控壓鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

2023/12/31控壓鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用周英操中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院2012年9月

2023/12/32

提綱一、概述二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向四、結(jié)束語一、概述隨著我國(guó)石油勘探與開發(fā)向深部復(fù)雜地區(qū)的不斷發(fā)展，窄密度窗口安全鉆井的問題越來越突出，在許多油田已成為鉆井施工的技術(shù)瓶頸，如:塔里木盆地、新疆南緣、玉門青西、四川盆地、柴達(dá)木盆地等無論是陸上還是海上，窄密度窗口問題已經(jīng)是造成深井、高溫高壓井鉆井周期長(zhǎng)、事故頻繁、井下復(fù)雜的主要原因之一，是急需解決的問題

一、概述鉆井過程中鉆井液密度大小的設(shè)計(jì),不僅要求能維持井壁穩(wěn)定,防止井壁的張性破裂(井漏)和剪切垮塌(井塌),還要能夠維持井內(nèi)壓力平衡,避免地層流體大量流入井內(nèi),造成地層流體對(duì)鉆井液的污染以及井漏、井噴、壓差卡鉆等工程事故。

所謂鉆井液安全密度窗口(ΔP)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)定的鉆井液密度范圍。根據(jù)井眼的三個(gè)壓力剖面（即地層孔隙壓力、地層破裂壓力、地層坍塌壓力）的關(guān)系可得到ΔP

2023/12/35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①P破＞P泥＞P地,(P地＞P坍),ΔP=P破－P地②P破＞P泥＞P坍,(P坍＞P地),ΔP=P破－P坍①r破＞r泥＞r地,(r地＞r坍),Δr=r破－r地②r破＞r泥＞r坍,(r坍＞r地),Δr=r破－r坍1、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

一、概述過平衡鉆井，鉆井液密度的確定一般是以裸眼井段最高的地層孔隙壓力梯度為基準(zhǔn)，再增加一個(gè)附加值，附加值按以下原則確定：油水井：0.05～0.10g/cm3,或井底正壓差1.5～3.5MPa氣井：0.07～0.15g/cm3

，或井底正壓差3.0～5.0MPa近平衡鉆井技術(shù)，相對(duì)于過平衡而言，鉆井液當(dāng)量密度的附加值：油水井：0～0.05g/cm3，井底壓差0～1.5MPa氣井：0～0.07g/cm3，井底壓差0～3.0MPa若要實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井，考慮起鉆時(shí)抽吸壓力，井底壓力可能會(huì)低于地層孔隙壓力。但是，在近平衡鉆井概念上，井底壓差應(yīng)始終為正壓差一、概述

欠平衡鉆井是指井筒環(huán)空中循環(huán)介質(zhì)的井底壓力低于地層孔隙壓力，允許地層流體有控制地進(jìn)入井筒并將其循環(huán)到地面進(jìn)行有效處理的鉆井技術(shù)

一、概述2023/12/382、窄窗口窄壓力窗口是指△P接近、等于、小于P循環(huán)壓耗以及ΔP≤0的情況ΔP愈大,則鉆井愈易ΔP愈小,則鉆井愈難若ΔP＜P循環(huán)壓耗或

ΔP≤0

，則無法正常鉆進(jìn),直接表現(xiàn)為噴（涌）、漏、塌、卡等井下復(fù)雜與事故(深井高密度鉆井液更為突出)

一、概述2023/12/393、窄窗口地層的幾種情況

1）壓力敏感地層裂縫、溶洞等連通性好的地層，停泵井涌，開泵漏失

2）長(zhǎng)井段同一壓力系統(tǒng)當(dāng)平衡上部地層時(shí)，鉆開下部地層會(huì)發(fā)生漏失，降低密度上部地層流體會(huì)有外溢

3）上部存在異常高壓層鉆遇下部正常壓力目的層，由于地層壓力降低發(fā)生漏失

一、概述2023/12/3103、窄窗口地層的幾種情況4）容易坍塌和漏失的薄弱地層容易坍塌,或容易漏失,或容易出現(xiàn)涌漏同存的薄弱地層

5）枯竭油氣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

6）深海海底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

一、概述2023/12/3114、窄窗口鉆井面臨的主要地層相關(guān)問題地層壓力高、破裂壓力低，壓力窗口窄同一裸眼井段中多套壓力層系地質(zhì)巖性、壓力預(yù)測(cè)不準(zhǔn)地應(yīng)力高，巖石水敏性強(qiáng)，井壁穩(wěn)定性差井壁易塌、易漏、易縮徑超高壓、高含硫的問題

一、概述2023/12/312窄密度窗口下的高密度鉆井液漏失深井溶洞性地層的密度置換問題出現(xiàn)“涌漏同存、又涌又漏”的情況常規(guī)套管結(jié)構(gòu)滿足不了需要漏層的地層壓力梯度差異較大出現(xiàn)井下復(fù)雜深井和高溫高壓井循環(huán)壓耗過高引起安全窗口不夠5、窄窗口鉆井面臨的主要施工工程問題

一、概述2023/12/3131）確定窄安全窗口2）擴(kuò)大安全窗口3）環(huán)空壓力和當(dāng)量循環(huán)密度ECD控制6、解決窄窗口鉆井難點(diǎn)的主要對(duì)策

一、概述2023/12/3141）確定窄安全窗口設(shè)計(jì)過程預(yù)測(cè)窄窗口

由地震資料預(yù)測(cè)由工程測(cè)井資料預(yù)測(cè)由鄰井鉆井資料預(yù)測(cè)鉆井過程中實(shí)測(cè)窄窗口

井下測(cè)量工具實(shí)測(cè)井口加壓實(shí)測(cè)地層壓力6、解決窄窗口鉆井難點(diǎn)的主要對(duì)策

一、概述地應(yīng)力建模系統(tǒng)GMI

SFIB?

