控压钻井技术及实践培训讲义工艺课件.ppt
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- 钻井 技术 实践 培训 讲义 工艺 课件
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1、 2 23 3控压钻井技术介绍控压钻井专用装备1 1设计与应用实例n 转盘(或顶驱)驱动旋转钻井方式:转盘(或顶驱)驱动旋转钻井方式:由钻头、钻铤及稳定器等组成的由钻头、钻铤及稳定器等组成的BHABHAn 井下动力钻具旋转钻井方式:井下动力钻具旋转钻井方式:螺杆钻具、涡轮钻具、电动钻具螺杆钻具、涡轮钻具、电动钻具n 井下动力与钻柱复合驱动旋转钻井方式井下动力与钻柱复合驱动旋转钻井方式(双驱双驱)n 特殊工艺旋转钻井方式:特殊工艺旋转钻井方式:气体、气体、控压钻井控压钻井、套管钻井、连续管钻井、膨胀管钻井等。、套管钻井、连续管钻井、膨胀管钻井等。n 冲旋钻井方式冲旋钻井方式(空气锤钻井等空气锤钻
2、井等)钻井方式及其选择 钻井压力控制钻井压力控制是钻井技是钻井技术永恒的研究课题。术永恒的研究课题。钻井压力的重要性我们敬畏“钻井压力”u 压力是钻井设计的基础数据。在设计井身结构、井控、井眼稳定、钻井液、地层流体控制、钻井安全、提高速度、套管设计、固井、完井中,设计设备工具都必须使用的参数。u 压力是钻井施工需要控制的最基本的参数,是钻井技术人员首要考虑和控制的参数。u 钻井的压力控制技术随着勘探、开发及工程技术领域的需要而发展。很久以来,现场的钻井工程师们一直都采取谨慎的很久以来,现场的钻井工程师们一直都采取谨慎的做法控制钻井液密度,使其做法控制钻井液密度,使其静液柱压力静液柱压力高于所钻
3、地层孔高于所钻地层孔隙压力、坍塌压力、漏失压力和破裂压力。隙压力、坍塌压力、漏失压力和破裂压力。现如今,钻井工程师们发现通过靠现如今,钻井工程师们发现通过靠在地面控制套压在地面控制套压来控制井底钻井工况来控制井底钻井工况具有很大优势,从而突破了以往在具有很大优势,从而突破了以往在井壁稳定和地层漏失与破裂压力方面遇到的限制。井壁稳定和地层漏失与破裂压力方面遇到的限制。这便是这便是 油气层的发现与保护、井壁稳定、漏失、井控问题油气层的发现与保护、井壁稳定、漏失、井控问题在常规的钻井(过平衡钻井)工艺中控制/改变环空压力的方法是提高 钻井液密度或降低 钻井液密度钻井泵不用作控制当量钻井液密度之用在常
4、规的钻井(过平衡钻井)工艺中控制/改变环空压力的方法是提高 钻井液密度或降低 钻井液密度钻井泵不用作控制当量钻井液密度之用这是一个缓慢,并且耗费时间的过程以提高或降低井筒环空水力压力为手段来应对处理复杂情况,其时间是非常有限的。2022-11-4 IADC UBD&MPD Committee定义 精细控压钻井技术(MPD)是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井技术,其目的是确定井下压力环境界限,并以此控制井眼环空压力剖面对不同工况过程,井口回压控制实现动态高精度自动控制实时的井底压力通过监测压力、流量参数,自动调整井口回压 MPDMPD技术技术是随着井控技术的发展在欠平衡钻井技术发
5、展是随着井控技术的发展在欠平衡钻井技术发展的过程中逐渐发展起来的,其关键是将钻井液循环系统作为的过程中逐渐发展起来的,其关键是将钻井液循环系统作为一个压力容器进行控制,是一项改进的钻井程序,是一种主一个压力容器进行控制,是一项改进的钻井程序,是一种主动控制井筒内压力的方法。动控制井筒内压力的方法。能有效解决钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等复杂情能有效解决钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等复杂情况的钻井新技术。况的钻井新技术。控压钻井包括:欠平衡、过平衡和泥浆帽等钻井方式。控压钻井包括:欠平衡、过平衡和泥浆帽等钻井方式。1、将设备、工具与工艺相结合,通过控制环空压力剖面,减少窄安全密度窗口钻井相关
