控压钻井装备与技术介绍ppt课件.ppt

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1、2014年9月,精细控压钻井装备与技术,郭庆丰中国石油集团钻井工程技术研究院,主要内容,前言控压钻井工艺技术精细控压钻井系统主要成果与技术创新现场应用情况经济社会效益及推广应用前景,精细控压钻井系统是精细控压钻井工艺技术的载体，实现了“看着井底压力来打井”，可有效解决窄密度窗口造成的井漏、井涌、井壁失稳、卡钻等复杂事故。国外在2007年开始工业化应用，目前已成为许多油田勘探、开发必备的钻井技术。,3,Schlumberger公司的DAPC系统 Halliburton公司的MPD系统 Weatherford公司的MFC系统,控压钻井核心技术一直由3大石油服务公司垄断，不出售产品，仅提供高额的技术

2、服务：,一、前 言,2022/11/12,-3-,4,2009年以来，塔里木油田引进Halliburton公司的MPD系统，在塔中完成精细控压钻井20余井次，应用结果表明：精细控压钻井技术能够有效预防和控制溢流和井漏、避免井下复杂、大幅度降低非生产时间、缩短钻井周期；能够保护油气层、提高水平段延伸能力、有利于提高单井产能,一、前 言,2022/11/12,-4-,自2008年，钻井工程技术研究院依托国家科技重大专项和集团公司重大工程技术现场试验项目，历时3年，自主研发了具有国际先进、国内领先水平的PCDS-I精细控压钻井系统装备，为解决国内塔里木盆地、新疆南缘、玉门青西、四川盆地及柴达木盆地等

3、窄密度窗口问题突出地区的漏、溢、塌、卡等复杂钻井难题提供了新的有效技术手段。该系统填补了国内空白，打破了国外垄断，达到了国外同类技术的先进水平,一、前 言,PCDS-I精细控压钻井系统已先后在我国塔里木、川渝、华北、冀东及印尼等国内外控压钻井服务热点和难点地区，成功开展现场试验与服务20口井，取得了良好的市场应用效果，得到了油田公司的充分认可和肯定,一、前 言,2012年以来，通过精细控压钻井系统装备的集成工业推广应用、设备产品销售、技术支持与服务等产生直接经济效益巨大,主要内容,前言控压钻井工艺技术精细控压钻井系统主要成果与技术创新现场应用情况经济社会效益及推广应用前景,2022/11/12

4、, 解决钻井复杂问题，提高经济性 不许连续溢流出现 增加自动控制系统 开式或闭环钻井 近平衡或略过平衡钻井,控压钻井MPD技术 “从欠平衡技术基础上发展起来” 简单地说：在钻井循环时直接测量井底压力，动态控制井底压力；在停止循环时，动态控制井口压力,二、控压钻井工艺技术,-8-,2022/11/12,二、控压钻井工艺技术,-9-,控压钻井的手段 地面加回压,井底恒压钻井是陆上控压钻井的主要方式，主要解决窄窗口钻井问题，但不能解决大溶洞大裂缝地层的漏失问题，特点是需要地面节流加回压,二、控压钻井工艺技术,-10-,常规钻井控压钻井,井底压力变化规律,正常压力窗口,窄压力窗口,MPD静液压力,井底

5、压力,二、控压钻井工艺技术,2022/11/12,-11-,钻井液密度原则 正常的钻井液密度时，静液柱压力必须小于地层压力，并且有一定有压力空间，是一个欠平衡状态，在无回压的情况下存在作业风险近平衡控压钻井 当量循环密度等于或略大于地层压力，压力波动时，偶 尔有欠平衡状况欠平衡控压钻井,控压钻井压力设计与控制,二、控压钻井工艺技术,不同工况压力控制示意图,控压钻井压力的过程控制,二、控压钻井工艺技术,-13-,在不调整钻井液密度的情况下，快速应对井下情况的变化，随时调整进行液相的过、近、欠平衡作业,消除了循环压力对井底压力的影响,有利于深井和高温高压井的安全施工、提高速度,控制井底压力小幅度波

