1、2014年12月泥浆帽控制压力钻井泥浆帽控制压力钻井 2006 Weatherford.All rights reserved.背景和意义背景和意义发展趋势分析发展趋势分析技术现状分析技术现状分析总结总结目录目录目录现场应用情况现场应用情况 2006 Weatherford.All rights reserved.背景和意义背景和意义 随着我国石油勘探开发向深部复杂地区的不断发展，井涌、井漏、有害气体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等钻井问题也越来越突出，已成为影响和制约石油勘探开发进程的技术瓶颈。由于控压钻井可以较为精确地控制整个井筒环空压力剖面，能有效解决钻井过程中出现的井涌、井漏、井塌、卡钻等
2、多种井下故障，因此，在钻遇复杂地层时，常采用控压钻井技术。控制泥浆帽钻井技术是控制压力钻井技术在深海应用的一种新的技术形式，用于解决一些深水钻井难题、弥补目前处理井涌的缺点等。2006 Weatherford.All rights reserved.钻井安全压力窗口是指钻井过程中不造成喷、漏、塌、卡等钻井事故，能维持井壁稳定的钻井压力（密度）范围。安全密度窗口。安全窗口若：P泥 P破(P漏)则井漏；P泥 P地 则井涌甚至井喷；P泥 P坍 则井塌。背景和意义背景和意义 2006 Weatherford.All rights reserved.井底循环压力井底循环压力时间时间裂缝压力裂缝压力储层压
3、力储层压力 较大的钻井作业窗口 背景和意义背景和意义 2006 Weatherford.All rights reserved.井底循环压力井底循环压力时间时间裂缝压力裂缝压力储层压力储层压力技术现状分析技术现状分析 较小的钻井作业窗口 2006 Weatherford.All rights reserved.窄窗口地层的几种情况 裂缝、溶洞等连通性好的地层，停泵井涌，开泵漏失裂缝、溶洞等连通性好的地层，停泵井涌，开泵漏失 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 层流体会有外溢层流体会有外溢 钻遇下部正常压力目的层，由于
4、地层压力降低发生漏失钻遇下部正常压力目的层，由于地层压力降低发生漏失容易坍塌容易坍塌,或容易漏失或容易漏失,或容易出现涌漏同存的薄弱地层或容易出现涌漏同存的薄弱地层 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 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 间很小间很小 背景和意义背景和意义 2006 Weatherford.All rights reserved.窄窗口地层相关问题 背景和意义背景和意义 2006 Weatherford.All rights
5、 reserved.窄窗口施工相关问题 背景和意义背景和意义 2006 Weatherford.All rights reserved.控压钻井技术针对窄密度窗口的安全钻井问题，目前国际上常用的方法是控压钻井技术。国际钻井承包商协会欠平衡作业和控制压力钻井委员会将MPD定义为：“控制压力钻井是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井过程，其目的是确定井下压力环境界限，并以此控制井眼环空液柱压力剖面”。技术现状分析技术现状分析 2006 Weatherford.All rights reserved.控压钻井的原理 通过对井底压力的实时监测、水力参数的分析计算、井口套压（或回压）的自动控
6、制，实现合理的井底压力，始终保持井底压差处于微过平衡状态，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。技术现状分析技术现状分析 2006 Weatherford.All rights reserved.技术现状分析技术现状分析 P循环循环P静液静液+P摩阻摩阻+P回压回压；P静止静止P静液静液+P回压回压。最终目标点：最终目标点：P地地P井底井底P破破控压钻井工艺原理 2006 Weatherford.All rights reserved.技术现状分析技术现状分析 u 技术上的风险井技术上的风险井u 低经济效益的井低经济效益
7、的井u 以前以前“不可钻不可钻”的井的井u 减轻对地层伤害减轻对地层伤害 u 解决窄压力窗口问题解决窄压力窗口问题u 降低压差卡钻降低压差卡钻u 提高钻速提高钻速u 增加钻井安全性等增加钻井安全性等非生产时效事故非生产时效事故漏失漏失卡钻卡钻溢流溢流断钻具断钻具 单井单井NPT费用（千美元）费用（千美元）坍塌膨胀坍塌膨胀控压钻井优势 2006 Weatherford.All rights reserved.泥浆帽控压钻井技术 泥浆帽控压钻井是一种控制严重井漏的作业方法，适用于陆上和海洋油气井眼严重漏失地层的钻进作业。PMCD与泥浆帽钻井的主要区别是因环空流体密度较小而需在井口施加一个正压。PM