6、的风险和投资;2、可以对回压、钻井液密度、钻井液流变性、环空液面、环空循环压耗和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制;3、可以快速应对。及时处理观察到的井口与井底压力变化、钻井液进出口流量变化,动态控制环空压力、出口流量,更经济地完成其它技术不可能完成的钻井作业;4、可用于避免地层油气水大量进入井筒、只进不出的井漏、严重的井壁力学坍塌问题,使作业过程中发生的井内地层流体进入井筒的流动、井筒内钻井液进入地层都是安全的、可控的。优势 通过高精度质量流量计及时检测出口流量变化,当检通过高精度质量流量计及时检测出口流量变化,当检测到出口流量增加到一定值时,综合判断有地层流体侵入测到出口流量增加到一定值时
7、,综合判断有地层流体侵入井筒,控压钻井系统开始增加井口回压,增加井底压力,井筒,控压钻井系统开始增加井口回压,增加井底压力,抑制进一步溢流发生。抑制进一步溢流发生。高精度质量流量计检测到出口流量减少时,综合判断高精度质量流量计检测到出口流量减少时,综合判断地层发生漏失,立即逐步降低井口回压,井底压力,抑制地层发生漏失,立即逐步降低井口回压,井底压力,抑制井漏,有效解决窄窗口安全钻井问题。井漏,有效解决窄窗口安全钻井问题。当检测到井壁出现掉块时,立即增加井口回压,抑制当检测到井壁出现掉块时,立即增加井口回压,抑制井壁掉块。井壁掉块。优势精细控压钻井优点 工程方面:1、井控安全:及时发现溢流或漏失
8、并迅速处理。2、钻井提速:(1)井下安全:及早发现溢流、漏失并迅速方便处置,快速抑制井壁掉块,减少卡钻几率;(2)提高机械钻速:降密度,减压持效应;(3)提高钻井时效:通过调整套压减少加重泥浆、堵漏时间。油气层发现与保护 1、随钻测试地层孔隙压力,及时发现油气层;2、用较低密度的钻井液钻油气层,保护油气层。控压钻井具有独特的优势:控压钻井具有独特的优势:勘探上:及时发现和有效保护油气层。勘探上:及时发现和有效保护油气层。开发上:除具有勘探上的优势外,还能降低综开发上:除具有勘探上的优势外,还能降低综合开发成本,实现开发目的。合开发成本,实现开发目的。钻井工程上:及时发现、处置溢流和漏失乃至钻井
9、工程上:及时发现、处置溢流和漏失乃至井壁坍塌,防止粘卡,提高机械钻速,缩短加重时井壁坍塌,防止粘卡,提高机械钻速,缩短加重时间和堵漏时间。间和堵漏时间。漏失压力漏失压力孔隙压力孔隙压力坍塌压力坍塌压力坍塌区坍塌区欠平衡区欠平衡区过平衡区过平衡区漏失区漏失区 井内四种压力状态红色区为钻井禁区,黄色区为控压钻井区井深井深压力压力常规钻井井控要求:井底压力当量密度=地层孔隙压力当量密度+密度附加值,保证在停止循环时压稳油气水层。那么在循环期间的井底压力当量密度(ECD)=地层孔隙压力当量密度+密度附加值+环空循环压耗当量密度。说明在循环期间井底的正压差当量密度=密度附加值+环空循环压耗当量密度。这个
10、值一般为0.05至0.15g/cm3,压力3至6MPa。控压钻井技术的奥妙控压钻井与常规钻井的比较优势:井漏:开泵就漏,停泵井内钻井液液面不降;开泵就不返,停泵井内钻井液液面下降,但漏失速度可以接受。此时控压钻井技术能够解决。粘卡:压差是主要卡钻因子,特别是大斜度和水平井。控压钻井正压差降低3至5MPa,降低50至90%。排量:相同的立管压力,采用控压钻井技术排量能够提高5至15%。井壁坍塌:控压钻井循环与不循环井眼内压力相同,不波动。机速:控压钻井“压持效应”低。泥浆流变参数:控压钻井降低密度就要减少有害固相。控压钻井技术的奥妙 控压钻井控制井底压力,钻进时保持井底压力稳定,减少钻具活动引起
11、的压力波动常规钻井接接单单根根起起下下钻钻静静止止地层压力地层压力控制范围控制范围井底恒压控压钻井井内压力对比 常规钻井以静止时钻井液平衡地层压力为原则,并加上附加值。钻进时井底压力远高于地层压力,特别是高密度循环压力高的深井。1 1、压力敏感地层、压力敏感地层 这类地层,多属裂缝、溶洞等连通性好的问题,对压力这类地层,多属裂缝、溶洞等连通性好的问题,对压力 十分敏感,安全密度窗口很窄,往往停泵井涌,开泵漏失。十分敏感,安全密度窗口很窄,往往停泵井涌,开泵漏失。2 2、长井段同一压力系统、长井段同一压力系统 在一个井段内,由于断层等因素使地下某一井段流体串在一个井段内,由于断层等因素使地下某一
