,壓力控制鉆井研究,二00八年六月,畢業(yè)論文答辯,1,ManagedPressureDrilling，MPD,1,2,3,4,5,MPD技術(shù)的概念和分類(lèi),實(shí)現(xiàn)MPD技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備及工具,MPD的主要應(yīng)用形式或工藝技術(shù),MPD技術(shù)的應(yīng)用條件,結(jié)論,主要內(nèi)容,2,1.MPD技術(shù)的概念和分類(lèi),國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)對(duì)MPD定義為：“MPD是一種改進(jìn)的鉆井程序，可以精確地控制整個(gè)井眼的環(huán)空壓力剖面。其目的在于確定井底壓力窗口，從而控制環(huán)空液壓剖面?！?概念,MPD,通常使用一個(gè)封閉、承壓的流體循環(huán)系統(tǒng)，與通過(guò)改變泥漿比重或泥漿泵速率來(lái)調(diào)整井底壓力相比，具有更強(qiáng)、更精確的井眼壓力剖面控制能力；關(guān)鍵特征是可以將循環(huán)流體系統(tǒng)作為一個(gè)壓力容器來(lái)看；基本目標(biāo)是通過(guò)降低非生產(chǎn)時(shí)間（NPT）和減少鉆井危險(xiǎn)來(lái)優(yōu)化鉆井工藝。,3,MPD技術(shù)的分類(lèi),分類(lèi),IADCUBO(欠平衡作業(yè)協(xié)會(huì))的MPD子協(xié)會(huì)將MPD技術(shù)劃分為兩大類(lèi)：,被動(dòng)型MPD,采用常規(guī)鉆井方法鉆井，但將設(shè)備組裝成能夠迅速應(yīng)對(duì)意料外的壓力變化。,主動(dòng)型MPD,充分利用組裝設(shè)備能夠主動(dòng)更改環(huán)空壓力剖面這一優(yōu)勢(shì)，對(duì)整個(gè)井眼實(shí)施更精確的壓力剖面控制。,4,2.實(shí)現(xiàn)MPD技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備及工具,連續(xù)循環(huán)系統(tǒng),動(dòng)態(tài)壓力控制系統(tǒng),降當(dāng)量循環(huán)密度工具,5,實(shí)現(xiàn)MPD技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備及工具,連續(xù)循環(huán)系統(tǒng),連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)（ContinuousCirculationSystem，CCS）是一項(xiàng)集機(jī)、電、液技術(shù)于一體的鉆井新裝備，可以實(shí)現(xiàn)不用停止鉆井液在井內(nèi)的循環(huán)來(lái)完成鉆桿的上卸扣等連接工作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以鉆臺(tái)為基礎(chǔ)，適用于任何帶有頂驅(qū)鉆井裝置的井架。該系統(tǒng)主要由連續(xù)循環(huán)連接器、頂驅(qū)連接工具、控制系統(tǒng)和液壓動(dòng)力系統(tǒng)五部分組成。,6,實(shí)現(xiàn)MPD技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備及工具,動(dòng)態(tài)壓力控制系統(tǒng),動(dòng)態(tài)壓力控制(DynamicAnnularPressureControl，DAPC)系統(tǒng)是一種封閉、承壓的循環(huán)系統(tǒng)，主要由節(jié)流閥組、旋轉(zhuǎn)控制裝置及精確的水力學(xué)計(jì)算模塊組成。旋轉(zhuǎn)控制裝置用來(lái)封閉環(huán)空及允許環(huán)空增壓，通過(guò)水力學(xué)計(jì)算模塊計(jì)算所需要的井口回壓，調(diào)節(jié)節(jié)流閥組提供相應(yīng)的井口回壓，保持井底壓力恒定。,7,實(shí)現(xiàn)MPD技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備及工具,降當(dāng)量循環(huán)密度工具,降低當(dāng)量循環(huán)密度的工具(ECDReductionTool，ECDRT)能減輕下部裸眼段的當(dāng)量鉆井液循環(huán)密度，同時(shí)加重上部套管段的當(dāng)量鉆井液密度，保持井筒上部較高壓力。主要由3部分組成：上部是1臺(tái)渦輪馬達(dá)，它從循環(huán)液中吸收液壓能并將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；中部是由渦輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的多級(jí)混合流量泵(部分軸向、部分徑向)，它抽吸環(huán)空返回的流體；下部由軸承和密封組成。