6、动,有效控制井底压力在窄范围内； 有利于水平井和窄压力窗口井作业。,快速调节井下环空压力,控压钻井的应用优势,技术上的风险井 低经济效益的井 以前“不可钻”的井,减轻对地层伤害 解决窄压力窗口问题 降低压差卡钻 提高钻速 增加钻井安全性 延长水平段,二、控压钻井工艺技术,主要内容,前言控压钻井工艺技术精细控压钻井系统主要成果与技术创新现场应用情况经济社会效益及推广应用前景,PCDS-精细控压钻井系统构成,自动节流管汇系统回压补偿系统液气控制系统自动控制系统自动控制软件随钻压力测量工具（可选）,三、精细控压钻井系统,-16-,自动节流管汇,三、精细控压钻井系统,PCDS-精细控压钻井系统构成,2

7、022/11/12,-17-,回压补偿系统,三、精细控压钻井系统,PCDS-精细控压钻井系统构成,2022/11/12,-18-,自动控制系统及控制中心,三、精细控压钻井系统,PCDS-精细控压钻井系统构成,自动控制系统软件,中心控制房,2022/11/12,-19-,控压钻井工艺及控制软件,三、精细控压钻井系统,技术特点,三、精细控压钻井系统,2022/11/12,-21-,技术特点,三、精细控压钻井系统,2022/11/12,-22-,PCDS-精细控压钻井工艺流程,正常钻进时流程,三、精细控压钻井系统,2022/11/12,-23-,PCDS-精细控压钻井工艺流程,起下钻、接单根流程,三

8、、精细控压钻井系统,-24-,PCDS-精细控压钻井工艺流程,气侵时流程,三、精细控压钻井系统,-25-,PCDS-精细控压钻井工艺流程,维护旋转头流程,三、精细控压钻井系统,-26-,与国外同类产品性能指标对比,三、精细控压钻井系统,-27-,27,总体达到国外同类技术的先进水平,主要内容,前言控压钻井工艺技术精细控压钻井系统主要成果与技术创新现场应用情况经济社会效益及推广应用前景,通过持续攻关、改进完善与现场应用，形成的主要成果： 一套重大技术精细控压钻井技术 一套特色方法控压钻井装备实验与检测方法 一套精细控压钻井装备PCDS-I精细控压钻井系统 一个重点实验室控压钻井模拟、测试与评价实

9、验室 申报专利21项，其中发明专利8项 精细控压钻井系统标准与技术规范 组建两支控压钻井试验与技术服务队伍,四、主要成果与技术创新,取得了控压钻井技术应用的重大突破，真正实现了国产精细控压钻井装备和技术的商业化应用,2022/11/12,-29-,微流量监测与处理工艺技术 环空压力监测与控制工艺技术 回压补偿工艺技术 近、过平衡精细控压技术 欠平衡精细控压技术,控制参数曲线图,通过20口井的现场应用完善形成适应不同工况的精细控压钻井技术系列,-30-,四、主要成果与技术创新,形成一套精细控压钻井技术,形成一套控压钻井装备实验与检测方法,实验、测试方法: 控压钻井工艺模拟实验方法 单元测试技术

10、控压钻井装置的性能测试与评价方法,不同工况下控压钻井工艺模拟实验 单元测试 整机性能测试与评价,实验室工艺模拟及测试、评价内容,四、主要成果与技术创新,2022/11/12,-31-,五、主要技术创新或技术突破,精确近平衡控压钻井技术欠平衡控压钻井技术微流量控压钻井技术,不同的地质条件下的表现形式： 平衡钻井，入口流量=出口流量微溢流钻井，发现产层微漏失钻井，含硫化氢地层,技术方式,1、根据地质要求，控制少量溢流，实现有效防漏2、欠平衡控压边点火边钻进，利于发现油气层，提高钻速3、监测钻井液出入口流量变化，实现溢流、漏失早期控制4、及时微量的井口回压调整，有利于发现油气层5、调整井口控压，寻找