交互鉆井設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化鉆井液密度、鉆井方向和套管系列，以防止井壁垮塌和鉆井液漏失。確定地應(yīng)力，優(yōu)化設(shè)計(jì)井軌跡，井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。穩(wěn)定性井筒分析及鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)GMI

WellCheck?井徑快速分析系統(tǒng)GMI

Caliper?快速分析4臂或6臂井徑資料，確定應(yīng)力引起的井壁垮塌的方向和程度。孔隙壓力分析系統(tǒng)GMI

PressCheck?利用測(cè)井資料計(jì)算地層壓力、孔隙壓力、巖石強(qiáng)度、孔隙度等。GMI軟件功能：GMI軟件也稱為地應(yīng)力建模技術(shù)，它是GMI公司在斯坦福大學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、建立地應(yīng)力模型用于計(jì)算鉆井井筒地層壓力、坍塌壓力和破裂壓力的技術(shù)；用于優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)裂縫等系列技術(shù)。模塊：井徑快速分析系統(tǒng)GMICaliper?地應(yīng)力建模系統(tǒng)GMISFIB?穩(wěn)定性井筒分析及鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)

GMIWellCheck?孔隙壓力分析系統(tǒng)GMIPressCheck?裂縫滲透性分析系統(tǒng)

GMICharactrization?

一、概述APWD哈里伯頓公司研制出了隨鉆井底環(huán)空壓力測(cè)量?jī)x（AnnularPressureMeasurementWhileDrilling,簡(jiǎn)稱APWD）APWD在鉆井過程中可以實(shí)時(shí)測(cè)量井底環(huán)空壓力數(shù)據(jù)，通過MWD或EMMWD實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到地面，指導(dǎo)欠平衡鉆井作業(yè)斯倫貝謝公司、Weatherford等公司、中石油大慶鉆井院、北京鉆井院也研制出APWD類似工具

一、概述2023/12/317

隨鉆地層測(cè)試技術(shù)（formationtestingwhiledrilling,簡(jiǎn)稱FTWD）是在鉆井過程中對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施實(shí)時(shí)測(cè)量的一種新技術(shù)。其最大好處是節(jié)省鉆機(jī)時(shí)間，特別適合海上鉆井平臺(tái)，降低費(fèi)用該技術(shù)由斯倫貝謝公司首創(chuàng)。他們將原有的MDT技術(shù)與LWD有機(jī)結(jié)合，研制出StethoScope隨鉆地層壓力測(cè)試儀器；于2005年1月商業(yè)化服務(wù)，截至2006年底，共使用150井次，取得良好效果根據(jù)美國(guó)的調(diào)查分析，有60%的人認(rèn)為在未來隨鉆地層測(cè)試技術(shù)將發(fā)揮更大作用扶正器伸縮探頭地層壓力探測(cè)器托盤環(huán)空壓力探測(cè)器

隨鉆地層測(cè)試技術(shù)

一、概述一、概述大慶油田隨鉆地層壓力溫度測(cè)試國(guó)內(nèi)領(lǐng)先伴隨著大慶油田公司采油二廠南3-2-P224井5個(gè)深度點(diǎn)8次地層壓力測(cè)試的完成和237組環(huán)空壓力、溫度測(cè)試數(shù)據(jù)成功上傳，標(biāo)志著大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院圓滿完成了隨鉆地層壓力溫度測(cè)試技術(shù)自主研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、推廣應(yīng)用等各項(xiàng)階段程序，該技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平地層壓力和溫度，是鉆井工程和油藏地質(zhì)工程的重要資料。過去，要想獲得這些數(shù)據(jù)，一般采用地震法、DC指數(shù)法等，或是在完鉆之后通過RFT測(cè)井儀器測(cè)量而得，這些在一定程度上存在著誤差大或是程序復(fù)雜等不利因素而應(yīng)用隨鉆地層壓力溫度測(cè)試技術(shù)則更直觀更精確，可隨鉆獲取地層壓力溫度，及時(shí)調(diào)整鉆井液密度，并控制井底的當(dāng)量循環(huán)密度，使其維持在地層孔隙壓力和地層破裂壓力之間，可防止井涌、井噴、儲(chǔ)層侵害以及突發(fā)地層斷裂造成的井漏。在油藏工程方面，該技術(shù)可被用于實(shí)時(shí)更新儲(chǔ)層模型與地質(zhì)模型，鑒別枯竭層，油藏工程師還可以使用實(shí)時(shí)壓力梯度分析來辨別流體和油氣水接觸面位置，從而優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和井位選擇一、概述大慶油田隨鉆地層壓力溫度測(cè)試國(guó)內(nèi)領(lǐng)先作為集機(jī)電液一體化的綜合性高難度科研項(xiàng)目，其井下自動(dòng)化控制程度較高，2009年以前，國(guó)內(nèi)尚無自主研發(fā)并成功應(yīng)用的先例。鉆井工程技術(shù)研究院科研人員挑戰(zhàn)國(guó)際前沿技術(shù)，突破隨鉆數(shù)據(jù)上傳、大功率發(fā)電供電技術(shù)等一系列難點(diǎn)，頑強(qiáng)攻關(guān)，于2009年9月份首次成功完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)其儀器、現(xiàn)場(chǎng)工藝、測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)用3方面技術(shù)研究逐漸成熟。目前，已累計(jì)完成14口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用，單支儀器在井下累計(jì)工作時(shí)間912小時(shí)，采集井下環(huán)空壓力、溫度數(shù)據(jù)3萬多組，井下測(cè)試最高壓力47.02兆帕，最高溫度109.7攝氏度，在46個(gè)深度點(diǎn)成功完成了62次地層壓力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與RFT進(jìn)行比對(duì)，誤差在3%以內(nèi)該技術(shù)在井下大功率整流電子電路、隨鉆儀器地面模擬檢驗(yàn)、井下測(cè)試儀器機(jī)電液一體化等方面取得了創(chuàng)新，其鉆柱式機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓原理、電子電路和軟件程序的設(shè)計(jì)均屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。該技術(shù)的研發(fā)成功提高了國(guó)內(nèi)隨鉆地層壓力測(cè)試儀器的整體技術(shù)水平，為今后的產(chǎn)業(yè)化、系列化奠定了基礎(chǔ)，將有力地支持國(guó)內(nèi)隨鉆地層壓力測(cè)試技術(shù)的發(fā)展2023/12/3202）擴(kuò)大安全窗口

