[實用新型]一種基于雙梯度的控制壓力鉆井裝置

無效

• 申請號: 200720155737.6
• 申請日: 2007-06-27
• 公開（公告）號: CN201059187Y
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 陳國明;許亮斌;殷志明;蔣世全;姜偉
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司中海石油研究中心中國石油大學(華東)
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本實用新型涉及一種控制壓力鉆井的裝置，特別是關于一種基于雙梯度的控制壓力鉆井裝置。

背景技術

在常規深水鉆井中，鉆井船和海底井口用隔水管連接，鉆井液通過鉆桿向下流動，通過鉆頭，再向上流經鉆桿和井眼之間的環空、已下入的套管段(導管段)、海底以上的隔水管，循環返回鉆井船。在整個鉆井回路中只有泥漿一種壓力梯度。在超過500m的深水中鉆井，采用隔水管系統的常規鉆井將容易出現常規鉆井裝備和方法難以克服的技術難題，這包括：1、錨泊鉆機本身必須承受錨泊系統的重量，給鉆機穩定性增加了難度；2、隔水管除了承受自身重量，還承受嚴重的機械載荷，如海流惡劣的海況等，在這種情況下，防止隔水管脫扣是一個關鍵問題。為了避免船舶起伏時造成的任何松弛或者動態屈曲，起伏不定的軸向拉力應當保持為正值；3、海底泥線處高壓和低溫環境對鉆井液性能影響而產生特殊的難題；4、海底的不穩定性、淺層水流動、天然氣水合物對鉆井可能引起的風險等；5、特別難于控制鉆井液當量密度在泥漿密度窗口(地層孔隙壓力和破裂壓力間隙)，在淺水中，泥漿密度窗口(如圖12所示，傾斜的陰影線)“開”得非常靠進水面，從而使得泥漿壓力線(傾斜的虛線)保持在兩個邊界線之間，在很長的井段內可以使用單一泥漿比重鉆井。而在深水中，泥漿窗口(如圖13所示)向下平移，其“較小開口”使得將泥漿比重調整非常困難，特別是在泥線附近(圖中“+”字陰影區和水平點劃線之間的分界線)，這主要是由于隔水管中的泥漿柱造成的。狹窄的泥漿密度窗口對井身結構的質量和鉆井作業造成了很大的影響：一方面復雜的套管程序(通常采用36″、20″、17″、13-5/8″、9-5/8″和7″套管)，對經濟性造成了巨大的影響；另一方面和傳統的淺水相比，由于在巨大的隔水管中流體流速非常緩慢，使得在深水鉆井出現氣泡比淺水中要遲的多；另外通過很長的壓井管線壓力損失很大，限制了壓井循環的流速，使得井涌頻繁而且控制非常困難。

為了解決以上問題，提出控制壓力鉆井技術(Managed?Pressure?Drilling，MPD)，MPD是一種適用的鉆井程序，用于精確地控制整個井眼環空的壓力剖面，目的在于確定井底壓力范圍，從而控制環空液面剖面。當前實現MPD的方法主要有：

(1)連續循環系統：在常規鉆井操作中，在接單根的時候必須停泵，隨著泵的不斷停止和開啟會產生很多問題。由謝非爾公司與BP公司、英國天然氣公司、殼牌商業公司和道達爾公司合資開發的連續循環系統(Continuous?CirculationSystem，CCS)，在接單根時保持連續循環，不需要停泵，可保持恒定的當量循環密度，這就使我們很容易地在孔隙壓力與破裂壓力窗口很窄的條件下鉆進，而在此之前在這些地區鉆進是困難的或用常規鉆井技術是無法鉆進的。連續循環系統還減少了卡鉆事故。連續循環減輕了井眼的鼓脹效應并可避免油氣意外侵入井眼的可能性。另外，攜巖能力和鉆屑清除能力也得到改善。

(2)當量循環密度降低工具：井眼壓力控制是鉆井過程中的關鍵環節。在常規鉆井過程中，靜態和動態流體壓力是用來抑制地層壓力并保持井眼穩定的。循環時過高的流體壓力能導致破裂壓力和孔隙壓力之間的操作安全系數降低，嚴重的會喪失循環。為解決上述問題，研制出降低當量循環密度的工具。當工具工作時，能減輕下部裸眼段的當量鉆井液循環密度，同時加重上部套管段的當量鉆井液密度，保持井筒上部較高壓力。

(3)壓力泥漿帽鉆井：當遇到嚴重的循環損失儲層，或由于其它井的生產形成低的地層壓力的衰竭地層，經常發生循環漏失，采用壓力泥漿帽鉆井技術。如果地層壓力遠遠低于正常鉆井的井眼壓力，循環損失將十分嚴重，泥漿將會漏入衰竭地層。井眼中的靜壓力將會減少平衡衰竭地層的儲層壓力。此時，在未達到鉆井液漏失層的地層井眼壓力低于儲層壓力，將會導致氣體進入井眼。井控的方法之一是以高于氣體滲透速率的速率灌漿。壓力泥漿帽鉆井方法使用重的泥漿從環空泵送以防止氣侵到達鉆臺。

(4)可控泥漿帽系統：可控泥漿帽系統與壓力泥漿帽鉆井類似，不過該系統是通過一個泥漿泵調節泥漿帽的水平面更好的控制井底壓力。現在還在進行測試的一種新的鉆井概念是可控泥漿帽系統。可控泥漿帽系統與壓力泥漿帽鉆井的區別是鉆井環空泥漿帽的液面可通過泥漿泵調節，可更好的控制井底壓力。