11、压力平衡点，可顺利穿越薄弱层6、实施精细控压作业，有利于水平段延长，提高单井产量,控压钻井现场应用取得突破,-32-,控压钻井实验室是一套钻井过程的压力模拟系统，是目前国内唯一的能够进行控压钻井各种工况全尺寸模拟实验和设备测试的实验室，是控压钻井系统研制及其自动控制软件开发的基础必备条件,控压钻井实验室,四、主要成果与技术创新,2022/11/12,-33-,专利、标准与技术规范、论文,申请专利21项，其中发明专利8项,-34-,四、主要成果与技术创新,形成控压钻井技术标准和手册,行业标准控压钻井系统发布企业标准两项精细控压钻井系统设计、制造和验收标准精细控压钻井装备使用与维护标准形成精细控压

12、钻井PCDS-I井场数据接入手册（v1.0.0）编译控压钻井用户手册技术规程操作规程维护保养规程等手册，形成英文版本,-35-,四、主要成果与技术创新,发表论文23篇,-36-,四、主要成果与技术创新,建成了两支控压钻井技术服务队伍建立了技术服务队伍的各项管理制度（交接班制度、安全讲话记录、设备巡检记录、设备维护保养记录等）施工人员培训取证（井控证、H2S证、HSE证、上岗证）以及海外市场服务用的国际井控证、防恐证6人获得中科院计算技术所颁发的流体数值模拟计算技术应用工程师认证证书,四、主要成果与技术创新,控压钻井技术服务队伍建设,-37-,2012年3月19-21日，PCDS-I精细控压钻井

13、系统参展第十二届中国国际石油石化技术装备展览会 2012年11月16-21日，PCDS-I精细控压钻井系统参展第十四届中国国际高新技术成果交易会，获得 “优秀产品奖”,参展第十四届中国国际高新技术成果交易会,-38-,四、主要成果与技术创新,DR,39 ,2011年，中国石油工程技术十大利器 2012年，精细控压钻井系统入选“中国石油十大科技进展” 获批“国家战略性创新产品” 中国石油天然气集团公司“科技进步一等奖” 2013年，“中国石油和化学工业联合会科学技术特等奖”,获得奖励,四、主要成果与技术创新,-39-,开发了一套精细控压自动控制软件控压钻井水力学模型设备在线智能监控集成控压钻井工

14、艺应急处理研发了自动控制系统独立控制节流阀、平板阀、回压泵等执行机构多策略、 自适应环空压力闭环监测与控制形成了精细控压钻井工艺适用各种钻井工况压力补偿与动态切换研制了控压钻井全尺寸工况模拟装置，形成控压钻井实验检测方法,-40-,四、主要成果与技术创新,技术创新点,主要内容,前言控压钻井工艺技术精细控压钻井系统主要成果与技术创新现场应用情况经济社会效益及推广应用前景,五、现场应用情况,-42-,PCDS-精细控压钻井系统先后在塔里木、川渝、华北、冀东及印尼等地区成功开展现场工业化应用与服务20口井，实现了塔中号气田裂缝性碳酸盐岩地层、环渤海湾潜山裂缝性地层、深井高温高压复杂地层的安全高效钻井

15、作业，有效解决了“溢漏共存”钻井难题，储层发现和保护效果明显，初步形成市场技术服务、设备产品销售、集成工业推广三位一体的良好态势,苏49K-P5井牛东102井NP23-P2003南堡23-平2015井官东4井官东1X1井滨深24-5-27井千16-22井,华北地区8口,中古105HTZ26-H7TZ26-H9TZ26-H10依合2AHTZ83-H5TZ26-H11TZ721-8H中古5-H2TZ862H,塔里木油田9口,川渝地区2口,蓬莱9井磨030-H25井,印尼地区1口,Basement-1井,DR,43 ,现场应用统计,-43-,DR,44 ,现场应用统计,-44-,川渝地区,-45-,

16、五、现场应用情况,46,五、现场应用情况,2011年4月12日至4月30日，PCDS-精细控压钻井系统在川中蓬莱9井（预探井）三开须家河井段（1905m2564m），完成了近、欠平衡条件下控压钻井现场试验,蓬莱9井现场应用,-46-,塔里木塔中地区,-47-,五、现场应用情况,五、现场应用情况,中古105H井现场应用,时间：2011年12月10日-2012年2月25日井段：6285.29m6829.28m（段长543.99米，其中水平段长496.28m）效果：控压精度达到了钻进0.2MPa，起下钻、接单根0.5MPa；发现 气层11个，累积厚度137米，监测和控制溢流多次，点火超过5个小 时，