P破(漏)＞P泥＞P地,(P地＞P坍),ΔP=P破－P地

P破(漏)＞P泥＞P坍,(P坍＞P地),ΔP=P破－P坍在保證井壁穩(wěn)定的前提下盡量降低P坍(如:可以通過研制高性能鉆井液抑制水化作用，從而達(dá)到降低P坍的效果)通過化學(xué)或工具的手段，將地層漏失壓力或承壓能力提高到井下安全的程度6、解決窄窗口鉆井難點(diǎn)的主要對(duì)策

一、概述

《WorldOil》2007年度12項(xiàng)最佳石油科技獎(jiǎng)評(píng)選八、最佳鉆井液獎(jiǎng)：貝克休斯公司的RHEO-LOGIC鉆井液最佳鉆井液獎(jiǎng)由貝克休斯公司針對(duì)深水鉆井研制的、通過降低激動(dòng)壓力、優(yōu)化當(dāng)量循環(huán)密度（ECD）使井下泥漿漏失降至最低的RHEO-LOGIC鉆井液獲得。該鉆井液也是針對(duì)減輕冷水溫度和壓力對(duì)常規(guī)合成泥漿（SBM）的流變性能的不利影響而設(shè)計(jì)的。生產(chǎn)實(shí)踐表明，RHEO-LOGIC鉆井液的應(yīng)用，可提高起下鉆速度、凈化井眼，從而顯著提高深水鉆井效率在墨西哥灣各主要開發(fā)商應(yīng)用RHEO-LOGIC鉆井液已鉆了多口深水井，鉆井結(jié)果表明，不僅降低了常規(guī)合成泥漿（SBM）的漏失率、縮短了下套管的時(shí)間，而且完全符合環(huán)保要求。與使用常規(guī)合成泥漿的鄰井漏失了2800桶泥漿相比，使用RHEO-LOGIC鉆井液僅漏失了60桶，僅此一項(xiàng)就可節(jié)約77萬多美元；而該新型鉆井液在改善井眼的清潔度、降低原始循環(huán)壓力等方面也可顯著降低作業(yè)成本：當(dāng)井眼尺寸相同、井深相同、井的傾斜度均相同時(shí)，使用RHEO-LOGIC鉆井液比使用常規(guī)合成泥漿可降低成本近50萬美元

一、概述2023/12/3223）環(huán)空壓力和當(dāng)量循環(huán)密度ECD控制精細(xì)控壓鉆井技術(shù)連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)優(yōu)化鉆井液性能和井身結(jié)構(gòu)調(diào)整井筒循環(huán)壓降‐‐‐‐‐‐6、解決窄窗口鉆井難點(diǎn)的主要對(duì)策

一、概述常規(guī)過平衡或近平衡鉆井泵排量是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，鉆井液循環(huán)為紊流狀態(tài)（a）式為紊流狀態(tài)時(shí)環(huán)空壓耗計(jì)算公式：式中PV──鉆井液塑性粘度，mPa

s

Q──排量，L／s

Dhi──第i段井眼直徑或套管內(nèi)徑，mm

Li──第i段段長(zhǎng)，m

Di──第i段鉆柱（鉆桿或鉆鋌）外徑，mm（a）

一、概述對(duì)于欠平衡鉆井而言，為了降低泵、井口旋轉(zhuǎn)防噴器及節(jié)流管匯等設(shè)備的負(fù)荷，增加井控的可靠性，避免紊流對(duì)裸眼油氣層的沖刷，一般以滿足鉆井液攜巖要求為原則，鉆井液排量不宜過大，流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)以層流為主。公式（b）為層流狀態(tài)下鉆井液環(huán)空壓耗計(jì)算式：式中PV──鉆井液塑性粘度，mPa

sYP──屈服值，Pa

Dp──鉆柱直徑，mm

Dh──井眼或套管直徑，mm

Lp──鉆柱長(zhǎng)度，m

Qm──鉆井液排量，L/s（b）

一、概述2023/12/325

提綱一、概述二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向四、結(jié)束語2023/12/3261、技術(shù)現(xiàn)狀

針對(duì)窄密度窗口的安全鉆井問題，目前國(guó)際上常用的方法是控壓鉆井技術(shù)國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)欠平衡作業(yè)和控制壓力鉆井委員會(huì)（IADCUnderbalancedOperations&ManagedPressureDrillingCommittee）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”二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析MPD工藝原理

P循環(huán)＝P靜液+P摩阻+P回壓；

P靜止＝P靜液+P回壓。最終目標(biāo)點(diǎn)：

P地<P井底<P破MPD使用的鉆井液密度低于傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的鉆井液密度二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析井下壓力控制原理靜液壓力循環(huán)阻力節(jié)流壓力鉆進(jìn)或循環(huán)

靜液壓力停止循環(huán)

節(jié)流壓力靜液壓力開泵過程

循環(huán)阻力節(jié)流壓力靜液壓力停泵過程

循環(huán)阻力節(jié)流壓力補(bǔ)償循環(huán)、停泵期間多因素造成的井底壓力波動(dòng)循環(huán)阻力節(jié)流壓力靜液壓力不同工況壓力控制示意圖二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/329

技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)井低經(jīng)濟(jì)效益的井以前“不可鉆”的井

