出了控压钻井技术的定义：控压钻井是一种自适应的钻井工艺，可以精确控制全井筒环空压力剖面，确保钻井过程中保持“不漏、不喷”的状态，即井眼始终处于安全密度窗口内。之后，国际钻井承包商协会又进一步将控压钻井技术分成两大类别：主动控压钻井技术和被动控压钻井技术。主动控压钻井技术是在钻前设计时融入控压钻井技术的理念，包括井身结构设计、钻井液设计和套管程序设计，从而达到精确控制井筒压力剖面的目的。被动控压钻井技术指使用一些设备如旋转控制头、节流阀和钻杆浮阀等，安全有效地处理井下事故。早期的控压钻井井底压力控制精度在0.35MPa以内，目前控制精度可高达0.1MPa，即基本实现井底压力的恒定。严格来讲，所有井都需要控制压力，都需要实施控压钻井，因为钻井的过程就是利用井筒流体压力（静止压力、动态压力等）来应对地层压力（孔隙压力、坍塌压力、漏失压力和破裂压力等）从而实现井内压力系统的某种平衡（近平衡、欠平衡、过平衡等）。钻井过程中的“卡、塌、漏、喷”几乎都跟井底压力有关，因此控压钻井并不是一个新名词，但随着钻井技术的发展，控压钻井被赋予了新的含义，突出体现在“有目的”和“精确控制”，控压钻井的本质就是确定井底压力界限，从而利用多种工具和技术有效控制相应的环空压力剖面以降低窄密度窗口条件下钻进时的风险与成本。 现代控压钻井技术是在欠平衡钻井和气体钻井基础上发展起来的钻井新技术。这三项技术有共同的特点，即都需要使用旋转防喷器、气体处理装置、节流管汇、单流阀等特殊设备。欠平衡钻井主要是为发现和保护储层、减少储层钻井问题、减小对储层的伤害、实现钻井过程中对油藏特性的优化等；气体钻井主要目的是钻井提速，大幅度提高难钻地层的钻井速度；控压钻井主要是为减少钻井过程中的复杂，通过降低大量钻井液的漏失和降低钻井相关的非生产时效等提高钻井经济性。三项技术有交叉，如欠平衡钻井也可以实现提速，气体钻井也可以实现储层保护，控压钻井即可以实现提速也可以实现储层保护等。欠平衡和气体钻井在钻井过程中井筒流体当量泥浆密度低于地层孔隙压力，而控压钻井在钻井过程中井筒当量泥浆密度大于或等于地层孔隙压力。换言之，欠平衡钻井和气体钻井是“欠平衡”，而控压钻井实质上是一种“微过平衡”。 控压钻井技术擅长应对高难度井 与传统过平衡钻井技术相比，控压钻井技术有更多、更有效、更迅速的手段和方法实现对井筒环空压力的控制，实现井底压力的相对不变。与欠平衡钻井技术相比，控压钻井技术是以解决钻井复杂事故为其基本出发点，采用微过平衡方式钻进，钻井过程中不诱导地层流体涌出，但能通过适当工艺设备安全、有效地处理操作中伴随涌入井筒的流体。过去在井口敞开情况下，靠改变泥浆密度调节井底压力，目前利用动态压力控制系统可以通过回压泵、节流阀系统让泥浆形成闭路循环，随时控制井底压力，达到平衡压力钻井。在含酸性有毒气体地层、井壁不稳定地层、漏失压力接近孔隙压力的地层等，控压钻井显示出比欠平衡钻井独特的优越性。 控压钻井工艺采用一系列的设备和技术，通过主动控制环空水力压力剖面，以消除或者降低与井下窄密度窗口环境相关的作业风险和费用。 控压钻井技术主要用于钻进窄密度窗口地层（高温高压井、海上深井等）、钻进衰竭性地层、开发成熟储层、保护易破碎地层，达到安全、高效、快速钻井的目的，减少套管使用，降低井漏和井涌风险，消除地层的呼吸效应，提高储层产量等。 目前控压钻井主要用于一些高难度井，如高温高压井、含酸性有毒气体的碳酸盐岩裂缝性地层、海洋窄密度窗口井，以及以前采用常规方法所无法钻达设计井深的井等。 国内控压钻井技术即将商业应用
