控制压力钻井技术.ppt
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1、1,控制压力钻井技术,2,汇报提纲,一、控压钻井(MPD)概述二、控压钻井(MPD)各种应用模式三、应用MPD技术需要的MPD系统及装备,3,主要内容:控压钻井(MPD)原理 控压钻井(MPD)与欠平衡钻井(UBD)控压钻井(MPD)分类,一、控压钻井(MPD)概述,4,钻遇孔隙压力与破裂压力的窄密度窗口是一个很困难的问题,因为用常规钻井方法在压力窗口内控制井口压力是不容易的。在常规钻井中通常关注的是同时或间断发生井漏或井涌。遇到这种井是禁止这种情况发生的,不然就会引起更多的事故。,一、控压钻井(MPD)概述,窄密度窗口钻井,5,控制压力钻井(MPD)是一种用于精确控制整个井筒环空压力的钻井技
2、术,其目的是确定井底压力,并以此控制井筒环空压力剖面。,恒定井底压力钻井作为控制压力钻井技术的一种,已经越来越多地应用于窄密度窗口,并取得了较好的应用效果。,一、控压钻井(MPD)概述,减少钻井成本和非生产作业时间等问题(少下一层套管)。,控压钻井的优势,图1 控制压力钻井与常规钻井井底压力对比图,6,国外MPD发展现状,一、控压钻井(MPD)概述,技术上逐渐趋于成熟;应用范围广泛;应用效果明显。,7,一、控压钻井(MPD)概述,8,在常规钻井过程中,只是依赖静液柱压力来维持井眼在地层压力与破裂压力之间。对于一口成功的常规钻井设计,在钻进与起下钻(包括井涌时的井控操作)时,都必须提供足够的起下
3、钻与井涌控制范围。通常它只有较小的范围来确保安全操作。,一、控压钻井(MPD)概述,9,一、控压钻井(MPD)概述,在窄密度窗口内的小且安全的起下钻和井涌范围的加强会使可得的泥浆密度窗口更小。这样就会导致在下套管之前钻进较短的井段。,10,一、控压钻井(MPD)概述,最终的结果是下入套管的数量、时间与费用会增加。通常常规钻井在窄密度窗口的设计中,生产套管因套管下入过多而导致直径很小。生产套管小使其产量低,这样就很不经济。不仅如此还会引起各种技术和操作的困难,如:高的循环压力,钻头扭矩传递的困难,裸眼段大的阻力,钻柱卡钻的敏感性等。操作如:电缆测井,下套管和固井,与下完井工具在小井眼中都会遇到困
4、难。,11,存在窄密度窗口地层的几种情况 压力敏感地层裂缝、溶洞等连通性好的地层,停泵井涌,开泵漏失;长井段同一压力系统当平衡上部地层时,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;上部存在异常高压层钻遇下部正常压力目的层,由于地层压力降低发生漏失;,一、控压钻井(MPD)概述,12,容易坍塌和漏失的薄弱地层;枯竭油气层老油田油气层压力降低造成上部地层稳定、下部地层出现漏失;深海海底由于深海海底疏松的沉积和海水柱作用造成地层压力和破裂压力区间很小。,一、控压钻井(MPD)概述,13,一、控压钻井(MPD)概述,国内的主要地方:塔里木山前构造、新疆南缘、玉门青西、西南油气田川东与川西北
5、、柴达木地区、南海莺琼盆地等。,玉门青西,四川盆地,新疆南缘,塔里木盆地,渤海湾盆地,南海莺琼盆地,柴达木盆地,14,窄密度窗口问题已经是造成海上、陆上和深井、高温高压井等钻井周期长、事故频繁、井下复杂的主要原因,是急需解决的问题。因此出现了控压钻井(MPD),此方法能够很好的解决这一问题。,一、控压钻井(MPD)概述,15,一、控压钻井(MPD)概述,控压钻井(MPD)原理,控制压力钻井(MPD)技术于2004年IADC/SPE阿姆斯特丹钻井会议上提出。该技术主要是通过对回压、流体密度、流体流变性、环空液位、水力摩阻和井眼几何形态的综合控制,使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间,
6、进行平衡或近平衡钻井。,16,控压钻井井底压力图,一、控压钻井(MPD)概述,17,一、控压钻井(MPD)概述,有效控制地层流体侵入井眼,减少井涌、井漏、卡钻等多种钻井复杂情况,非常适宜孔隙压力和破裂压力窗口较窄的地层作业。,18,控压钻井(MPD)与欠平衡钻井(UBD),一、控压钻井(MPD)概述,MPD是由欠平衡钻井(UBD)和动力钻井技术综合而发展起来的一项新技术。,19,一、控压钻井(MPD)概述,MPD技术的本质就是应用闭合、承压的钻井液循环系统继续钻进,具有以下优势:,20,一、控压钻井(MPD)概述,控制压力钻井(MPD)分类,按其压力控制方式可分为主动型和被动型。,“被动型”M
