MPD工艺技术及其在海洋钻井中的应用模式(2)

量循环密度”进行控制钻井的一种方法。该项技术采用略低于常规经验密度的钻井液进行近平衡钻井，无论是在钻进、接单根、还是起下钻时均可以保持恒定的环空压力剖面。在井底压力恒定控制压力钻井作业中，通过控制流体密度、流体流变性能、环空液面、井眼几何尺寸、地面的环空回压、水力学摩擦阻力等，使得司钻能够精确地控制井底压力，使之接近于恒定，从而避免压裂地层或发生井涌，这样就可以安全地钻过狭窄的压力窗口。

恒定井底压力技术主要适用于以下几种情况： （1）容易造成油层漏失的破裂油层；

（2）容易发生爆炸的高温高压油井，即HP/HT井； （3）容易发生卡钻和漏失的枯竭地层和窄密度窗井等。

尽管在CBHP钻井过程中，钻井液密度可能低于孔隙压力，但这并非欠平衡钻井，因为总的钻井液当量密度仍高于地层孔隙压力，属于MPD技术。在这种情况下，对发生意外侵入的流体应当使用MPD井口装置使侵入流体得到适当控制[2]。在典型的CBHP钻井作业中井眼压力保持在略高于孔隙压力的水平上，井眼压力由是水力压力、环空摩阻以及井口回压的组合得到的。在使用该技术进行钻井时泥浆的水力压力不需要高出孔隙压力太多（常规钻井往往是过平衡状态）。也就是说，在进行CBHP钻井设计时，泥浆的静液柱压力往往小于孔隙压力（常规钻井时大于孔隙压力）。当接钻杆时，泥浆循环停止，利用节流管汇控制回压来补偿损耗的环空摩阻，以保持全过程的过平衡。

恒定井底压力是控制压力钻井技发展中应用较广的技术之一，它的主要优点如下： 1）相对于UBD技术而言，CBHP对油层的损害更小了；

2）由于采用了“当量循环密度”控制钻井，所以能够有效的防止泥浆漏失； 3）采用合理的MPD井口装置，能够有效的控制地层流体的侵入事件；

此外，采用CBHP钻井可以有效的增加ROP（机械钻速）、消除或减少泥浆的循环周期并最终达到降低钻井成本的效果。 4.3连续循环系统（CCS）

移动式海上钻机（MODU）是深水钻井中主要的钻井平台模式之一，MODU的升沉运动将会产生激动/抽吸压力。由于MODU的位置总在移动，所以在MODU上钻井中保持井底压力在可控制的范围之内是很复杂的。在传统的钻井过程中，钻井者必须在连接钻杆时关泵，且在钻柱连接过程中对激动/抽吸压力不进行控制，这就有可能引起高环空压力漏失。

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连续循环系统（Continuous Circulation System）是一项新技术，它能使钻井管在不停止循环的状态下进行连接。因此，采用连续循环方法可以使井筒内动态环空压力的漏失现象得到改善。由于地面校正的压力和流速，传递到钻头是需要时间的。所以根据连续循环系统中的压力模型，必须预测井压随时间的变化，同时依此变化校正地面参数。

连续循环系统的关键设备是连续循环连接器。通过连接器，钻井管被固定在压力容器上，该压力容器包括两个放喷器闸板和一个全封闭闸板。此安装方法可以使钻井液在整个断面上保持上下循环。在起下钻和钻井管路连接中，允许钻井液在钻柱和环空中连续循环，钻屑将会与悬浮液和泥浆胶体混在一起，而不会扰乱原始循环[13]。连续循环方法如图4所示。

