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实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程

作者:姜智博1,2,3 周英操2,3 王倩1,2,3 蒋宏伟2,3  来源:1.中国石油勘探开发研究院研究生部;2.中国石油集团钻井工程技术研究院;3.油气钻井技术国家工程实验室 
评论: 更新日期:2016年10月06日
3.1 MPD技术
    MPD技术包括:精细控压钻井技术、常规控压钻井技术、相关配套技术以及各项技术的联合使用。
    1) 精细控压钻井技术包括:Halliburton公司的MPD系统;Schlumberger公司的自动节流控压钻井(DAPC)系统;Weatherford公司的Secure Drilling系统(精细流量控制系统)等[1]
    2) 常规控压钻井技术包括:简易导流控压钻井技术;简易流量监测控压钻井技术;手动节流控压钻井技术;充气控压钻井技术;泥浆冒控压钻井技术;加压泥浆冒控压钻井技术;双梯度控压钻井技术;HSE控压钻井技术;降ECD工具;井口连续循环钻井系统[9]等。
    3) 相关配套技术包括:随钻井底环空压力监测技术(APWD);随钻压力监测技术(PWD)、随钻地层测试技术(FTWD);电磁波传输式随钻监测技术(EMMWD);无风险钻井系统(NDS);井下随钻诊断系统(DWD);地层压力预测与实时监测技术;井深结构优化技术;井筒多相流分析模拟技术;钻井液多相密闭分离系统;优质钻井液技术;化学方法提高井壁承压能力技术;膨胀管、波纹管技术;防漏堵漏固井技术;设计与分析软件;试验检测平台和评价方法等[9]
3.2 MPD设备
    MPD设备包括:地面设备、井下设备、辅助设备以及与井队设备的配套连接(图3)。
    1) 地面设备:节流管汇系统,自动节流控制系统,回压泵控制系统,数据采集系统等。
    2) 井下设备:钻具止回阀,PWD随钻测压装置等。
    3) 辅助设备:正压式呼吸器,H2S检测仪,防爆手提对讲机等。
    4) 与井队设备的配套连接包括:旋转控制头与环形防喷器的连接;控压钻井系统辅助泥浆返出管线与井队节流管汇的连接[10]等。
3.3 MPD水力参数模拟
    MPD水力参数模拟主要是指运用大型计算机模拟软件,根据现场实际的相关数据对井筒内单相或多相流体的流动状态进行模拟,从而得出在相应井段应使用的特定钻井液类型和密度,特定排量和钻速以及特定回压值等水力参数。
3.4 MPD作业流程
   MPD作业流程包括:安装控压钻井地面设备并进行调试,对设备进行试压,现场操作培训,安装旋转控制头,连接、下入井下钻具组合,循环泥浆系统,采集井下与地面数据,记录压力排量等数据,钻进过程中调整相关参数等。
3.5 MPD施工要求
   MPD施工要求包括:控压钻进作业前对全员进行工艺及施工安全培训,钻井工程师、司钻和副司钻必须熟悉控压钻井应急程序和控压钻井井控方案;控压钻进期间每天进行工作安全分析并记录;控压钻进过程要密切注意控压钻井设备处于正常工作状态。
3.6 MPD岗位责任
   MPD岗位责任包括:控压钻井项目经理,控压钻井工程师,现场作业监督,控压钻井设备操作人员,控压钻井助理,控压钻井数据采集工程师,旋转控制头操作人员以及控压钻井系统支持专家等岗位责任。
3.7 施工现场临时改动程序
   施工现场临时改动程序:由于控压钻井设计不可能完全覆盖施工现场所有情况,如果甲方根据实际的现场情况以及多年的施工经验,要求井队做出与控压钻井设计不相符或是设计中没有涵盖的作业时,为保证施工安全,将作业风险降至最低,作业之前应执行一套必要的程序。
3.8 MPD应急程序
   MPD应急程序主要包括:控压钻进时遇到节流阀堵塞(一个、多个或全部堵塞),随钻测压工具PWD失效,回压泵失效等情况需要采取的应急措施。
3.9 HSE管理
   健康、安全、环境(HSE)管理是一项复杂的体系,包括:严格遵守相关法律法规等基本要求,健全完善HSE管理体系,作业区人身安全保护规定,医疗器械和药品配置要求,设备的安全检查与维护要求,H2S防护技术措施及管理要求,井喷预防和应急措施。
   以上是对MPD系统基本框架进行的初步设计,要保证MPD系统在现场能够成功应用,框架内每一部分都需要进行详细的设计,很多设计涉及其他相关专业,例如流体力学、计算机科学与技术、机械工程、油田化学、岩石力学、管柱力学、管理学等。可见,控压钻井技术并不只是一种简单的技术,而是一项较复杂的系统工程,应以系统工程的方法对其进行研究。
结论与认识
    1) 控压钻井系统以其精确控制井筒压力剖面的独特优势,可以解决大量复杂的钻井问题,一定会在今后的石油钻井行业中广泛应用,因此结合目前现场应用控压钻井系统的实际经验,对控压钻井技术进行系统研究意义重大。
    2) 我国目前还有多项控压钻井的核心技术尚未完全掌握,众多科研工作者都集中力量对此进行攻克,但是对于MPD系统的其他部分也应当根据轻重缓急投入相应的人力、物力和财力进行研究,框架内的任一部分都关系着整个控压钻井系统能否成功应用。
参考文献
[1] 周英操,崔猛,查永进.控压钻井技术探讨与展望[J].石油钻探技术,2008,36(4):1-4.
[2] 向雪琳,朱丽华,单素华,等.国外控制压力钻井工艺技术[J].钻采工艺,2009,32(1):27-30.
[3] 严新新,陈永明,燕修良.MPD技术及其在钻井中的应用[J].天然气勘探与开发,2007,30(2):62-66.
[4] HANNEGAN DON,TODD R J,PRITCHARD D M,et al.MPD-uniquely applicable to methane hydrate drilling[C]∥paper 91560 presented at the SPE/IADC Underbalanced Technology Conference and Exhibition,11-12 0ctober 2004,Houston,Texas,USA.New York:SPE/IADC,2004.
[5] KADASTER A,MILLHEIM K K,THOMPSON TOM MYW.The planning and drilling of hot ice #1-gas hydrate exploration well in the Alaskan[C]∥paper 92764 presented at the SPE/IADC Drilling Conference,23-25 February 2005,Amsterdam,Netherlands.New York:SPE/IADC,2005.
[6] HANNEGAN D M.Managed pressure drilling in marine environments-case studies[C]∥paper 92600 presented at the SPE/IADC Drilling Conference,23-25 February 2005,Amsterdam,Netherlands.New York:SPE/IADC,2005.
[7] 王众托.系统工程[M].北京:北京大学出版社,2010.
[8] 黄志澄.以人为主,人机结合,从定性到定量的综合集成法[J].西安交通大学学报:社会科学版,2005,25(2):55-59.
[9] 周英操,杨雄文,方世良,等.窄窗口钻井难点分析与技术对策[J].石油机械,2010,38(4):1-7.
[10] 周英操,翟洪军.欠平衡钻井技术与应用[M].北京:石油工业出版社,2003.
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