第二节油气井钻井基本工艺流程 文本框: 一口井从开钻到完钻要经过破碎岩石、取出岩屑并保护井壁、固井和完井多道工序。其基本工艺流程如下： ①钻前准备：定井位、道路勘察、基础施工、安装井架、搬家、安装装备。 ②钻进：加深井眼的过程。 ③固井：下入套管、注水泥固井。 （钻进、下套管固井作业是交替进行的，循环次数与井身结构有关。具体过程如下：第一次开钻（一开）→钻达一开设计井深→下表层套管、固井；二次开钻→钻达二开设计井深→下技术套管套管、固井；（井身结构复杂的井，继续进行三开、四开……等阶段的钻进和 一口井从开钻到完钻要经过破碎岩石、取出岩屑并保护井壁、固井和完 井多道工序。其基本工艺流程如下： ①钻前准备：定井位、道路勘察、基础施工、安装井架、搬家、安装装 备。 ②钻进：加深井眼的过程。 ③固井：下入套管、注水泥固井。 （钻进、下套管固井作业是交替进行的，循环次数与井身结构有关。具体 过程如下：第一次开钻（一开）→钻达一开设计井深→下表层套管、固井； 二次开钻→钻达二开设计井深→下技术套管套管、固井；（井身结构复杂的 井，继续进行三开、四开……等阶段的钻进和固井）钻达设计井深，下入油 层套管、固井。） ④完井：按设计要求连通油、气层和井眼，安装井口装置。
文本框: 1.钻前准备 在确定井位、完成井的设计后，钻前工程是钻井施工中的第一道工序，它主要包括： (1)修公路。修建通往井场的运输用公路，以便运送钻井设备及器材等。 (2)井场及设备基础准备。根据井的深浅、设备的类型及设计要求来平整场地，进行设备基础施工(包括钻机、井架、钻井泵等的基础)。 (3)钻井设备搬运及安装。包括设备就位、找正、调整、固定；钻井循环管线和油、气、水、保温管线及罐的安装等。 (4)井口设备准备。包括挖圆井(或不用)、下导管并封固、钻鼠洞及小鼠洞等。
1.1 写出以下名词的解释或定义。（10分） （1）多分支井钻井： （2）几何导向钻井： （3）地质导向钻井： （4）套管钻井： （5）控压钻井： （6）泥浆帽钻井（mudcap drilling ）： 1.2根据课程学习对现代钻井技术包含的内容和未来钻井技术发展方向做一简单评述。（10分） 1.2 根据课程学习分析我国（或所在单位）钻井技术发展现状、存在问题和努力方向。（10分） 1.3 根据课程学习分析我国钻井技术发展现状、存在问题和努力方向。（10分） 1.4 写出十种以上钻井新技术的中、英文名称。（10分） 1.5 写出如下英文缩写词的英文全称和中文含义。（10分） 2.1 完成一口水平井的设计和施工将包含哪些方面的技术研究工作？（10分） 2.2 水平井有那几种井眼类型？简述超短半径径向水平井的实现方法（给出原理图）。（10分） 2.3 简述水平井方位、压裂裂缝走向与地应力的关系。（10分） 2.4 简述短半径侧钻水平井技术的优点、设计原则。（10分） 2.5 如何确定侧钻水平井开窗位置，简述套管开窗的常用方法。（10分） 2.6 简述水平井钻井钻导眼的作用和类型特征（绘图并给出解释）。（10分） 2.7 简述水平井裸眼（机械）封隔器分段压裂的工艺方法和作业程序（最好有结构图做辅助说明）。（10分） 2.7 绘出一种水平井裸眼分段压裂作业管柱（压裂管柱）的结构示意图，标明各主要部件的名称，描述其实现分段压裂的作业流程。（10分） 2.8 简述水平井水力喷射分段压裂的工艺原理、方法（作业程序）和特点。（10分） 2.9 介绍几种（三种以上）常用的水平井分段压裂方法，简述其工艺流程和特点。（10分） 2.10 什么是工厂化作业？简述或举例说明钻井过程中是如何进行工厂化作
