MPD控压钻井.doc

控压钻井技术
控压钻井技术
国际钻井承包商欠平衡、控压钻井委员会（IADC UBD&MPD Committee）2003年给出了控压钻井技术的定义：控压钻井是一种自适应的钻井工艺，可以精确控制全井筒环空压力剖面，确保钻井过程中保持“不漏、不喷”的状态，即井眼始终处于安全密度窗口内。之后，国际钻井承包商协会又进一步将控压钻井技术分成两大类别：主动控压钻井技术和被动控压钻井技术。主动控压钻井技术是在钻前设计时融入控压钻井技术的理念，包括井身结构设计、钻井液设计和套管程序设计，从而达到精确控制井筒压力剖面的目的。被动控压钻井技术指使用一些设备如旋转控制头、节流阀和钻杆浮阀等，安全有效地处理井下事故。早期的控压钻井井底压力控制精度在0.35MPa以内，目前控制精度可高达0.1MPa，即基本实现井底压力的恒定。严格来讲，所有井都需要控制压力，都需要实施控压钻井，因为钻井的过程就是利用井筒流体压力（静止压力、动态压力等）来应对地层压力（孔隙压力、坍塌压力、漏失压力和破裂压力等）从而实现井内压力系统的某种平衡（近平衡、欠平衡、过平衡等）。钻井过程中的“卡、塌、漏、喷”几乎都跟井底压力有关，因此控压钻井并不是一个新名词，但随着钻井技术的发展，控压钻井被赋予了新的含义，突出体现在“有目的”和“精确控制”，控压钻井的本质就是确定井底压力界限，从而利用多种工具和技术有效控制相应的环空压力剖面以降低窄密度窗口条件下钻进时的风险与成本。
现代控压钻井技术是在欠平衡钻井和气体钻井基础上发展起来的钻井新技术。这三项技术有共同的特点，即都需要使用旋转防喷器、气体处理装置、节流管汇、单流阀等特殊设备。欠平衡钻井主要是为发现和保护储层、减少储层钻井问题、减小对储层的伤害、实现钻井过程中对油藏特性的优化等；气体钻井主要目的是钻井提速，大幅度提高难钻地层的钻井速度；控压钻井主要是为减少钻井过程中的复杂，通过降低大量钻井液的漏失和降低钻井相关的非生产时效等提高钻井经济性。三项技术有交叉，如欠平衡钻井也可以实现提速，气体钻井也可以实现储层保护，控压钻井即可以实现提速也可以实现储层保护等。欠平衡和气体钻井在钻井过程中井筒流体当量泥浆密度低于地层孔隙压力，而控压钻井在钻井过程中井筒当量泥浆密度大于或等于地层孔隙压力。换言之，欠平衡钻井和气体钻井是“欠平衡”，而控压钻井实质上是一种“微过平衡”。
控压钻井技术擅长应对高难度井
与传统过平衡钻井技术相比，控压钻井技术有更多、更有效、更迅速的手段和方法实现对井筒环空压力的控制，实现井底压力的相对不变。与欠平衡钻井技术相比，控压钻井技术是以解决钻井复杂事故为其基本出发点，采用微过平衡方式钻进，钻井过程中不诱导地层流体涌出，但能通过适当工艺设备安全、有效地处理操作中伴随涌入井筒的流体。过去在井口敞开情况下，靠改变泥浆密度调节井底压力，目前利用动态压力控制系统可以通过回压泵、节流阀系统让泥浆形成闭路循环，随时控制井底压力，达到平衡压力钻井。在含酸性有毒气体地层、井壁不稳定地层、漏失压力接近孔隙压力的地层等，控压钻井显示出比欠平衡钻井独特的优越性。
控压钻井工艺采用一系列的设备和技术，通过主动控制环空水力压力剖面，以消除或者降低与井下窄密度窗口环境相关的作业风险和费用。
控压钻井技术主要用于钻进窄密度窗口地层（高温高压井、海上深井等）、钻进衰竭性地层、开发成熟储层、保护易破碎地层，达到安全、高效、快速钻井的目的，减少套管使用，降低井漏和井涌风险，消除地层的呼吸效应，提高储层产量等。
目前控压钻井主要用于一些高难度井，如高温高压井、含酸性有毒气体的碳酸盐岩裂缝性地层、海洋窄密度窗口井，以及以前采用常规方法所无法钻达设计井深的井等。
国内控压钻井技术即将商业应用
正如欠平衡钻井和气体钻井一样，控压钻井不是一项单一的技术，而是一个技术系列，包括动态压力控制系统（DAPC）、井口连续循环系统（CCS）、降低当量泥浆循环密度的工具（ECD RT）、微流量控制系统（MFC）、泥浆帽钻井（MCD）、加压泥浆帽钻井（PMCD）、双梯度钻井（DGD）、泥浆密度窗口扩大技术等，目前这些系统在油田都得到了成功应用。其中动态压力控制系统、微流量系统、泥浆帽钻井、加压泥浆帽钻井、双梯度钻井等已经得到商业化推广，其它技术正在进行现场试验。由于其它控压钻井技术的局限性，本文主要介绍目前国际上发展迅速、有广阔应用前景的动态压力控制系统和微流量控制系统。
控压钻井的概念最早由Weatherford公司提出，称之为“CPD(Controlled Pressure Drilling）”，不是目前的“Managed Pressure Drilling”。包含了欠平衡钻井、气体钻井和控压钻井（MPD）。随着技术的不断发展，尤其是IADC的定义，MPD逐步取代了CPD，为大家所接受。目前国际上对控压钻井研究很多，形成商业化产品、能够进行现场施工服务的主要有Halliburton公司的动态压力控制系统（DAPC精细控压钻井系统）、Weatherford公司的Secure Drilling系统（精细流量控制系统）和Schlumberger公司的自动节流控压钻井系统（另有文章重点介绍这三项产品）。
国内许多地方存在适合控压钻井应用的地层，塔里木塔中、库车山前，新疆南缘山前，四川山前和高含硫化氢地区，青海山前地区，渤海湾地区等，这些地区普遍存在着窄密度窗口的安全钻井问题。目前中石油钻井院、川庆钻探公司、西部钻探公司等都在开展控压钻井技术的攻关，许多关键技术已经取得突破，预期在近两年内会进入现场试验阶段，整体提高我国的钻井技术水平，降低非生产时间，提升我国的钻井竞争力。

控压钻井分为常规控压钻井和精细控压钻井，塔里木油田近两年在塔中地区开展了精细控压钻水平井的实验，大大减少了井漏复杂并且延长了水平井水平段长度，其关键设备有PWD（随钻环空压力检测）、自动节流管汇、回压泵系统及控压钻井软件等，都是国外的技术，威德福或哈利伯顿，西部钻探钻研院仿制的精细控压钻井在新疆油田沙门011井2010年试验初步成功。

其实光靠控制井底压力与地层压力保持高度相近并不能解决溢漏问题，只能够实时调节井底压力来减弱影响。尤其像塔中，进入产层气窜入泥浆。只能减弱漏的程度。最好是在微漏的状态下继续钻进。个人认为精细控压结合调整好泥浆性能，比如造壁性好，高粘的泥浆。