12、井段流体串通,这一段的地层压力梯度等于地层流体密度,一般钻井液通,这一段的地层压力梯度等于地层流体密度,一般钻井液密度高于地层流体密度。这样,当平衡上部地层时,钻开下密度高于地层流体密度。这样,当平衡上部地层时,钻开下部地层会发生漏失,降低密度上部地层流体会有外溢部地层会发生漏失,降低密度上部地层流体会有外溢。控压钻井主要应用范围3 3、枯竭油气层、枯竭油气层 老油田油藏枯竭油气层压力降低,由于岩石应力发生变化重新老油田油藏枯竭油气层压力降低,由于岩石应力发生变化重新分布,而出现钻井问题。井壁稳定仍然需要较高的泥浆密度,但是分布,而出现钻井问题。井壁稳定仍然需要较高的泥浆密度,但是该地区的油藏
13、及非油藏地层的岩石破裂压力梯度均降低了,这种情该地区的油藏及非油藏地层的岩石破裂压力梯度均降低了,这种情况往往降密度时上部地层存在稳定问题,否则下部地层会出现漏失。况往往降密度时上部地层存在稳定问题,否则下部地层会出现漏失。4 4、小井眼、小井眼 随着煤层气开发,侧钻井的增多,小井眼由于环空尺寸较常规随着煤层气开发,侧钻井的增多,小井眼由于环空尺寸较常规井眼井眼 环空小很多,环空压力损耗高,当量泥浆循环密度高。由于泥环空小很多,环空压力损耗高,当量泥浆循环密度高。由于泥浆抽汲的作用可能造成井涌或者压裂地层。浆抽汲的作用可能造成井涌或者压裂地层。控压钻井主要应用范围5 5、高密度深井、高密度深井
14、 高密度深井循环压耗高,安全压力窗口往往接近或小于循环压高密度深井循环压耗高,安全压力窗口往往接近或小于循环压耗,造成开泵漏失与停泵溢流。四川页岩气龙马溪地层。耗,造成开泵漏失与停泵溢流。四川页岩气龙马溪地层。6 6、深海海底、深海海底 深水中由于海底疏松的沉积和海水柱作用,地层压力和破裂压深水中由于海底疏松的沉积和海水柱作用,地层压力和破裂压力接近,极易发生井漏的事故。力接近,极易发生井漏的事故。“海洋海洋973973项目项目”7 7、上部存在异常高压层、上部存在异常高压层 在一个裸眼井段内,当上部存在异常高压地层,钻开下部正常在一个裸眼井段内,当上部存在异常高压地层,钻开下部正常压力地层或
15、目的层,由于孔隙压力、漏失压力或破裂压力时,会发压力地层或目的层,由于孔隙压力、漏失压力或破裂压力时,会发生漏失。生漏失。8 8、容易坍塌和漏失的薄弱地层、容易坍塌和漏失的薄弱地层 薄弱地层引起的窄窗口。薄弱地层引起的窄窗口。控压钻井主要应用范围 消除了开停泵和循环压耗对井底压力的影响这一特点对深井的安全施工、提高速度极为有利 有效控制井底压力在窄窗口范围内控压钻井小幅度的压力波动,扩大了钻井液密度的调节空间,对水平井和窄压力窗口井非常有效 快速调节井下环空压力在不调整钻井液密度的情况下,快速应对地层压力的变化,这一特点对油气层保护有利 精细控压钻井主要作用 控压钻井(MPD,Managed
16、Pressure Drilling)的概念,最先由美国At Balance公司提出;全球第一套控压钻井管汇由美国T3能源服务有限公司(EEC)为At Balance成套,使用HXE节流阀及HPT平板阀。截至目前T3公司已经为全球各大公司如Weatherford,Harlliburton,Schlumberger 等共成套MPD管汇100多套;Reitsma D 和Van Riet E:“Utilizing an Automated Annular Pressure Control System for Managed Pressure Drilling in Mature Offshore O
17、ilfields”,2005年9月6-9日首次发表在SPE 96646上。控压钻井技术发展历程国际:国际:2004年IADC成立了欠平衡/控压钻井专业委员会,针对“什么是控压钻井”给了详尽的定义。2010年IADC又专门成立了双梯度控压钻井委员会,又对“什么是双梯度控压钻井”给出了定义:包括定义、装备、流体设计、FEED和QHSE考虑等。国际:国际:控压钻井技术发展历程控压钻井的发展历程上世纪60年代2000年装备开发2004年后应用发展开始在陆上应用,未引起人们重视2000年应海上石油勘探开发增长了对MPD的需求,DAPC系统开始设计开发,2004年研制完成MPD装备2005年DAPC系统应
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