8、CD压力梯度分布技术现状分析技术现状分析 2006 Weatherford.All rights reserved.泥浆帽控压钻井技术技术现状分析技术现状分析 2006 Weatherford.All rights reserved.技术现状分析技术现状分析 如图，带压泥浆帽钻井工艺是采用低密度钻井液钻衰竭层段,然后采用高密度钻井液将低密度钻井液压入漏失层段。继续钻进,所有低密度钻井液和流入井眼的流体都被压入衰竭地层。采用这种方法,即使所有低密度钻井液都循环失返,侵入衰竭地层,也能够有效控制井眼。泥浆帽控压钻井技术 2006 Weatherford.All rights reserved.工作
9、流程：使用旋转控制头在地面关闭环空。钻柱内注入牺牲液。环空内泵入清泥浆来保持井眼灌注，同时防止气体运移进环空。牺牲液和钻屑漏失进地层。技术现状分析技术现状分析 泥浆帽控压钻井技术 2006 Weatherford.All rights reserved.特点:地表无回流(回流全部流入地层)在略低于储层压力的条件下，向环空缓慢的泵入高粘泥浆。可牺牲的钻井液(通常是水)被泵入井下钻柱。环空回压用来平衡储层压力或者维持压力系统平衡。技术现状分析技术现状分析 泥浆帽控压钻井技术 2006 Weatherford.All rights reserved.现场应用情况现场应用情况 东南亚地区应用实例 20
10、06 Weatherford.All rights reserved.现场应用情况现场应用情况 塔里木油田引进Halliburton公司的MPD系统，完成控压钻井20口井。塔里木油田塔中应用结果表明，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。塔中20口井控压钻井实践 2006 Weatherford.All rights reserved.现场应用情况现场应用情况 0.2MPa0.2MPa0.15MPa0.15MPaTZ62-10HTZ62-10H井控压井段全烃变化曲线图井控压井段全烃变化
11、曲线图 TZ62-10HTZ62-10H井钻井过程压力变化曲线图井钻井过程压力变化曲线图 u 有效地降低了奥陶系灰岩钻进的复杂情况，无明显漏失和外溢等现象，减少了钻进风险u 有利于钻进中及时发现油气显示，TZ62-11H钻进中发现不同级别的油气显示242.0米，共32层 2006 Weatherford.All rights reserved.发展趋势分析发展趋势分析 开采天然气水合物天然水合物钻井特点：与常规油气钻井相比,在开采天然气水合物的钻井过程中,会打破水合物依存的平衡条件,由于压力的降低或温度的增加会造成水合物的分解并释放出游离气和水,由此会加重井眼的不稳定、井底压力的波动、水合物在
12、井眼外的分解,以及在海洋开采时会有潜在的涌流和海床下沉。这就要求在钻井过程中,必须精确控制井眼压力和温度,以维持易碎水合物储存的应力和条件,在钻井过程中防止其分解。解决方案：MPD是目前可用的开采天然气水合物的钻井技术。2006 Weatherford.All rights reserved.发展趋势分析发展趋势分析 用于海洋钻井由于海上钻井平台日费用很高,出现井漏或钻井中产生气体的井用常规的压力控制很难连续、安全地钻井。MPD在海上的应用数量在不断增加，成为海上安全钻井的一种新技术。2006 Weatherford.All rights reserved.发展趋势分析发展趋势分析 泥浆帽发展
13、趋势 如果泥浆帽密度过低,那么泥浆帽在井筒内的高度就会增加,注入泥浆帽的量也越大,即地面所需配制的泥浆帽体积就会增大,而地面泥浆帽补偿罐的容积有限,因此,泥浆帽密度的选取要考虑地面泥浆帽补偿罐的容积大小,并不是密度越低越好。由于在泥浆帽中下钻会产生较大的激动压力,可能会造成井底压力高于压力控制波动允许范围,因此,设计泥浆帽高度和密度时要考虑泥浆帽中下钻激动压力的大小。如果泥浆帽在井筒内的高度越高,那么驱替过程中所产生的环空压耗就越大,而驱替过程中对泥浆帽实施小排量驱替的主要目的就是降低环空压耗,因此,确定泥浆帽高度和密度时要考虑泥浆帽中驱替过程中产生的环空压耗。对于地面节流阀来说,节流压力变化
14、幅度越小,节流阀控制精度越高,节流压力变化幅度越大,节流阀控制精度越低,因此,泥浆帽密度越高,节流回压变化幅度越大,地面节流控制效果越不好。2006 Weatherford.All rights reserved.发展趋势分析发展趋势分析 控压钻井发展趋势 国外在环空水力学、环空动态控制、井底恒压、钻井液体系、地面控制程序、配套工具(RCH、DDV、节流阀)以及操作人员培训等方面都做了细致的研究。该项技术口趋成熟，并在工程运用中取得良好的效果。国内在引进控压钻井技术的同时整合充气欠平衡技术，在塔中地区的钻井实践中取得了良好的效果，但租用没备日费昂贵，使MPD技术不能迅速推广。为合理简化MPD技
15、术的操作流程，融合成熟的欠平衡钻井技术，允分体现MPD技术的经济性和适用性，是解决我同高温高压、窄密度窗口及老井开窗侧钻等复杂钻井问题的一种有效方式。2006 Weatherford.All rights reserved.总结总结1.泥浆帽钻井技术是针对恶性漏失地层钻进的有效钻井工艺，能够有效钻进裂缝性、溶洞性、高渗透性等复杂无返或恶性漏失地层，随着设备的改进、认知程度的增加，泥浆帽技术将会得到推广应用。2.在窄密度窗口地层，尤其是在火成岩、碳酸盐岩、断层、不整合、破碎带、推覆构造、异常高压和低压地层，存在失返性井漏或漏喷并存复杂问题，控压钻井大有用武之地。控压钻井除了解决钻井复杂问题、减少非生产时间以外，还具有提高机械钻速、改善井控能力、加深套管下深、以足够大的井眼钻达目的层等优点。