減輕對(duì)地層傷害解決窄壓力窗口問題降低壓差卡鉆提高鉆速增加鉆井安全性等非生產(chǎn)時(shí)效事故漏失卡鉆溢流斷鉆具

單井NPT費(fèi)用（千美元）坍塌膨脹控壓鉆井的優(yōu)勢(shì)二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/3302023/12/330精細(xì)控壓鉆井技術(shù)二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/331動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制哈里伯頓MPD微流量控制鉆井簡(jiǎn)易流量監(jiān)測(cè)控壓加壓泥漿帽鉆井雙梯度控壓鉆井HSE控壓鉆井連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)降ECD工具精細(xì)控壓鉆井技術(shù)常規(guī)控壓鉆井技術(shù)充氣鉆井控壓手動(dòng)節(jié)流控壓簡(jiǎn)易導(dǎo)流控壓配套技術(shù)高效防漏堵漏技術(shù)化學(xué)方法提高承壓能力地層壓力預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無風(fēng)險(xiǎn)鉆井井筒多相流分析技術(shù)優(yōu)質(zhì)鉆井液（降ECD）井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化波紋管設(shè)計(jì)與分析軟件檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法膨脹管PWD與FTWD工具控壓鉆井技術(shù)類型二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析《控壓鉆井技術(shù)探討與展望》石油鉆探技術(shù),2008年第4期論文《窄窗口鉆井難點(diǎn)分析與技術(shù)對(duì)策》石油機(jī)械,2010年第4期論文文章提出所有的現(xiàn)代油氣井鉆井技術(shù)均包含控壓鉆井技術(shù)，明確這一概念，對(duì)組織實(shí)施和研究發(fā)展這一技術(shù)至關(guān)重要。指出控壓鉆井技術(shù)的應(yīng)用范圍應(yīng)包括過平衡鉆井、近平衡鉆井、欠平衡鉆井、精細(xì)控壓鉆井及自動(dòng)（閉環(huán)）控壓鉆井。提出精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是指在鉆井過程中，能夠精確控制井筒環(huán)空壓力剖面、有效實(shí)現(xiàn)安全鉆井的鉆井技術(shù)。對(duì)不同控壓鉆井方式的定義分別進(jìn)行了明確的闡述分析了控壓鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀。從用途出發(fā)，將控壓鉆井技術(shù)分成了5級(jí)，這將有利于鉆井施工的安全評(píng)估對(duì)控壓鉆井技術(shù)下步發(fā)展方向提出了建議，并指出未來控壓鉆井技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是在鉆井過程中，能夠自動(dòng)隨鉆監(jiān)測(cè)環(huán)空壓力剖面，反饋至地面后能自動(dòng)調(diào)整流量和回壓等控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)空壓力的閉環(huán)監(jiān)測(cè)與控制三壓力（或四壓力）預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)、井筒多相流分析技術(shù)、巖石力學(xué)分析技術(shù)、隨鉆井下壓力測(cè)量技術(shù)、試驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)與評(píng)價(jià)方法等基礎(chǔ)性研究至關(guān)重要二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/333

動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)是Atbalance公司開發(fā)研制的，主要用來解決窄密度窗口所出現(xiàn)的鉆井問題的一種控壓鉆井技術(shù)，曾獲2008年E&P雜志評(píng)選的石油工程技術(shù)創(chuàng)新特別獎(jiǎng)

1）動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)（DAPC）Atbalance公司的DAPC系統(tǒng)組成二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析精細(xì)控壓鉆井技術(shù)2023/12/334相關(guān)參數(shù)采集：泵壓、井底井口壓力流量、機(jī)械鉆速、注入量、返回量、鉆井液密度實(shí)時(shí)水力模型模擬井底、井口壓力、流量、溫度預(yù)計(jì)井底壓力，并設(shè)定一個(gè)允許的波動(dòng)范圍，如±0.5MPa井底壓力是否出現(xiàn)偏差？是向PLC發(fā)出指令調(diào)節(jié)地面設(shè)備以滿足井底壓力否DAPC系統(tǒng)流程圖1）動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)（DAPC）二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析精細(xì)控壓鉆井技術(shù)2023/12/3352）Halliburton公司的MPD系統(tǒng)溢流通道直流通道質(zhì)量流量計(jì)

Halliburton的MPD系統(tǒng)晚于DAPC系統(tǒng)，其原理與DAPC系統(tǒng)完全相同，只是在回壓泵上加上了一個(gè)入口流量計(jì)，在節(jié)流管匯中加了一個(gè)鉆井液直流通道，并改變了安全溢流管線，參數(shù)指標(biāo)與DAPC系統(tǒng)相同。但在微流量監(jiān)測(cè)方面優(yōu)于DAPC系統(tǒng)二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析精細(xì)控壓鉆井技術(shù)2023/12/336

微流量控制鉆井系統(tǒng)是Weatherford公司開發(fā)的，其通過高精度流量計(jì)精確測(cè)量泵入和返回鉆井液的質(zhì)量和密度，判斷溢流；若發(fā)現(xiàn)溢流及時(shí)控制節(jié)流管匯增加井口回壓至井底壓力大于地層壓力3）微流量控制鉆井系統(tǒng)（MFC）二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析精細(xì)控壓鉆井技術(shù)2023/12/337鉆井液注入量返出量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集包括質(zhì)量流量、壓力、鉆井參數(shù)將采集數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中心質(zhì)量守恒原理，數(shù)據(jù)收集和控制中心設(shè)定預(yù)期返回鉆井液質(zhì)量數(shù)據(jù)采集控制中心對(duì)比預(yù)期返回鉆井液量和實(shí)際返回量偏差？鉆井液漏失？鉆井液漏失？破裂壓力控制節(jié)度降低回壓孔隙壓力預(yù)計(jì)的鉆井液流量和質(zhì)量控制開度增加回壓否是是是是MFC控制系統(tǒng)流程圖3）微流量控制鉆井系統(tǒng)（MFC）二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析精細(xì)控壓鉆井技術(shù)2023/12/338１)簡(jiǎn)易MPD控壓鉆井技術(shù)簡(jiǎn)易MPD控壓鉆井技術(shù)原理圖

簡(jiǎn)易導(dǎo)流控壓鉆井技術(shù)裝備成本低，易實(shí)現(xiàn)，適用于鉆井壓力窗口相對(duì)較寬、鉆井安全性較高的地層?；狙b備只需要一個(gè)旋轉(zhuǎn)控制裝置（RCD）和引導(dǎo)回流的連通管匯。在實(shí)際控壓鉆井作業(yè)期間，允許較低的溢流和起下鉆余量，但在旋轉(zhuǎn)控制頭下沒有回壓維持，如果發(fā)生溢流，依靠防噴器組的啟用流量監(jiān)測(cè)控壓鉆井技術(shù)也屬于簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)的一種，其特征是在鉆井液出口管線上增加流量計(jì)，增強(qiáng)了早期溢流檢測(cè)和漏失監(jiān)測(cè)的能力二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/339２）加壓泥漿帽鉆井技術(shù)加壓泥漿帽技術(shù)