控压钻井技术的研究与应用 发表时间：2017-07-26T17:23:25.697Z 来源：《基层建设》2017年第10期作者：闫雷[导读] 摘要：随着经济的发展，石油资源的需求量不断增加，提高石油开采效率，降低开采成本是当前石油企业关注的重要课题，控压钻井技术是当前石油钻探中常用的钻井技术，其是一种用于精确控制整个井筒环空压力剖面的自适应钻井程序的钻井技术，其目的是确保井底压力环境极限和控制环空水力压力剖面的一致性。 长城钻探钻井三公司辽宁盘锦 124010 摘要：随着经济的发展，石油资源的需求量不断增加，提高石油开采效率，降低开采成本是当前石油企业关注的重要课题，控压钻井技术是当前石油钻探中常用的钻井技术，其是一种用于精确控制整个井筒环空压力剖面的自适应钻井程序的钻井技术，其目的是确保井底压力环境极限和控制环空水力压力剖面的一致性。本文对控压钻井进行了简介，阐述了现行控压钻井技术的应用，分析了未来的控压钻井技术的发展趋势。 关键词：控压钻井；应用；发展控压钻井技术是近年来发展起来的一项解决复杂钻井问题的重要技术。它是经过很多改进的一种钻井程序，能够精确控制井筒环空的压力剖面，并平衡境内的压力，有效地减少因为井内压力造成的事故的发生，其最终目标是保证井底压力和环空水力的压力剖面保持一致。正因为控压钻井技术的优点，近年来被各大油田广泛使用。 一、控压钻井技术简介 对于石油开采总的控压钻井技术有着各种各样的介绍方法，即使这些表达的方式不是完全一样的，但是在对于这种技术的优势和特征上面还是基本上相同的。这种技术主要运用在需要细致的调控这整个油井井眼压力狈面的，在实际开采中应用的钻井流程，这种方法要达到的目标是可以保证井底压力可以在承受的范围以内波动。 我国对于这种技术也有着自己的研究，并且给出了有关这种技术的概念，也就是说，在大体上这种技术的有点是能够让开采石油的成本降低、操控比较简单、时间比较短、效率比较高等等，重点是表现在以下几个方面：第一，在石油钻井的流程当中，地质的表层流体非常轻易的就可以侵入，这样就程度比较大的影响钻井效果有的时候甚至是造成了钻井的故障的发生，平添了钻取程度比较深的井的危险。如果将控压钻井技术的话，那么就可以对于井底的内部环境压力进行良好的操控，提升了整个钻井的效果。第二，这种技术可以对压力的回流、流体的质量和体积之比、流体的变化性能等进行实时的监督调控，而且在钻井过程中对于这些监督控制的情况可以产生相对的措施，这样就可以产生速度比较快的、效率比较高的、成本比较低的故障处理方式。第三，这种技术可以实现孔缝隙压力和挤压破裂压力之间的调控监督测量，或者在没有开始之前就进行预计检测，在比较靠前的时间之内就可以对易于产生的井涌、井的泄漏、井的坍塌等故障进行良好的防护工作，这样就尽量能让损失降到最低。 二、控压钻井技术的应用 1、精细控压钻井技术 通过对控压钻井技术进行有效的使用，可以较为迅速的对井口回压进行提升，进而对井口与井底的压力进行有效的控制。这样一来，就防止了钻井过程中钻探深部复杂底层出现的有害气体泄漏、井漏、井涌等安全问题。一旦实现了对于井侵进一步扩散的防止，将大大提升施工作业的安全性与可靠性。精细控压钻井技术可通过井下适时测压工具将井底压力、钻具组合、钻井液性能、钻井液流量等数据传送到电脑软件，通过运算发出指令，从而有效调节控制井口和井底压力。我们将精细控压钻井技术与常规的控压技术进行一定程度的对比分析，不难发现精细控压钻井技术在数据获取方面更为优越，它能够实时获取到井底的压力数据，并对压力状况进行充分的结合，然后在此基础之上完成压力补偿操作，有效实现了井内压力的自动调控和压力液的不间断循环。 