17、火焰超过5m，有效减少关井、压井造成的时间延误,自动发现溢流报警,点火,控制溢流,恢复正常钻进,-48-,时间：2012年4月26日-6月6日井段：4223m5699m，水平段进尺1345米（水平位移1647米）效果：,-49-,塔中26-H7井现场应用,碳酸盐岩储层水平段1345m、水平位移1647m，创造塔里木油田最长纪录 创目的层钻进单日进尺134米最高纪录，且连续多日进尺过百 目的层钻进持续点火时长213h，占总控压钻进时长的80.4%，全过程“点着火炬钻井” 长水平段钻进穿越多套缝洞单元，实现零漏失、零复杂机械钻速明显提高，平均钻速为4.23m/h平均日进尺与常规钻井相比提高103.

18、7%,五、现场应用情况,五、现场应用情况,塔中号气田最复杂的区块塔中26井区与国际公司同台竞技，打破国外垄断，增强我国钻井技术与装备的国际竞争力,-50-,-51-,塔中26-H9井现场应用,时间： 2012年6月15日-7月5日井段：4343m4637m效果：一趟钻完成整个水平井段目的层，全过程微流量监控，没有使用PWD 全过程实现了易漏地层“零漏失、零复杂”（邻井TZ26-H4井同层段漏 失3334m3），发现油气显示层6个，平均机械钻速是以往控压钻井平均 日进尺的4.14倍，提前7天完成了水平段进尺,五、现场应用情况,井段：45885173m效果：,塔中26-H11井现场应用,发现油气层

19、15个，监测溢流1次、处理恶性漏失1次，共点火12次，火焰高度5-15米，最高达到25米，累计点火时间30.64小时。恶性漏失的成功处理，减少了甲方及井队的经济损失和井控风险，为我院精细控压钻井在塔里木市场的商业化服务打下坚实的基础、赢得了良好的声誉。,恶性漏失成功处理,五、现场应用情况,-52-,发现油气产层23个，点火18次，点火钻进总时长18小时47分允许少量溢流，有效防漏，控压井段无漏失维持控压起下钻单程最长超过26小时，无井下复杂发生当量泥浆密度保持在1.211.22之间，保证了泥浆性能，减少井下复杂发生，保证了水平井段的安全钻进,时间：2013年6月-2013年8月井段：井段642

20、1mm7810m，水平段进尺1516m效果：,中古5-H2井现场应用,刷新了中国最深水平井的记录,五、现场应用情况,-53-,时间：2013年6月13日至2013年7月11日井段：井段5144m6705m，（水平段进尺1561m，单日进尺150米记录）效果：,塔中721-8H井现场应用,发现油气产层42个，点火钻进55次，累计点火时间110小时10分；控压钻井施工全井段零漏失、零复杂；控压全井段泥浆密度1.08-1.11g/cm3，当量泥浆密度1.15-1.21g/cm3，控压全井段实施微欠平衡钻井作业，保证了油气产层的发现。,刷新了先前在TZ26-H7井创造的单日进尺、水平段最长的历史记录,

21、五、现场应用情况,-54-,华北地区,-55-,五、现场应用情况,试验效果 安全顺利钻进无复杂 有效降低钻井液密度 提高机械钻速，相同井段平均机械钻速由1.5m/h提高到2.2 m/h,井段：35005067m,-56-,五、现场应用情况,苏49K-P5井现场应用,应用效果 实现了目的层零漏失、零复杂 解决了牛东潜山漏失、井壁垮塌等钻井复杂问题 机械钻速提高90%，相同井段平均机械钻速由0.63m/h提高到1.20m/h,井段：53785758m,-57-,五、现场应用情况,牛东102井现场应用,应用效果 大大减少了钻井液漏失量 大幅降低了非生产时间，提高了机械钻速 有效发现、保护油气层,井段

