泥漿帽控壓鉆井

1、2014年12月泥漿帽控制壓力鉆井泥漿帽控制壓力鉆井 2006 Weatherford. All rights reserved. 背景和意義背景和意義發(fā)展趨勢分析發(fā)展趨勢分析技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析總結(jié)總結(jié)目錄目錄目錄現(xiàn)場應(yīng)用情況現(xiàn)場應(yīng)用情況 2006 Weatherford. All rights reserved. 背景和意義背景和意義 隨著我國石油勘探開發(fā)向深部復(fù)雜地區(qū)的不斷發(fā)展，井涌、井漏、有害氣體泄漏、卡鉆、起下鉆時(shí)間過長等鉆井問題也越來越突出，已成為影響和制約石油勘探開發(fā)進(jìn)程的技術(shù)瓶頸。由于控壓鉆井可以較為精確地控制整個(gè)井筒環(huán)空壓力剖面，能有效解決鉆井過程中出現(xiàn)的井涌、井漏、井塌

2、、卡鉆等多種井下故障，因此，在鉆遇復(fù)雜地層時(shí)，常采用控壓鉆井技術(shù)。控制泥漿帽鉆井技術(shù)是控制壓力鉆井技術(shù)在深海應(yīng)用的一種新的技術(shù)形式，用于解決一些深水鉆井難題、彌補(bǔ)目前處理井涌的缺點(diǎn)等。 2006 Weatherford. All rights reserved. 鉆井安全壓力窗口是指鉆井過程中不造成噴、漏、 塌、卡等鉆井事故，能維持井壁穩(wěn)定的鉆井壓力（密度）范圍 。安全密度窗口。安全窗口若：P泥 P破(P漏) 則井漏； P泥 P地 則井涌甚至井噴； P泥 P坍 則井塌。 背景和意義背景和意義 2006 Weatherford. All rights reserved.井底循環(huán)壓力井底循環(huán)壓力時(shí)

3、間時(shí)間裂縫壓力裂縫壓力儲層壓力儲層壓力 較大的鉆井作業(yè)窗口 背景和意義背景和意義 2006 Weatherford. All rights reserved.井底循環(huán)壓力井底循環(huán)壓力時(shí)間時(shí)間裂縫壓力裂縫壓力儲層壓力儲層壓力技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 較小的鉆井作業(yè)窗口 2006 Weatherford. All rights reserved. 窄窗口地層的幾種情況 裂縫、溶洞等連通性好的地層，停泵井涌，開泵漏失裂縫、溶洞等連通性好的地層，停泵井涌，開泵漏失 當(dāng)平衡上部地層時(shí)，鉆開下部地層會發(fā)生漏失，降低密度上部地當(dāng)平衡上部地層時(shí)，鉆開下部地層會發(fā)生漏失，降低密度上部地 層流體會有外溢層流體會有

4、外溢 鉆遇下部正常壓力目的層，由于地層壓力降低發(fā)生漏失鉆遇下部正常壓力目的層，由于地層壓力降低發(fā)生漏失容易坍塌容易坍塌, 或容易漏失或容易漏失, 或容易出現(xiàn)涌漏同存的薄弱地層或容易出現(xiàn)涌漏同存的薄弱地層 老油田油氣層壓力降低造成上部地層穩(wěn)定、下部地層出現(xiàn)漏失老油田油氣層壓力降低造成上部地層穩(wěn)定、下部地層出現(xiàn)漏失 由于深海海底疏松的沉積和海水柱作用造成地層壓力和破裂壓力區(qū)由于深海海底疏松的沉積和海水柱作用造成地層壓力和破裂壓力區(qū) 間很小間很小 背景和意義背景和意義 2006 Weatherford. All rights reserved. 窄窗口地層相關(guān)問題 背景和意義背景和意義 2006 W

5、eatherford. All rights reserved. 窄窗口施工相關(guān)問題 背景和意義背景和意義 2006 Weatherford. All rights reserved. 控壓鉆井技術(shù)針對窄密度窗口的安全鉆井問題，目前國際上常用的方法是控壓鉆井技術(shù)。 國際鉆井承包商協(xié)會欠平衡作業(yè)和控制壓力鉆井委員會將MPD定義為：“控制壓力鉆井是一種用于精確控制整個(gè)井眼環(huán)空壓力剖面的自適應(yīng)鉆井過程，其目的是確定井下壓力環(huán)境界限，并以此控制井眼環(huán)空液柱壓力剖面”。技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 2006 Weatherford. All rights reserved. 控壓鉆井的原理 通過對井底壓力的