加壓泥漿帽鉆井是一種控制嚴(yán)重井漏的鉆井方法，適用于陸地和海洋油氣井眼嚴(yán)重漏失地層的鉆進(jìn)作業(yè)。與泥漿帽鉆井不同，加壓泥漿帽鉆井（PMCD）因鉆井中環(huán)空流體密度較小而需在井口施加一個(gè)正壓力PMCD壓力梯度分布常規(guī)鉆井液壓力梯度泥漿帽流體壓力梯度“犧牲流體”壓力梯度密閉加壓回流系統(tǒng)控制環(huán)空回壓（BP），并便于替入泥漿帽。在鉆柱的外環(huán)空注入加重泥漿帽，從而能夠利用輕質(zhì)“犧牲流體”向前鉆進(jìn)。用輕質(zhì)流體鉆進(jìn)目的層，比如清水。允許漏失。巖屑和返出物都被注入地層而不返回地面。二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/340３）雙梯度鉆井技術(shù)雙梯度鉆井（DGD）

基本原理：隔水管內(nèi)充滿海水（或不使用隔水管），采用海底泵和小直徑回流管線旁路回輸鉆井液；或在隔水管中注入低密度介質(zhì)（空心微球、低密度流體、氣體），降低隔水管環(huán)空內(nèi)返回流體的密度，使之與海水相當(dāng)，在整個(gè)鉆井液返回回路中保持雙密度鉆井液體系，有效地控制井眼環(huán)空壓力、井底壓力，可以有效確保井底壓力處于安全的壓力窗口之內(nèi)壓力深度海底雙梯度鉆井鉆井液靜水壓力常規(guī)鉆井鉆井液靜水壓力破裂壓力地層壓力海水靜壓力雙梯度靜水力學(xué)梯度

二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/341４）健康、安全和環(huán)保MPD

通過采用閉合、承壓的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，減小了鉆井、地層流體以及井控事故對(duì)人員、設(shè)備和環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)。鉆井過程中若有流體侵入，回流管線將被關(guān)閉，同時(shí)立即導(dǎo)流至鉆臺(tái)的節(jié)流管匯，侵入流體就能夠被安全控制并循環(huán)出井眼

使用旋轉(zhuǎn)控制裝置（RCD）可以避免關(guān)閉防噴器，將碳?xì)浠衔镝尫胖零@臺(tái)的可能性降至最低，且在循環(huán)出侵入流體或在處理氣侵鉆井液過程中允許活動(dòng)鉆柱

HSEMPD或稱回流控制（ReturnFlowControl）鉆井是出于健康、安全、環(huán)保的目的，將鉆井液返回到鉆臺(tái)上的一項(xiàng)控制壓力鉆井技術(shù)二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/342５）連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)（CCS）

連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)是一個(gè)新技術(shù)，它可以將接單根分解為幾個(gè)連續(xù)的操作，在不停止鉆井液循環(huán)的條件下對(duì)鉆柱進(jìn)行連接，同時(shí)還可保證循環(huán)當(dāng)量密度不變。在壓力窗口較窄的情況下，連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)可以避免很多鉆井問題發(fā)生二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/343６）降ECD工具●該技術(shù)主要用于解決海洋深水、大位移井等鉆井過程中的窄密度窗口問題●工作原理：渦輪將鉆井液的液動(dòng)能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，渦輪下部與泵相連，泵產(chǎn)生向上的推力，推力作用于工具安裝位置以上的流體的重力和環(huán)空壓耗，從而達(dá)到降低井底ECD的目的二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/344７）手動(dòng)節(jié)流控壓鉆井技術(shù)和充氣控壓鉆井技術(shù)

其工藝流程、設(shè)備配套與常規(guī)欠平衡鉆井技術(shù)基本相同，只是其引入了控壓鉆井技術(shù)的理念、目的與欠平衡鉆井技術(shù)不同，是為了解決漏失等鉆井復(fù)雜問題或達(dá)到控壓鉆井的目的二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析常規(guī)控壓鉆井技術(shù)2023/12/345

針對(duì)窄窗口鉆井所面臨的鉆井工程技術(shù)難題，CNPC先后在塔里木等地開展技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新研究，為窄窗口安全鉆井積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。下面列舉了典型實(shí)例:

1）HalliburtonMPD技術(shù)（引進(jìn)）

2）SchlumbergerNDS技術(shù)（引進(jìn)）

3）簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)

4）井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化和膨脹管技術(shù)

5)厚壁波紋管防漏治漏技術(shù)2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/3461）HalliburtonMPD技術(shù)應(yīng)用效果：有效克服了井漏等井下復(fù)雜，節(jié)約了鉆井時(shí)效將以前目的層水平段長(zhǎng)500米提高至1052米，創(chuàng)造了塔中地區(qū)的新記錄，對(duì)油田開采將產(chǎn)生顯著的效益TZ62-11H鉆井時(shí)效分析2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/3470.2MPa0.15MPa應(yīng)用效果：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)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(jí)別的油氣顯示242.0米，共32層1）HalliburtonMPD技術(shù)TZ62-10H井控壓井段全烴變化曲線圖

TZ62-10H井鉆井過程壓力變化曲線圖

2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/34848

塔里木油田引進(jìn)Halliburton公司的MPD系統(tǒng)，完成精細(xì)控壓鉆井20口井。塔里木油田塔中應(yīng)用結(jié)果表明，精細(xì)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)能應(yīng)用效果塔中20口井精細(xì)控壓鉆井實(shí)踐二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/3492）Schlumberger的NDS技術(shù)

它能夠最大程度減少井下意外事故，降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)，最大限度降低非生產(chǎn)時(shí)間；優(yōu)化鉆井過程，優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高鉆速NDS是一項(xiàng)實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆井技術(shù)：環(huán)空壓力監(jiān)控井壁穩(wěn)定監(jiān)控漏失監(jiān)控鉆井最優(yōu)化2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/350例1：在霍003井的應(yīng)用井號(hào)井深(米)時(shí)間(天)平均日進(jìn)尺(米)霍001井345828911.97霍002井346725013.87霍003井344618518.63霍003井鉆至井深3446米完鉆霍003井比霍001井提前104天霍003井比霍002井提前65天將鉆井液密度由2.6g/cm3調(diào)整為2.38g/cm3