2、微流量控压钻井技术 对于微流量控压钻井技术而言，其优点主要表现在如下几个方面：装备相对简单、操作方面的灵活性较强、无风险且能够对地下钻井进行实时监测。微流量控压钻井技术的工作原理主要如下：通过精确的控制钻井液的流入量和流出量来调节钻井液流量等参数，将采集到的地层压力的所有信号传送到计算机采集系统中，经计算机处理后进行下一步指示，实现安全钻井。通过对微流量控压钻井技术进行有效的使用，能够在很大程度哈桑对压液的监控精度进行提高，同时，它还能够提高石油钻井的安全性。 3、Reel Well钻井技术 相比于前两种控压钻井技术而言，Reel Well钻井技术较为新型，这一技术的优势主要体现在如下方面：提高钻井的安全性与作业效率；在有压力挑战性的底层钻进中发挥重要作用。对于Reel Well钻井技术来说，它主要是基于钻井液流动的控制仪器研究之上，其设备主要是由双壁钻杆、滑动活塞、双浮动阀等组成。Reel Well钻井技术的特点主要表现在三个方面。分别是无隔水管钻井、闭路循环系统以及井眼清洁。 三、未来控压钻井技术的发展 1、压钻井技术的适应环境 通过控压钻井技术，能够有效地保证在密度较小的井口进行工作，还能够适应于高温高压的环境，防止油气渗漏的现象发生，能够减少操作人员手动的步骤，尽可能的保证工程的自动化，使用各种搭配的设备，能够保证加快了钻井工作的速度，保证了工作质量，防止工程的事故发生。 2、国内控压钻井技术的不足 现阶段，国内使用的控压钻井技术还存在着很多的不足，还不能够保证在钻井过程中的充气平衡，但是向国外借取设备的费用比较高，还不能解决实际问题，这就直接的导致了控压钻井技术在国内的使用，还达不到最良好的效果。这就要求我们要能够对国内使用的控压钻井技术进行研究，改进充气平衡的问题，能够补充在使用过程中的不足，还能够在一定程度上提升了控压钻井技术的实用性。 3、降低控压钻井技术的使用成本 现阶段，国内外的控压钻井技术在使用的过程中，尽管能够降低一定的生产成本，但是价格还是比较昂贵。这就要求我们在新技术的研究过程中，要能够对其成本进行控制，能够使控压钻井技术更加的具有经济性，能够得到更大范围的推广，方便了石油开采工程的使用。
控压钻井新技术及其应用 Dave Elliott 壳牌勘探与生产公司荷兰海牙 Julio Montilva 壳牌勘探与生产公司美国得克萨斯州休斯敦Paul Francis 荷兰海牙 几十年来，钻井工程师们一直都是采取谨慎控制泥浆比重，使其静水压力高于所钻地层孔隙压力的做法。如今，工程师们发现通过在地面控制压力来控制井底钻井工况具有很大的优势，从而突破了以往在井壁稳定性和地层破裂压力方面遇到的限制。 Don Reitsma Jaye Shelton 得克萨斯州休斯敦 Vincent Roes Talisman能源公司 加拿大艾伯塔省卡尔加里 《油田新技术》2011 年春季刊：23 卷，第 1 期。?2011 斯伦贝谢版权所有。 在编写本文过程中得到以下人员的帮助，谨表谢意：休斯敦的 SonnY EsPEY，Paul FREDERicks，WaYnE Matlock，MaRiE MERlE，MikE RaffERtY，RoGER SutER 以及 ERic WilsHusEn。 HOLD 是斯伦贝谢公司的商标。 AUTOCHOKE 和 WARP 是 M-I 有限责任公司的商标。 钻井作业处在高压与低压环境 内。异常的地层压力可能会导致机械 钻速降低，钻井成本增加，甚至钻井 失败。随着这种情况的频繁出现，作 业者现在都致力于使用不同于以往的 钻井新技术来避免发生压力相关的钻 井问题。