[發明專利]一種平衡壓力鉆井控壓方法

有效

• 申請號: 201410057517.4
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN104847287B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 張桂林;張曉林
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B21/08
• 分類號: E21B21/08
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司37107
• 代理人: 侯華頌

技術領域

本發明涉及鉆井技術領域中的一種平衡壓力鉆井控壓方法。

背景技術

控壓鉆井技術是近年來形成的一項鉆井新技術，主要用于保護油氣層等地下資源、防止鉆進中的井漏、保證鉆井井控安全以及加快鉆井速度。但目前形成的控壓鉆井方法，主要是“井底恒壓”控制方法和“微流量控制”控制方法，不能將井底壓力與地層壓力聯系起來進行考慮和控制，不能實現二者的實時平衡，不能實現“零壓力窗口”地層的鉆井。并且配套裝備復雜、控制要求高、現場實施難度大，具有很大局限性。

油鉆探技術2011年第39卷第4期，在第7—12頁介紹了《PCDS —1精細控壓鉆井系統研制與現場試驗》。文中介紹了PCDS—1系統的研制與現場試驗情況，也介紹了國外控壓鉆井技術，包括 Schlumberger公司的DAPC系統、Halliburton公司的MPD系統和 Weatherford公司的MFC系統。

Schlumberger公司的DAPC系統采用“井底恒壓”控壓方式，節流管匯、回壓泵、水力學模型和綜合壓力控制器協同工作，提供不間斷的精確壓力控制，使井底壓力保持在允許范圍內。本方法強調自動調節回壓和動態控制，以保持井底壓力穩定。

Halliburton公司的MPD系統采用“井底恒壓”控壓方式，其與 DAPC的功能類似，并具備微流量監測控制功能，其優勢是自動化、反應迅速、控制精度高，井口回壓自動控制精度達到0.35MPa。

PCDS—1精細控壓鉆井系統，采用“井底恒壓”控制方式，主要由自動節流系統、回壓泵系統、液氣控制系統、自動控制系統和控制中心等部分組成。在控壓鉆井試驗中，鉆進中井口回壓值誤差不大于設定值0.2MPa，起下鉆工況誤差在0.5MPa以內。

該種控制方式存在四個方面的問題：一是控制目的為“井底恒壓”，即pb＝pma+pla+pax（pb為井底壓力，pma為環形空間靜液壓力，pla為循環時環空壓耗，pax為井口回壓），沒有考慮井底壓力與地層壓力的平衡。在實施中，即使按設定的井底壓力值精確控壓，對窄壓力窗口或無壓力窗口地層，也會因兩個壓力存在差值而無法達到“不涌不漏”狀態；二是對于井底壓力的計算，受循環壓耗、抽吸壓力、激動壓力以及鉆井液性能等因素影響，難以計算準確；三是需要增加井底測壓裝置、回壓泵、綜合壓力控制器以及水力學模型等，配套復雜，控制難度大；四是現場實施需要專業隊伍，推廣難度大。

Weatherford公司的MFC系統采用“微流量控制”控壓方式，通過實時監測進出口鉆井液的微小壓力、質量流量、當量循環密度和流速等參數快速改變井口回壓，以滿足鉆井工藝要求。該方式強調微流量監測控制，即在溢流小于80L時即可檢測出來并在2min內對其進行控制，使總溢流體積小于800L。該控制方式控制的是溢流，只要既沒有溢流、也沒有漏失就能達到安全鉆井狀態，更適應控壓鉆井要求。但該控壓方式存在裝置和儀器配套復雜、實施工藝復雜的問題，推廣應用難度大。

石油鉆探技術2011年第39卷第4期，在第13—18頁介紹了《控壓鉆井分級智能控制系統》。該控制系統也采用了“井底恒壓”控壓方式，同樣存在上述的問題，達不到“零壓力窗口”控壓鉆井要求。

石油鉆探技術2012年第40卷第6期，在第99—103頁介紹了《三參數自動控壓鉆井系統的研制與試驗》。三參數自動控壓鉆井系統屬于“井底恒壓”方式和“微流量控制”方式的組合應用。在井底恒壓方式方面，采用了井底壓力計算公式，即pb＝pma+pla+pax，沒有考慮與地層壓力的平衡，仍然存在上述的四方面問題；在微流量控制方面，引用了國外MFC系統和相關控制參數，即能在流量變化小于80L時檢測到溢流并可在120s內控制溢流，使總溢流體積小于800L。該系統需要增加回壓泵、高精度進出口流量計裝置與儀器，存在配套復雜、控制難度大等問題。對于超飽和鹽水層鉆井，允許溢流量800L就不能滿足井下安全要求。

為此，研究一種原理科學、工藝技術先進、配套簡單、現場實施方便的控壓鉆井工藝方法，適應鉆井壓力控制越來越大的實際狀況，是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種原理科學、技術先進、配套簡單、操作方便、滿足窄壓力窗口地層安全鉆井需要的平衡壓力鉆井控壓方法。

本發明的原理設計是以實現井底壓力與地層壓力平衡為出發點, 即滿足pp＝pb＝pma+pla+pax（pp為地層壓力，pb為井底壓力，pma為井眼環形空間靜液柱壓力，pla為循環時環形空間壓力損失，pax為套管壓力）。