图4 采用连续循环阀（CCV）的连续循环方法

连续循环系统的主要优点如下：

（1）在钻井过程中，该系统能够有效调节当量循环密度，并以此来补偿因MODU的升降运动而产生的抽吸/激动压力；

（2）连续循环系统中采用海底泵控制空气/泥浆界面，使得该界面达到设计水平。通过调节隔水管中空气/泥浆界面的高低，可以有效控制井筒内的压力状态；

（3）在循环过程中，旋转控制头（RCH）可以快速有效的补偿激动/抽吸压力，即使在没有环空回压设备和节流阀的情况下也可以保持井底压力。

（4）在起下钻和钻井管路连接中，允许钻井液在钻柱和环空中连续循环，并不会

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扰乱原始循环。 4.4反循环系统（RCS）

反循环系统（Reverse Circulation System）是MPD的另一种模式[14]，这种技术是与MPD的其他技术一起发展起来的。它的主要目的是采用暴露在井筒中的无岩屑钻井流体系统进行过平衡钻井。RC系统主要通过反转钻井液流向来实现该过平衡钻井，且常常会去掉钻头的喷嘴。这就使得在一些RC技术应用中，钻头的实际作用相当于一个井下节流器。

应用RC技术可以降低由于岩屑在环空中的研磨性而引起的侵蚀程度，这样可以得到较为理想的井径。RC技术应用在大位移井的一小段中，可以最小化水平段的岩床。该系统是一个全封闭系统，不需要点火系统，显然这不仅有利于环保而且能产生显著的经济效益， 因为产出气可直接送到生产设备或重新注入井中，对环境的危害极小。 4.5软管控制压力钻井（CDMPD）

许多海上平台遇到的主要约束之一是缺少容纳空间。要使得油田持续开发与现有生产以及平台的完整性保持平衡，必然需要人员安排方面做出让步。软管控制压力钻井（Coiled-tubing Drilling MPD）便是为解决此问题而提出的一种MPD模式。

该技术已经应用到钻井现场，并且取得了较好的成效。壳牌Gannet Alpha平台在进行CDMPD作业时，减少了20%的作业人员[15]。能够成功的减少工作人员，主要在于该平台利用了陆上控制中心，该控制中心是由挪威的供应商为遥控技术而建立的。Gannet Alpha平台上建立了双向实时数据传输，这就为平台上减除了两项人工工作：钻井数据采集工作与质量控制和动态环空压力系统控制工作。 4.6 HSE（健康、安全、环境）MPD

HSE MPD是IADC所列举的MPD形式之一[2]。与敞开式循环系统相比，HSE MPD应用了闭合、承压的钻井液循环系统。该系统可防止钻屑和气体从钻台进入大气，因此可降低H2S气体的含量，减少钻台闪火花的危险。HSE MPD一般应用在发生危险而被迫停钻或因此影响开采时使用。由于该技术可对整个井眼提供精确的压力控制，本身就比常规作业更安全，可以更好地解决前面所说的由于井下压力波动所造成的漏失——井涌现象。

4.7压力泥浆帽钻井（PMCD）

泥浆帽钻井（Mud Cap Drilling）有时称为压力泥浆帽钻井（Pressured Mud Cap Drilling），是一种处理严重漏失问题的方法[2]。PMCD技术属于“钻井液失返”的一种

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钻进形式，在得克萨斯和路易斯安那的Austin白垩岩勘探期间得到发展。在Austin白垩岩地层，从高压裂缝向衰竭裂缝层间窜流造成费用高昂的钻井液漏失以及危险的地面高压，当时采用了流动钻井（Flow drilling）技术。随着钻井作业的发展与改进，演化为PMCD技术。可见，PMCD技术适用于高压裂缝性地层和枯竭地层。

PMCD作业期间，用旋转控制装置封闭环空，将加重的高粘钻井液向下泵入环空。将一段“牺牲流体”（Sacrificial Fluid，注入井筒但不返出的低成本流体，一般为淡水或盐水）注入钻柱向上携带钻屑，使钻屑进入钻头上方的孔洞或裂缝（孔洞为天然洞穴，因可溶性盐类溶解而形成），即钻井液和钻屑“单向进入”其它易发生复杂情况的地层。环空“泥浆帽”可起到环空隔离的作用，避免油气返出地面造成高压。

在常规钻井过程中，钻井液梯度随着井深增加，井内压力增大，它的钻井液密度基本保持不变。而在MPD钻井过程中，在钻柱环空中采用高密度流体来形成一个泥浆帽，它的位置主要依靠闭合承压循环系统控制环空回压来确定。与泥浆帽接触的流体是由钻柱注入枯竭地层（目标地层）的“牺牲流体”。“牺牲流体”所采用的是低密度流体，如水等 …… 此处隐藏：2219字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……