中国石油大学研究生油气井流体力学PPT.pptx

控压钻井技术应用研究 主 要 内 容 引 言 控压钻井压力控制理论模型 控压钻井井筒压力计算方法 控压钻井装备研究以及工艺流程 引言 1 1 引言 控压钻井技术是将整个井下的循环体系作为一个承压的压力体，通过提高钻井时效来优化常规钻井工艺措施。该技术主要是通过调整井口回压、钻井液密度、钻井液流变性能、环空摩阻，精确控制环空压力剖面和井底压力，使井底压力大于地层孔隙压力但是小于地层破裂压力，进行近平衡钻井，控制地层流体进入环空，减少发生井涌、井漏、卡钻的风险，对窄密度窗口作业具有较好地效果。 控压钻井压力控制理论模型 2 2 控压钻井压力控制理论模型 2.1 正常钻进与接单根压力控制理论模型 控压钻井过程中，钻完单根后一般先采用带泵划眼的方式拉划井壁一次，然后带泵将钻具提至坐卡位置后，司钻通知控压钻井工程师后方可停泵接单根。 故正常钻井时的理论模型为： 2 控压钻井压力控制理论模型 2.2 起钻过程压力控制理论模型 控压钻井过程中气钻需要重浆帽压井起钻：在原井浆中控制回压起钻至油层顶部以上的设计位置，打入一段高粘隔离液后再起钻至隔离液顶部，打入重浆替出原井浆至井口，压稳地层并确保井口控制套压自然降到零后，再起钻至井口。故起钻过程中建立的压力控制模型为： 2 控压钻井压力控制理论模型 2.2 起钻过程压力控制理论模型 2 控压钻井压力控制理论模型 2.3 下钻过程压力控制理论模型 控压钻井中下钻需要重浆帽压井：在高密度泥浆帽中下钻至高粘隔离液底部，注入原浆替换出重浆至井口，井口套压从零逐渐恢复到起钻前控制套压，再带压下钻直至原井深。故下钻过程建立的理论模型为： 控压钻井井筒压力计算方法 3 3 控压钻井井筒压力计算方法 3.1 井筒循环压耗的计算模型 计算井筒循环压降时一般采用赫－巴流变模式的流变模式，赫－巴流变模式的参数不但能较好地反映钻井液的流变性而且具有明确含义，且能较好地描述钻井液在低、中、高剪切速率下的流变行为。 3 控压钻井井筒压力计算方法 3.2 井筒波动压力计算模型 钻井起下钻过程中井内产生压力变化，称压力波动，相应的压力通称为波动压力。根据其值对钻井液静压力的正负影响可分为激动压力和抽吸压力。抽吸压力是设计最小钻井液附加密度的主要依据。另外，以波动压力为基础，合理设计和控制起下钻速度对预防井下复杂事故具有重要意义。 井内某点的实际波动压力值为以下集中波动压力的和：钻井液静切力产生的波动压力、钻具惯性引起的波动压力、钻井液粘滞力引起的波动压力、钻具接头引起的波动压力及钻头处引起的波动压力： 3 控压钻井井筒压力计算方法 3.2 井筒波动压力计算模型 控压钻井装备研究以及工艺流程 4 4 控压钻井装备研究以及工艺流程 4.1 控压钻井装备研究 控压钻井需要精确控制环空压力剖面，实现窄密度窗口的安全钻井，不仅依靠控压钻井理论，相关设备的支撑也是必不可少的。目前国内现在主要应用的控压钻井技术主要来自哈里伯顿公司。哈里伯顿的控压钻井技术及配套系统是国际上比较先进的，其井底压力控制波动范围可以控制在±0.35MPa范围内。该系统该主要由旋转防喷器（RCD）、自动节流控制系统，回压补偿系统、数据采集和控制系统、PWD系统等。其现场连接及设备、数据流原理图： 可精确测量钻井液回流量、钻井液密度和温度。 在控压钻井过程中实现套压自动补偿，保证井底压力平稳。 能够实时监测传感器位置处环空压力 4 控压钻井装备研究以及工艺流程 4.2控压钻井施工流程图 结论 1.在正常钻井过程中，随着排量的不断增加，环空循环压耗也随之増加，为维持恒定的井底压力，井口回压也随之减小，在不影响井下安全的前提下可通过调节排量的方式改变井底压力，实现窄密度窗口钻进。 2.在起下钻过程中，起下钻速度与波动压力关系密切，起下钻速度越快，井下波动压力越大，越远离井底，波动压力越小；在控压钻井过程中，当起钻至一定高度过后，可以适当提高起钻速度，提高钻井时效，但在下钻过程中离井底越近，应该严格控制下钻速度，且及时调整井口回压，避免井下压力过大，压漏地层。 3.我国控压技术还处于发展阶段，其工艺和压力控制理论还不够完善，可以加强装备可靠性研究，努力推动控压钻井的工业化应用。