,8,MPD系統(tǒng)組成,1鉆井泵；2開(kāi)關(guān)；3鉆桿；4壓縮空氣管件；5旋轉(zhuǎn)控制裝置；6環(huán)形防噴器；7防噴器；8減壓閥；9閘閥；10氣控閥；11輔助控制；12地面分離組件；13振動(dòng)篩；14鉆井液池；15離心機(jī)；16鉆機(jī)井眼控制管匯；17自動(dòng)壓力控制系統(tǒng)；18命令中心和試驗(yàn)泵裝置；19信號(hào)和控制管線(xiàn),結(jié)構(gòu)示意圖,封閉系統(tǒng)由浮閥、旋轉(zhuǎn)控制裝置、封閉流動(dòng)管線(xiàn)(不同于現(xiàn)有常規(guī)鉆井的控制管匯)、脫氣裝置或鉆井液液氣分離系統(tǒng)(可選)等組成。,9,MPD系統(tǒng)工作原理,常規(guī)鉆井,MPD鉆井,井底壓力=靜鉆井液壓力+環(huán)空摩擦壓力,井底壓力=靜鉆井液壓力+環(huán)空摩擦壓力+井口回壓,模擬程序-處理隨鉆井下參數(shù)-預(yù)測(cè)環(huán)空壓力剖面-17自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥-井口回壓-補(bǔ)償環(huán)空摩擦壓力變化-維持所需的環(huán)空壓力剖面,MPD系統(tǒng)通過(guò)液力井的模擬程序來(lái)反饋數(shù)據(jù)，該程序能閱讀和處理包括井身和直徑、地層數(shù)據(jù)、鉆柱轉(zhuǎn)速、滲透率、鉆井液粘度、鉆井液密度和溫度等數(shù)據(jù)，然后預(yù)測(cè)環(huán)空壓力剖面。MPD系統(tǒng)的自動(dòng)控制壓力(PowerAMPS)系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥，產(chǎn)生必要的微小調(diào)節(jié)量來(lái)維持所需的環(huán)空壓力剖面。下套管后鉆井，鉆井泵因接鉆桿而停泵，也能維持環(huán)空系統(tǒng)所需要的壓力值。,10,3.MPD的主要應(yīng)用形式或工藝技術(shù),井底壓力恒定MPD,雙梯度MPD,壓力泥漿帽鉆井技術(shù),其他類(lèi)型MPD,11,3.MPD的主要應(yīng)用形式或工藝技術(shù),井底壓力恒定(CBHP)控制鉆井即“當(dāng)量循環(huán)密度控制”。在井底壓力恒定的MPD作業(yè)中，無(wú)論是在鉆進(jìn)、接單根、還是起下鉆時(shí)均保持恒定的環(huán)空壓力剖面，使用補(bǔ)償水力學(xué)模型所繪制的圖表，就可以熟練地控制流體密度、流體流變性能、環(huán)空液面、井眼幾何尺寸、地面的環(huán)空回壓、水力學(xué)摩擦阻力等，使得司鉆能夠精確地控制井底壓力，使之接近于恒定，從而避免壓裂地層或發(fā)生井涌。而使用常規(guī)鉆井方式，要么不可能鉆過(guò)這些地層，要么需要額外下入一層套管。,井底恒定壓力MPD,針對(duì)問(wèn)題,窄密度窗口地層,12,3.MPD的主要應(yīng)用形式或工藝技術(shù),泥漿帽鉆井(MCD)有時(shí)也稱(chēng)為加壓泥漿帽鉆井(PMCD)，是一種處理嚴(yán)重漏失問(wèn)題的方法。一般用于鉆進(jìn)大段裂縫性地層，尤其在采出流體呈酸性時(shí)。應(yīng)用該技術(shù)能夠鉆穿嚴(yán)重漏失層而不耽擱正常鉆井，有利于提高機(jī)械鉆速。在MCD作業(yè)期間，用旋轉(zhuǎn)控制裝置封閉環(huán)空，將加重的高粘鉆井液向下泵入環(huán)空，將一段“犧牲流體”注入鉆柱，向上攜帶鉆屑，使鉆屑沉入鉆頭之上的孔洞或裂縫，即鉆井液和鉆屑“單向進(jìn)入”。環(huán)空“泥漿帽”可起到環(huán)空隔離的作用，避免油氣返出地面造成高壓。,壓力泥漿帽鉆井技術(shù),針對(duì)問(wèn)題,嚴(yán)重漏失地層,13,4.MPD的主要應(yīng)用形式或工藝技術(shù),雙梯度MPD,雙梯度(DualGradientDrilling，簡(jiǎn)稱(chēng)DGD)MPD即是在預(yù)定井深向環(huán)空注入惰性氣體或其它輕質(zhì)流體，有效改變井眼部分的靜水壓頭。其目的并非在于將井底壓力降低至欠平衡狀態(tài)，而是避免造成過(guò)高的過(guò)平衡，以免超出地層破裂梯度?？梢酝ㄟ^(guò)寄生管或同心套管注入輕質(zhì)流體(氮?dú)?、加有玻璃微珠的鉆井液、低密度流體等)完成雙梯度作業(yè)，注入點(diǎn)之上的壓力梯度降低，而其下的壓力梯度則保持不變，因此稱(chēng)為雙梯度。,針對(duì)問(wèn)題,深水鉆井難題,14,4.MPD的主要應(yīng)用形式或工藝技術(shù),在鉆井的過(guò)程中，出現(xiàn)的問(wèn)題多種多樣，這些工藝技術(shù)可與其他鉆井技術(shù)相結(jié)合，甚至幾種MPD技術(shù)綜合使用。例：2005年，在印尼海域Transocean和Santos公司將PMCD(加壓泥漿帽鉆井)技術(shù)與CBHP(井底壓力恒定)技術(shù)相結(jié)合，配以Weatherford7100控制頭形成一種新型技術(shù)集合，解決了鉆井時(shí)地層漏失、井控和粘附卡鉆的問(wèn)題。,15,4.MPD技術(shù)的應(yīng)用條件,成功地應(yīng)用MPD技術(shù)一般需要三個(gè)關(guān)鍵因素：一套封閉、承壓的循環(huán)系統(tǒng)與MPD裝置相連接；在鉆井前作好水力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)；訓(xùn)練有素的工程師熟悉這一概念。,應(yīng)用條件,