22、：50415182m,-58-,五、现场应用情况,南堡23-平2003井现场应用,井段：51835644m效果：,南堡23-平2015井现场应用,全井实现安全钻进，无漏失，无井下复杂发生，缩短钻井周期，提高了机械钻速。有效发现、保护油气层。,五、现场应用情况,-59-,-60-,振动筛返出的原油,出现气侵时的点火,井段：26823880m效果：,精细控压钻井技术及时地发现溢流，并施加井口回压，实时监测和控制溢流11次，油气显示层36层。精细控压钻井技术及时地发现漏失，为井下复杂处理赢得了宝贵的时间。,官东4井现场应用,五、现场应用情况,-60-,-61-,出现气侵时的点火,井段：4391-45

23、18.1m效果：,该井常规钻进至4389m时发现溢流关井，压井中出现漏失，共计6次压井未成功，钻进停滞，使用精细控压后，成功解决井下溢漏复杂，大幅缩短钻井周期，保障本井顺利完钻控压钻进中发现5段油气层（43914406、44064474、44744504、45044510、45104518.1），累计厚度127.1米，控压井段全为油气层,千16-22井现场应用,五、现场应用情况,-61-,海外印尼BETARA油田,-62-,五、现场应用情况,井段：15222500m效果：,该系统在安全高效钻井方面所展现的独特技术优势，得到印尼甲方和井队人员的高度赞赏。,实现了控压钻井“走出去”的目标,印尼BE

24、TARA油田NEB BASEMENT 1井,钻进期间实现全过程“点着火炬来钻井”，点火总时间占总时间的79.5%，火焰最高达15m，确保井下安全的同时最大限度地发现和保护了油气层。在三开致密花岗岩地层井段所实施的负压钻进，有效提高了机械钻速。控压作业期间，无井漏及溢流等井下复杂和事故，达到了安全高效钻井的目的。,五、现场应用情况,-63-,国产精细控压塔中应用效果显著：,五、现场应用情况,2022/11/12,-64-,成果研究成功的消息发布在国务院国有资产监督管理委员会网站和中国石油天然气集团公司网站的头条消息成果研究成功的消息发布在中国石油报和石油商报研究成果发布在第37期和第38期的石油

25、与装备杂志,媒体报道,五、现场应用情况,2022/11/12,-65-,2012年4月11日，中央电视台CCTV-4中国新闻对精细控压钻井系统进行宣传报道 塔里木电视台视点栏目专题报道塔里木油田网站进行报道,媒体报道,-66-,五、现场应用情况,现场应用证明,-67-,五、现场应用情况,主要内容,前言控压钻井工艺技术精细控压钻井系统主要成果与技术创新现场应用情况经济社会效益及推广应用前景,六、经济社会效益及推广应用前景,产生显著经济效益,通过精细控压钻井技术现场试验及推广应用，明显降低了同构造 井的井漏失量与复杂时间，缩短了钻井周期，提高了机械钻速，延 伸了水平段长度，节约了开发成本，带动了相

26、关产业的发展，将会 创造显著的经济效益,发展先进钻井技术与装备，提升核心竞争力,通过技术开发，形成了具有自主知识产权的精细控压钻井配套技术 装备，打破国外垄断，增强我国钻井技术与装备的国际竞争力,2022/11/12,-69-,六、经济社会效益及推广应用前景,满足国家能源战略安全的需求，具有广阔的应用前景,深层油气资源已成为我国油气资源重要的战略接替区 近五年发现的8个深层气田中有6个表现出窄密度窗口的工程特点 深层油气开发离不开控压钻井技术,2022/11/12,-70-,我们将继续深入开展控压钻井储备技术研究，加强设备的创新升级，系列化产业化，确保行业领先优势。与此同时，不断深化与油田公司及钻探企业的密切合作，推动特色技术利器的孵化和控压钻井现场技术服务与应用的推广工作，进一步拓展控压钻井服务规模，发挥钻井院科技利器研发及钻探公司技术服务和推广应用的优势，实现资源优势互补，为提高中国石油深井、复杂井钻井技术贡献力量！,结 束 语,2022/11/12,72,谢谢！,