6、實(shí)時(shí)監(jiān)測、水力參數(shù)的分析計(jì)算、井口套壓（或回壓）的自動控制，實(shí)現(xiàn)合理的井底壓力，始終保持井底壓差處于微過平衡狀態(tài)，有效控制地層流體侵入井眼,減少井涌、井漏、卡鉆等多種鉆井復(fù)雜情況,非常適宜孔隙壓力和破裂壓力窗口較窄的地層作業(yè)。技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 2006 Weatherford. All rights reserved.技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 P循環(huán)循環(huán)P靜液靜液+P摩阻摩阻+P回壓回壓；P靜止靜止P靜液靜液+P回壓回壓。最終目標(biāo)點(diǎn)：最終目標(biāo)點(diǎn)： P地地P井底井底P破破控壓鉆井工藝原理 2006 Weatherford. All rights reserved.技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析

7、 u 技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)井技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)井u 低經(jīng)濟(jì)效益的井低經(jīng)濟(jì)效益的井u 以前以前“不可鉆不可鉆”的井的井u 減輕對地層傷害減輕對地層傷害 u 解決窄壓力窗口問題解決窄壓力窗口問題u 降低壓差卡鉆降低壓差卡鉆u 提高鉆速提高鉆速u 增加鉆井安全性等增加鉆井安全性等非生產(chǎn)時(shí)效事故非生產(chǎn)時(shí)效事故漏失漏失卡鉆卡鉆溢流溢流斷鉆具斷鉆具 單井單井NPT費(fèi)用（千美元）費(fèi)用（千美元）坍塌膨脹坍塌膨脹控壓鉆井優(yōu)勢 2006 Weatherford. All rights reserved. 泥漿帽控壓鉆井技術(shù) 泥漿帽控壓鉆井是一種控制嚴(yán)重井漏的作業(yè)方法，適用于陸上和海洋油氣井眼嚴(yán)重漏失地層的鉆進(jìn)作業(yè)。PMCD與泥

8、漿帽鉆井的主要區(qū)別是因環(huán)空流體密度較小而需在井口施加一個(gè)正壓。PMCD壓力梯度分布技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 2006 Weatherford. All rights reserved. 泥漿帽控壓鉆井技術(shù)技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 2006 Weatherford. All rights reserved.技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 如圖，帶壓泥漿帽鉆井工藝是采用低密度鉆井液鉆衰竭層段,然后采用高密度鉆井液將低密度鉆井液壓入漏失層段。繼續(xù)鉆進(jìn),所有低密度鉆井液和流入井眼的流體都被壓入衰竭地層。采用這種方法,即使所有低密度鉆井液都循環(huán)失返,侵入衰竭地層,也能夠有效控制井眼。 泥漿帽控壓鉆井技術(shù) 20

9、06 Weatherford. All rights reserved.工作流程： 使用旋轉(zhuǎn)控制頭在地面關(guān)閉環(huán)空。 鉆柱內(nèi)注入犧牲液。 環(huán)空內(nèi)泵入清泥漿來保持井眼灌注，同時(shí)防止氣體運(yùn)移進(jìn)環(huán)空。 犧牲液和鉆屑漏失進(jìn)地層。 技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 泥漿帽控壓鉆井技術(shù) 2006 Weatherford. All rights reserved.特點(diǎn): 地表無回流 (回流全部流入地層) 在略低于儲層壓力的條件下，向環(huán)空緩慢的泵入高粘泥漿。 可犧牲的鉆井液(通常是水) 被泵入井下鉆柱。 環(huán)空回壓用來平衡儲層壓力或者維持壓力系統(tǒng)平衡。技術(shù)現(xiàn)狀分析技術(shù)現(xiàn)狀分析 泥漿帽控壓鉆井技術(shù) 2006 Weather

10、ford. All rights reserved.現(xiàn)場應(yīng)用情況現(xiàn)場應(yīng)用情況 東南亞地區(qū)應(yīng)用實(shí)例 2006 Weatherford. All rights reserved.現(xiàn)場應(yīng)用情況現(xiàn)場應(yīng)用情況 塔里木油田引進(jìn)Halliburton公司的MPD系統(tǒng)，完成控壓鉆井20口井。塔里木油田塔中應(yīng)用結(jié)果表明，控壓鉆井技術(shù)能夠有效預(yù)防和控制溢流和井漏、避免井下復(fù)雜、大幅度降低非生產(chǎn)時(shí)間、縮短鉆井周期；能夠保護(hù)油氣層、提高水平段延伸能力、有利于提高單井產(chǎn)能。 塔中20口井控壓鉆井實(shí)踐 2006 Weatherford. All rights reserved.現(xiàn)場應(yīng)用情況現(xiàn)場應(yīng)用情況 0.2MPa0.2