，減少了鉆井液漏失和井壁坍塌事故2）Schlumberger的NDS技術(shù)2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/351例2：在迪那204井的應(yīng)用

迪那204井應(yīng)用NDS技術(shù)，將ECD控制在孔隙壓力和破裂壓力之間，鉆井液漏失大幅降低，并大幅縮短鉆井周期

迪那地區(qū)三開儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，易漏、易涌，鉆井液安全窗口窄；漏失占總復(fù)雜事故的42%，是迪那地區(qū)山前鉆井最為突出的問題2）Schlumberger的NDS技術(shù)2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/352簡(jiǎn)易注氣控壓鉆井技術(shù)：塔里木簡(jiǎn)易注氣控壓鉆井技術(shù)是在循環(huán)時(shí)注氣，減少液柱壓力以抵消循環(huán)壓耗；停止循環(huán)時(shí)停止注氣則壓力恢復(fù)，從而能更好地適用于涌漏窄窗口的安全鉆井3）簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/353

簡(jiǎn)易注氣控壓鉆井技術(shù)的實(shí)施，使得塔中海相儲(chǔ)層油氣勘探中涌漏矛盾突出、鉆進(jìn)漏失鉆井液量大、復(fù)雜損失時(shí)間多的矛盾得到初步解決塔中72井區(qū)簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)與常規(guī)鉆井效果對(duì)比表

井號(hào)塔中722塔中72塔中721鉆井周期(d)127131240設(shè)計(jì)井深(m)575058005800完鉆井深(m)57505235.655505鉆井方式控壓鉆井常規(guī)鉆井常規(guī)鉆井處理復(fù)雜時(shí)間(d)48121鉆井期間泥漿漏失量(m3)190.831824.665000試油產(chǎn)量(m3/d)油265氣51202油29.5氣9560油126.48氣7203523）簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/354

帶井下液面監(jiān)測(cè)的簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)：在塔中722、輪南633、輪古34等含硫化氫氣井實(shí)施了簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)，并配套使用了井下液面監(jiān)測(cè)技術(shù)，較好地解決了窄密度窗口下的安全鉆井問題3）簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)

比注氣簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)優(yōu)勢(shì)：更快速發(fā)現(xiàn)溢流，為控制溢流贏得更多的時(shí)間,在線實(shí)時(shí)監(jiān)控井筒液面避免人工疏忽、誤判斷井筒內(nèi)液面表面積小，距離近

,反應(yīng)快；能在地層流體剛進(jìn)入井筒時(shí)就發(fā)現(xiàn)溢流2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/355井號(hào)塔中722輪南633輪古34大北3中古2控壓井段(m)5546~57505843~61006694~67406284~70735871~6310實(shí)施目的防漏防漏防漏防漏防漏控壓期間油氣顯示情況連續(xù)點(diǎn)火，焰高0.5~12m連續(xù)點(diǎn)火，焰高8~22m間斷點(diǎn)火，焰長(zhǎng)5~15m間斷點(diǎn)火，焰高0.5~3m井下液面監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)完井試油日產(chǎn)量(m3/d)8mm油嘴，油壓20.7MPa，油265m3氣51202m38mm油嘴，油壓3.72MPa，油36.20m3，氣389640m38mm油嘴，油壓38.88MPa，油29.36m3，氣202105m36mm油嘴，油壓63MPa，氣416862m35mm油嘴，油壓20.4MPa，油5.04m3，氣51873m3。

帶井下液面監(jiān)測(cè)的簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)應(yīng)用效果：3）簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)

在塔中722、輪南633、輪古34等井獲得高產(chǎn)油氣流，大北3采用簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)，解決了窄密度窗口下的安全鉆井，保護(hù)了油氣層。中古17井應(yīng)用控壓鉆井技術(shù)，僅用172天就完成了一口6700米井深的超深井2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/356經(jīng)過多年的實(shí)踐探索，塔里木油田成功地采用了非常用的套管系列，優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用了深井、超深井井身結(jié)構(gòu)，有利于解決窄窗口的安全鉆井問題膨脹管技術(shù)是正在發(fā)展的可明顯降低鉆完井成本的一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)井身結(jié)構(gòu)的弊端，采用膨脹管技術(shù)改進(jìn)、完善以及優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，能解決井眼變徑以及復(fù)雜地層鉆進(jìn)等問題。未來的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)單直徑井眼4）井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)和膨脹管技術(shù)2、CNPC解決窄窗口鉆井問題的應(yīng)用案例二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析Enventure公司：擁有較成熟的膨脹管技術(shù)，目前已為全球20個(gè)國(guó)家、96個(gè)客戶作業(yè)605井次，累計(jì)下入膨脹管18.9萬米

一種用特殊材料、特殊工藝制成的金屬管，下入井內(nèi)后通過機(jī)械或液壓的方法，使其在徑向膨脹10-30%，膨脹后的機(jī)械性能達(dá)到相應(yīng)API套管水平，作為套管使用。實(shí)現(xiàn)“小尺寸下入、大直徑使用”的目的，在世界上被稱為“將帶來鉆井技術(shù)革命”的一項(xiàng)新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的主要用途：●作為應(yīng)急套管封隔復(fù)雜地層，提高應(yīng)對(duì)井下復(fù)雜的能力●實(shí)現(xiàn)等直徑鉆井，大幅度降低鉆井成本●用于老井套損補(bǔ)貼修復(fù)●用于尾管懸掛，解決尾管重疊段環(huán)空密封問題二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析膨脹管技術(shù)－58