其中一种新技术便是控压钻 井技术（MPD）。 传统的钻井技术通过控制井眼环 空的静水压力来防止地层流体进入井 筒。最理想的情况：钻井液或泥浆经 过钻柱从环空返出期间能够产生一个 高于所钻地层孔隙压力但又低于其破 力范围就是钻井窗口，或称为孔隙压 力-破裂梯度窗口。一旦ECD超出这一 范围，作业人员就必须下套管，开始 钻进下面较小的井眼。保持井底压力 高于地层孔隙压力梯度的钻井方式称 为过平衡钻井（OBD）。自20世纪初 期，绝大多数井都是采用这种方式钻 进的。但是OBD也有其弊端，其中最 大的弊端就是为了平衡地层压力而增 加钻井液密度，使得ECD接近地层的 初始破裂压力，因此不得不下入多级 套管来防止井漏。 在某些情况下，尤其是超深水 14 裂压力的当量循环密度（ECD）[1]。钻 井专家将这一压力称为破裂梯度。介 于孔隙压力和初始破裂压力之间的压 钻井，即使在浅层段，相对于地层强 度，孔隙压力也可能很高，这就迫使 作业者在钻达目的层之前下入大批套 油田新技术
文本框: 一口井从开钻到完钻要经过破碎岩石、取出岩屑并保护井壁、固井和完井多道工序.其基本工艺流程如下： ①钻前准备：定井位、道路勘察、基础施工、安装井架、搬家、安装装备. ②钻进：加深井眼地过程. ③固井：下入套管、注水泥固井. （钻进、下套管固井作业是交替进行地，循环次数与井身结构有关.具体过程如下：第一次开钻（一开）→钻达一开设计井深→下表层套管、固井；二次开钻→钻达二开设计井深→下技术套管套管、固井；（井身结构复杂地井，继续进行三开、四开……等阶段地钻进和文档收集自网络，仅用于个人学习 一口井从开钻到完钻要经过破碎岩石、取出岩屑并保护井壁、固井和完 井多道工序.其基本工艺流程如下： ①钻前准备：定井位、道路勘察、基础施工、安装井架、搬家、安装装 备. ②钻进：加深井眼地过程. ③固井：下入套管、注水泥固井. （钻进、下套管固井作业是交替进行地，循环次数与井身结构有关.具体 过程如下：第一次开钻（一开）→钻达一开设计井深→下表层套管、固井； 二次开钻→钻达二开设计井深→下技术套管套管、固井；（井身结构复杂地 井，继续进行三开、四开……等阶段地钻进和固井）钻达设计井深，下入油 层套管、固井.） ④完井：按设计要求连通油、气层和井眼，安装井口装置. 文本框: .钻前准备 在确定井位、完成井地设计后，钻前工程是钻井施工中地第一道工 序，它主要包括： ()修公路.修建通往井场地运输用公路，以便运送钻井设备及器材 等. ()井场及设备基础准备.根据井地深浅、设备地类型及设计要求来 平整场地，进行设备基础施工(包括钻机、井架、钻井泵等地基础). ()钻井设备搬运及安装.包括设备就位、找正、调整、固定；钻井 循环管线和油、气、水、保温管线及罐地安装等. ()井口设备准备.包括挖圆井(或不用)、下导管并封固、钻鼠洞及 小鼠洞等. 图沙漠公路与井场 文本框: .钻进 钻进是以一定压力作用在钻头上，并带动钻头旋转使之破碎井底地层岩石，井底岩石被破碎后所产生地岩屑通过循环钻井液被携带到地面上来地作业.文档收集自网络，仅用于个人学习钻进作业工序： 概括起来钻进作业可包括如下道工序： ①下钻：将由钻头、钻铤、方钻杆组成地钻杆柱下入井中，使钻头接触井底，准备钻进. ②正常钻进：又称纯钻进.启动转盘(或井底动力钻具)通过钻杆柱带动井底钻头旋转，给钻头施加适当地压力(钻压)以破碎岩石.与此同时，开动泥浆泵循环泥浆，冲洗井底，携出岩屑，保护井壁，冷却钻头.文档收集自网络，仅用于个人学习 .钻进