7、PD(ReactiveMPD):采用常规钻井方法钻井,但将设备组装成能够迅速应对意料外的压力变化。钻井程序中至少需要装备有旋转控制装置(旋转防喷器或旋转头)、节流管汇,或许还有钻柱浮阀等。“主动型”MPD(ProactiveMPD):充分利用组装设备能够主动更改环空压力剖面这一优势,对整个井眼实施更精确的压力剖面控制。,21,一、控压钻井(MPD)概述,被动型MPD技术已在复杂井上应用多年,但主动型的应用则很少,直到近年来需要增加钻井作业的替换方案才得到较多的应用。按其应用方式可分为:恒定井底压力 加压泥浆帽 双梯度及HSEMPD等。,22,主要内容:井底压力恒定MPD(CBHPMPD)双梯度
8、MPD(Dual-gradientMPD)加压泥浆帽MPD(Pressured-mud-cap MPD,PMCD)HSEMPD(HSE or返回流量控制(RFC)其它演变的钻井方法,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,23,井底压力恒定MPD(CBHPMPD),二、控压钻井(MPD)各种应用模式,井底压力恒定MPD又称为当量循环密度(ECD)控制。设计时使用低于常规钻井方式的钻井液密度进行近平衡钻井。,循环时井底压力=静液柱压力+环空压耗,24,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,当关井、接钻杆时,循环压耗消失,井底压力处于欠平衡状态,在井口加回压使井底压力保持一定程度的过平衡,防止地层流体侵
9、入。理想的情况是:静止时,在井口加的回压=循环时的环空压耗。,井底压力恒定的MPD作业,无论是在钻进、接单根,还是起下钻时均保持恒定的环空压力剖面。,25,正常钻进,井底压力恒定MPD工艺,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,26,接单根,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,27,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,28,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,29,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,30,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,双梯度MPD(Dual-gradientMPD),双梯度MPD基本原理,双梯度钻井(DGD)技术是国外近年来提出的一种钻井技术新概念,其基本原理是在同一井筒
10、内控制两种密度的流体。,31,这种技术的典型实现方式是通过往双壁钻杆的环空、附着在套管外面的寄生管或者隔水导管内注入低密度钻井液来完成的。从连接点处开始注入空气、惰性气体、低密度钻井液或固体添加物以降低从这一点到地面之间的钻井液密度。,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,根据压力平衡定义了一个双梯度钻井效果因子,即,。越大,泥浆窗口越宽,双梯度钻井技术的效果越好,32,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,双梯度钻井和设备简图,双梯度钻井技术就是使破裂压力和孔隙压力之间区域变宽,具有节省钻井成本和时间的优势,能以更低廉的成本、更短的建井时间和更安全的作业方式实现油气勘探与开发。双梯度钻井技术可以
11、钻深井。,33,双梯度MPD(Dual-gradientMPD)工艺,双梯度钻井技术主要采用2种实施方案:海底泵方案 双密度方案(又分为注中空球和注气方案2种)。,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,双梯度钻井工艺图,34,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,海底举升法:隔水管内充满海水,在海底放置一个海底泵举升泥浆旁路返回水面。注气法:在隔水管底部注气,使隔水管中的泥浆密度与海水相当,实现双梯度。注空心球法:在隔水管的底部注入空心球,使隔水管中的泥浆密度与海水相当,实现双梯度。,35,加压泥浆帽MPD(Pressured-mud-cap MPD,PMCD):,二、控压钻井(MPD)各种应用模