－膨脹管一種用特殊材料、特殊工藝制成的金屬管，下入井內(nèi)后通過機(jī)械或液壓的方法，使其在徑向膨脹10-30%，膨脹后的機(jī)械性能達(dá)到相應(yīng)API套管水平，作為套管使用。實(shí)現(xiàn)“小尺寸下入、大直徑使用”的目的膨脹管包括：實(shí)體套管膨脹；割縫管膨脹。實(shí)體膨脹管可以用作裸眼井段的鉆井尾管、下套管井段的襯管及膨脹尾管懸掛器；而割縫管膨脹技術(shù)與防砂技術(shù)結(jié)合可用來防砂完井CNPC研發(fā)了膨脹管材料及膨脹連接螺紋核心技術(shù)，在400多口井進(jìn)行了套管修復(fù)二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析波紋管技術(shù)－－中石油鉆井院

波紋管技術(shù)是經(jīng)過擴(kuò)眼、入井、打壓膨脹、機(jī)械整形等工藝，與井壁形成緊密貼合，有效封隔漏失層、垮塌層，且不影響井眼尺寸鉆井院建成了國(guó)內(nèi)第一條波紋管生產(chǎn)線，生產(chǎn)

235×8、

335×10波紋管，適用于8-1/2

和12-1/4

井眼二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析厚壁波紋管防漏治漏現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得成功波紋管堵漏技術(shù)在新疆油田T6182井試驗(yàn)成功表明，采用波紋管治理鉆井惡性井漏是一種鉆井堵漏可行的新工藝、新手段；同時(shí)證明波紋管技術(shù)在砂泥巖地層應(yīng)用是可行的，實(shí)現(xiàn)了鉆井堵漏技術(shù)一項(xiàng)新突破試驗(yàn)井號(hào)：T6182（新疆油田）波紋管規(guī)格：φ235×8，適用于81/2″井眼下入波紋管長(zhǎng)度：89.47米補(bǔ)貼起始點(diǎn)：405米補(bǔ)貼前泥漿臨界漏失比重：1.27補(bǔ)貼后泥漿密度最高達(dá)到：1.80二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析

2004年7月，在吐哈油田陵7－71井共下入波紋管62.54m，波紋管封固井段為2450～2512.54m，成功的實(shí)現(xiàn)了利用波紋管建立人工井壁進(jìn)行堵漏的目的

2006年10月在克拉瑪依油田T6182井下入適用于8-1/2″井眼的φ235×8波紋管89.40m，波紋管封固井段為406.6～496.0m，試驗(yàn)取得了圓滿成功，不再發(fā)生漏失

2007年4月在四川油田黃龍004－X1井共下入適用于12-1/4″井眼的φ335×11波紋管24m，波紋管封固井段為2308～2332m。施工完成后，在后續(xù)鉆進(jìn)過程中未出現(xiàn)漏失情況，順利鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深2820m波紋管技術(shù)－－中石油鉆井院二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析2023/12/362

提綱一、概述二、控壓鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向四、結(jié)束語2023/12/36363成果類別成果名稱成果水平自評(píng)價(jià)5套裝備地面壓力控制裝置接近國(guó)際先進(jìn)水平環(huán)空壓力隨鉆測(cè)量裝置處于CNPC領(lǐng)先水平井口連續(xù)循環(huán)鉆井裝置處于CNPC領(lǐng)先水平鉆井液密閉分離裝置處于CNPC領(lǐng)先水平膨脹尾管系統(tǒng)和可循環(huán)篩管處于CNPC領(lǐng)先水平3項(xiàng)特色技術(shù)控壓鉆井工藝技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平地層壓力預(yù)測(cè)分析與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)處于CNPC領(lǐng)先水平深井鉆井高效防漏堵漏技術(shù)處于CNPC領(lǐng)先水平2套實(shí)驗(yàn)方法控壓鉆井實(shí)驗(yàn)檢測(cè)評(píng)價(jià)方法（創(chuàng)建獨(dú)特的控壓鉆井實(shí)驗(yàn)室）接近國(guó)際先進(jìn)水平井筒多相流流動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)方法處于CNPC領(lǐng)先水平30項(xiàng)專利《一種組合式多級(jí)壓力控制方法與裝置》等30項(xiàng)專利、其中發(fā)明專利15項(xiàng)27篇論文《窄密度窗口鉆井難點(diǎn)分析與技術(shù)對(duì)策》等27篇學(xué)術(shù)論文重大成果三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/36464自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)精細(xì)控壓鉆井控制中心形成一套控壓鉆井工藝技術(shù)完成5大系統(tǒng)的研制自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)精細(xì)控壓自動(dòng)控制軟件⑴地面壓力控制裝置(PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng))5套裝備三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/36565⑴地面壓力控制裝置(PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng))性能對(duì)比HalliburtonMPD研制產(chǎn)品（PCDS-Ⅰ）技術(shù)參數(shù)額定壓力35MPa35MPa節(jié)流精度±0.35MPa±0.5MPa自控系統(tǒng)采用PLC控制器，接線復(fù)雜，不具備在線自診斷功能采用FF數(shù)字總線，具備在線自診斷功能，系統(tǒng)工作可靠性高，性能先進(jìn)功能對(duì)比近平衡工藝鉆進(jìn)近平衡工藝鉆進(jìn)欠平衡工藝鉆進(jìn)出入口流量監(jiān)測(cè)出入口流量監(jiān)測(cè)井底恒壓控制井底恒壓和微流量控制與國(guó)際同類產(chǎn)品性能指標(biāo)對(duì)比5套裝備地面壓力控制裝置三維設(shè)計(jì)圖三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/366

中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院組織專家對(duì)PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，考察了控壓鉆井實(shí)驗(yàn)室和精細(xì)控壓鉆井裝置，并組織了9種工況的測(cè)試專家測(cè)試三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/367專家組意見

1）PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)由自動(dòng)節(jié)流管匯、回壓泵、液氣控制臺(tái)、控制系統(tǒng)及軟件等構(gòu)成。該系統(tǒng)能夠同時(shí)監(jiān)控壓力、流量等指標(biāo)，對(duì)井下溢流、漏失進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，能夠精確控制環(huán)空井底壓力，滿足現(xiàn)場(chǎng)控壓鉆井需求2）自動(dòng)節(jié)流管匯系統(tǒng)布局合理，能夠?qū)崿F(xiàn)多種模式下的節(jié)流控制3）回壓泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)回壓補(bǔ)償4）液氣控制系統(tǒng)壓力源多路設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全互鎖，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)控制，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)性能和安全的要求5）自動(dòng)控制系統(tǒng)及軟件經(jīng)測(cè)試表明，功能完備、響應(yīng)速度快、控制精度高，可以滿足控壓鉆井工藝的要求專家測(cè)試專家組認(rèn)為，PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，測(cè)試性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/36868