11、MPa0.15MPa0.15MPaTZ62-10HTZ62-10H井控壓井段全烴變化曲線圖井控壓井段全烴變化曲線圖 TZ62-10HTZ62-10H井鉆井過程壓力變化曲線圖井鉆井過程壓力變化曲線圖 u 有效地降低了奧陶系灰?guī)r鉆進(jìn)的復(fù)雜情況，無明顯漏失和外溢等現(xiàn)象，減少了鉆進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)u 有利于鉆進(jìn)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示， TZ62-11H鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)不同級別的油氣顯示242.0米，共32層 2006 Weatherford. All rights reserved.發(fā)展趨勢分析發(fā)展趨勢分析 開采天然氣水合物天然水合物鉆井特點(diǎn)：與常規(guī)油氣鉆井相比,在開采天然氣水合物的鉆井過程中,會打破水合物依存的平衡條件,

12、由于壓力的降低或溫度的增加會造成水合物的分解并釋放出游離氣和水,由此會加重井眼的不穩(wěn)定、井底壓力的波動、水合物在井眼外的分解,以及在海洋開采時(shí)會有潛在的涌流和海床下沉。這就要求在鉆井過程中,必須精確控制井眼壓力和溫度,以維持易碎水合物儲存的應(yīng)力和條件,在鉆井過程中防止其分解。解決方案：MPD是目前可用的開采天然氣水合物的鉆井技術(shù)。 2006 Weatherford. All rights reserved.發(fā)展趨勢分析發(fā)展趨勢分析 用于海洋鉆井由于海上鉆井平臺日費(fèi)用很高,出現(xiàn)井漏或鉆井中產(chǎn)生氣體的井用常規(guī)的壓力控制很難連續(xù)、安全地鉆井。MPD在海上的應(yīng)用數(shù)量在不斷增加，成為海上安全鉆井的一種新

13、技術(shù)。 2006 Weatherford. All rights reserved.發(fā)展趨勢分析發(fā)展趨勢分析 泥漿帽發(fā)展趨勢 如果泥漿帽密度過低,那么泥漿帽在井筒內(nèi)的高度就會增加,注入泥漿帽的量也越大,即地面所需配制的泥漿帽體積就會增大,而地面泥漿帽補(bǔ)償罐的容積有限,因此,泥漿帽密度的選取要考慮地面泥漿帽補(bǔ)償罐的容積大小,并不是密度越低越好。 由于在泥漿帽中下鉆會產(chǎn)生較大的激動壓力,可能會造成井底壓力高于壓力控制波動允許范圍,因此,設(shè)計(jì)泥漿帽高度和密度時(shí)要考慮泥漿帽中下鉆激動壓力的大小。 如果泥漿帽在井筒內(nèi)的高度越高,那么驅(qū)替過程中所產(chǎn)生的環(huán)空壓耗就越大,而驅(qū)替過程中對泥漿帽實(shí)施小排量驅(qū)替的主

14、要目的就是降低環(huán)空壓耗,因此,確定泥漿帽高度和密度時(shí)要考慮泥漿帽中驅(qū)替過程中產(chǎn)生的環(huán)空壓耗。 對于地面節(jié)流閥來說,節(jié)流壓力變化幅度越小,節(jié)流閥控制精度越高,節(jié)流壓力變化幅度越大,節(jié)流閥控制精度越低,因此,泥漿帽密度越高,節(jié)流回壓變化幅度越大,地面節(jié)流控制效果越不好。 2006 Weatherford. All rights reserved.發(fā)展趨勢分析發(fā)展趨勢分析 控壓鉆井發(fā)展趨勢 國外在環(huán)空水力學(xué)、環(huán)空動態(tài)控制、井底恒壓、鉆井液體系、地面控制程序、配套工具(RCH、DDV、節(jié)流閥)以及操作人員培訓(xùn)等方面都做了細(xì)致的研究。該項(xiàng)技術(shù)口趨成熟，并在工程運(yùn)用中取得良好的效果。 國內(nèi)在引進(jìn)控壓鉆井技術(shù)的同時(shí)整合充氣欠平衡技術(shù)，在塔中地區(qū)的鉆井實(shí)踐中取得了良好的效果，但租用沒備日費(fèi)昂貴，使MPD技術(shù)不能迅速推廣。為合理簡化MPD技術(shù)的操作流程，融合成熟的欠平衡鉆井技術(shù)，允分體現(xiàn)MPD技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和適用性，是解決我同高溫高壓、窄密度窗口及老井開窗側(cè)鉆等復(fù)雜鉆井問題的一種有效方式。 2006 Weatherford. All rights reserved. 總結(jié)總結(jié)1.泥漿帽