12、式,加压泥浆帽MPD基本原理,加压泥浆帽MPD(PMCD)是一种处理严重井漏的钻井方法。把预先设计好的高密度钻井液通过旋转控制头泵入到环空上部,这段“钻井液帽”起到封隔环空的作用。,36,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,使用相对密度较小并且无害的钻井液(例如水)来钻开压力衰竭地层,岩屑和通过钻杆注入的低密度钻井液漏进目的层的裂隙中,这样不但提高了机械钻速(ROP),而且进入衰竭地层的钻井液费用低于常规钻井液。,37,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,加压泥浆帽钻井(PMCD)则是在钻井中因环空流体密度较小而需在井口施加一个正压,因此称为加压泥浆帽钻井,这也是与泥浆帽钻井的主要区别。,井底
13、压力=高泥浆密度+低泥浆密度+井口回压,用于钻很多裂缝或洞穴性地层。如哈萨克斯坦,马来西亚,印尼,安哥拉和美国等。,38,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,加压泥浆帽MPD(Pressured-mud-cap MPD,PMCD)工艺,加压泥浆帽MPD地面展开图,39,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,加压泥浆帽MPD操作,40,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,注入的泥浆帽已经过加重和增粘处理,注意高密度钻井液应缓慢注入环空,防止油气上窜进入环空,从而保持良好的井控状态。为了更好地携带钻屑,避免钻屑在钻头以上层段的孔洞或裂缝中沉积,在岩屑上返的同时,还需要向钻杆内注入一种Sac钻井液,通
14、常是清水或盐水。若所钻地层含腐蚀性物质,则应向清水或盐水中添加缓蚀剂。,41,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,东南亚地区实施海上带压泥浆帽钻井时,基本上实施的是如下方案:在需要实施带压泥浆帽钻井的井眼,事先安装好带压泥浆帽设备,包括RCD轴承装置。常规钻井时,返排的流体通过一根从RCD接出来的152mm软管回流至井队节流管汇。一旦出现严重井漏,液压阀立即隔离流动管线,并通过一根专用管线向环空注入流体,开始实施带压泥浆帽钻井。与带压泥浆帽系统连接的其它管线,包括钻井液补给泵管线、卸压管线和节流管汇,直径都是50.8 mm。,42,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,HSEMPD(HSE or
15、返回流量控制(RFC)),HSE(健康、安全、环境)MPD,HSEMPD是IADC所列举的MPD形式之一。尽管技术应用可能有所变化,但与敞开式循环系统相比,HSEMPD应用了闭合、承压的钻井液循环系统。一般在发生危险而被迫停钻或因此影响开采时,应用该技术。,43,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,RFC地面展开示意图,44,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,闭合式钻井液循环系统可防止钻屑和气体从钻台进入大气,因此可降低H2S气体的含量,减少钻台闪火花的危险。由于该技术可对整个井眼提供精确的压力控制,本身就比常规作业更安全,可以更好地解决由于井下压力忽大忽小所造成的漏失井涌现象。,45,二、
16、控压钻井(MPD)各种应用模式,其它演变的钻井方法,微流量控制压力钻井(MFC),微流量的含义包括微进口流量和微出口流量,是指系统所能监测到的钻井液总流量波动范围很小。探测到流体小的流失与侵入,然后立即调整返回流量,结果使井底压力恢复到井控。,46,微流量控制系统能够满足快速控制性能的理论基础:钻井环空中的钻井液为不可压缩流体,地面上控制单元的任何微小压力变化都将在环空中得到快速响应,传输的速度可达到声速。在某些条件下,测量体积侵入可以低到0.25bbl(0.03975m3)。,二、控压钻井(MPD)各种应用模式,47,为了快速的监测到微溢或微漏并作出反应,使环空内尽可能的为不可压缩流体。MF
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