地面壓力控制裝置（PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)）在西南油氣田蓬萊9井、磨030-H25井、塔里木油田中古105H井、華北油田蘇49K-P5井，完成了近、欠平衡條件下控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用，有效解決了溢漏共存鉆井難題應(yīng)用效果精細(xì)控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/36969精細(xì)控壓鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

實(shí)現(xiàn)了恒定井底壓力控制和微流量監(jiān)測(cè)控制的精細(xì)控壓鉆井，全工況動(dòng)態(tài)壓力控制精度達(dá)到0.5MPa，試驗(yàn)圓滿成功。發(fā)現(xiàn)油氣顯示層八個(gè)，出口氣體流量計(jì)監(jiān)測(cè)值500～2500m3/h，多次點(diǎn)火成功，焰高超過8米，點(diǎn)火時(shí)間最長(zhǎng)超過50分鐘，儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)與保護(hù)效果顯著三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/37070研究成果有助于解決窄密度窗口導(dǎo)致的各種井下復(fù)雜問題有利于勘探開發(fā)中儲(chǔ)層的發(fā)現(xiàn)與保護(hù)降低非生產(chǎn)時(shí)間，極大地提高深井鉆井的效率隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的控制，從復(fù)雜到常規(guī)、從陸地到海洋，控壓鉆井裝備與技術(shù)將擁有廣闊的應(yīng)用前景應(yīng)用效果三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/37171形成了一支穩(wěn)定的、多學(xué)科的控壓鉆井攻關(guān)團(tuán)隊(duì)有助于打破國(guó)外公司的技術(shù)壟斷，提升課題責(zé)任單位和聯(lián)合單位在該技術(shù)領(lǐng)域的服務(wù)能力促進(jìn)我國(guó)石油深井鉆井技術(shù)進(jìn)步，降低油氣勘探開發(fā)綜合成本，特別是有利于西部的勘探開發(fā)與鉆井工程實(shí)施技術(shù)支撐三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/37272精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)被評(píng)為2011年中國(guó)石油十大科技進(jìn)展

控制壓力鉆井是當(dāng)今世界鉆井工程前沿技術(shù)之一，是解決窄密度窗口鉆井難題最有效的手段。隨著我國(guó)油氣勘探開發(fā)的深入推進(jìn)，控壓鉆井技術(shù)的需求增大。

自主研發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的全自動(dòng)控制軟件，可在各種鉆井工況下進(jìn)行環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)與控制、回壓補(bǔ)償、近平衡與欠平衡精細(xì)控壓鉆井作業(yè)，集水力學(xué)計(jì)算、設(shè)備在線智能監(jiān)控、應(yīng)急處理于一體，實(shí)現(xiàn)了環(huán)空壓力閉環(huán)監(jiān)控和多策略、自適應(yīng)安全鉆井作業(yè)。針對(duì)不同的地質(zhì)特點(diǎn)和生產(chǎn)需求，并開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有效解決了“溢漏共存”等窄密度窗口的鉆井難題。

中國(guó)石油成功開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)，其核心技術(shù)及各項(xiàng)指標(biāo)總體達(dá)到國(guó)外同類技術(shù)的先進(jìn)水平，提升了我國(guó)復(fù)雜深井鉆井技術(shù)水平和鉆井工程技術(shù)服務(wù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向PCDS-Ⅰ精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)----成果研究成功的消息發(fā)布在中國(guó)石油報(bào)、國(guó)資委網(wǎng)站和石油商報(bào)等媒體上73三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/374第一臺(tái)井口連續(xù)循環(huán)鉆井裝置樣機(jī)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平對(duì)比性能國(guó)際同類產(chǎn)品研制產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)工作壓力35MPa35MPa適用鉆桿規(guī)格31/2″--57/8″31/2″--51/2″卸扣扭矩95kN.m98kN.m循環(huán)排量3000L/min3000L/min動(dòng)力卡瓦同時(shí)作為背鉗使用，對(duì)卡瓦牙板的要求高，影響卡瓦對(duì)鉆柱的夾持能力僅懸持鉆柱重量，牙板可采用常規(guī)形式，安全可靠接頭定位通過接頭與閘板碰觸進(jìn)行定位，容易損傷閘板利用光電傳感器和電控制技術(shù)，定位精確745套裝備⑵井口連續(xù)循環(huán)鉆井裝置與國(guó)際同類產(chǎn)品性能指標(biāo)對(duì)比三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/3758-1/2″環(huán)空壓力隨鉆測(cè)量裝置性能與國(guó)際同類產(chǎn)品相當(dāng)6″環(huán)空壓力隨鉆測(cè)量裝置樣機(jī)填補(bǔ)CNPC小尺寸測(cè)量工具的空白完成了６口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)75性能對(duì)比國(guó)際同類產(chǎn)品8-1/2″研制產(chǎn)品6″研制產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)測(cè)量壓力140MPa138MPa122MPa測(cè)量溫度175℃150℃150℃測(cè)量精度0.5%0.5%0.5%傳輸方式泥漿正脈沖傳輸泥漿正脈沖傳輸泥漿正脈沖傳輸5套裝備⑶環(huán)空壓力隨鉆測(cè)量裝置與國(guó)外同類產(chǎn)品性能指標(biāo)對(duì)比三、研究進(jìn)展與發(fā)展方向2023/12/376對(duì)比性能HalliburtonAlpineMicodaVeteran研制產(chǎn)品罐體數(shù)量（個(gè)）21111罐體尺寸（m）D×L2.3×3.13.13×6.12.1×5.52.73×12.21.7×6容積（m3）272516.36712最大額定壓力（MPa）1.81.7521.38--3.451.5最大鉆井液處理量（m3/h）231265132.5———200最大氣體處理量（m3/h）5800090000400004000020000

鉆