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控制壓力鉆井是在欠平衡鉆井和空氣鉆井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型鉆井方式，其主要目的是為解決“卡、塌、漏、噴”等鉆井難題提供有效手段。如同前兩種方式一樣，它并不是單一的技術(shù)，而是一個技術(shù)系列，主要包括：精確控壓鉆井技術(shù)Secure Drilling Technology 、加壓泥漿帽鉆井Pressurized Mud-Cap Drilling (PMCD) MPD 及雙梯度鉆井Dual Gradient (DG) MPD。其中，加壓泥漿帽鉆井主要針對漏失嚴重的裂縫性地層，雙梯度鉆井主要目的是優(yōu)化深海鉆探套管結(jié)構(gòu)。本文主要介紹的是目前發(fā)展最為迅速，優(yōu)點最為突出，有廣闊應(yīng)用前景的精確控壓鉆井技術(shù)。 Secure Drilling系統(tǒng)最早稱之為“微流量控制系統(tǒng)（Micro Flux Control-MFC）”，2009年被威德福收購后，與公司原有恒定井底壓力鉆井技術(shù)成功實現(xiàn)合并升級，奠定了威德福在精確控壓鉆井領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。該系統(tǒng)通過自動隨鉆監(jiān)測環(huán)空壓力剖面，地面自動調(diào)整回壓及壓力補償，實現(xiàn)了對環(huán)空壓力的閉環(huán)監(jiān)測與控制。通過降低大量鉆井液的漏失，和降低鉆井相關(guān)的非生產(chǎn)時效等提高鉆井經(jīng)濟性，從而提高復(fù)雜條件下鉆井作業(yè)的安全性和效率。2010年Secure Drilling 鉆井系統(tǒng)獲得《勘探與開發(fā)》（E & P）雜志評選的“世界十大石油工程技術(shù)創(chuàng)新特別獎”。
精確控壓鉆井
實現(xiàn)安全鉆井
鉆井的過程就是利用鉆井流體壓力（靜態(tài)壓力，動態(tài)壓力等）來應(yīng)對地層壓力（孔隙壓力，破裂壓力，坍塌壓力等），從而實現(xiàn)鉆井過程中的某種平衡（近平衡、欠平衡、過平衡等）。而鉆井過程中遇到的“卡、塌、漏、噴”等問題，幾乎都跟井下的壓力體系失衡有關(guān)，對井底壓力的控制就成為解決一系列鉆井問題的關(guān)鍵。
根據(jù)井底壓力公式：井底壓力＝鉆井液液柱壓力＋循環(huán)摩阻壓力＋井口回壓，對井底壓力的調(diào)節(jié)只能通過對后面三個的因素進行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。
常規(guī)鉆井時，井口敞開，無法施加井口回壓，改變鉆井液液柱壓力成為調(diào)節(jié)井底壓力的最主要手段，這種方式通常需要添加泥漿材料或者改變泥漿體系，并且需要一定的循環(huán)時間，因而泥漿成本高，時效性差。改變泵排量調(diào)節(jié)循環(huán)摩阻壓力也能達到調(diào)節(jié)井底壓力的作用，這種方法時效性較好，但受設(shè)備能力和攜巖效率的限制，調(diào)節(jié)能力有限，并且在接單根或者起下鉆等循環(huán)中斷的情況下，將完全失去控制能力。
精確控壓鉆井，繼承了欠平衡鉆井密閉承壓鉆井體系的優(yōu)點，在提高鉆井作業(yè)的安全性的同時，實現(xiàn)了通過施加井口回壓對井下壓力的實時控制和調(diào)節(jié)。同時，為了提高控制的精確性，Secure Drilling 鉆井系統(tǒng)集合了多種高精度傳感器及先進的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。它將井下作為一個密閉的循環(huán)系統(tǒng)，利用高精度傳感器對流入井筒內(nèi)和流出井筒的鉆井液主要參數(shù)，如密度、流量、溫度等進行實時監(jiān)控，其中央數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)進行綜合對比和分析，迅速判定鉆井事故，并向作業(yè)人員發(fā)出警報，提供處理措施以供參考，甚至具備在全自動控制模式下，照程序?qū)?jié)流管匯進行自動控制以實現(xiàn)對井下事故的即時處理，將事故扼殺在初發(fā)階段，使鉆井風(fēng)險和非生產(chǎn)時間降至最小，從而最大程度地保證鉆井的安全性和可行性。例如，Secure Drilling系統(tǒng)能夠檢測到小于80L的微小溢流量，并可在一分鐘內(nèi)控制溢流，使地層流體的總溢流體積小于160L。
另外，Secure Dilling 鉆井系統(tǒng)集合了回壓補償系統(tǒng)，通過一條連接到節(jié)流管匯入口處的回壓補償線路，保證了在接單根和起下鉆過程鉆井液循環(huán)中斷時，系統(tǒng)對井口施加回壓的能力，保證了鉆井過程中井底壓力控制的連續(xù)性。
Secure Drilling 系統(tǒng)如圖1所示，由以下幾個部分組成：
旋轉(zhuǎn)控制頭 膠芯密封，建立井下密閉承壓系統(tǒng)，通常動態(tài)承壓能力能夠達到5000psi，靜態(tài)承壓能力能夠達到2500psi。操作簡單，膠芯便于更換。
緊湊一體式自動控制節(jié)流管匯 緊湊型一體式自動控制節(jié)流管匯是Secure Drilling 鉆井系統(tǒng)的核心（如圖2），它具有體積小和安裝方便的優(yōu)點。安裝有AKS 和Stellar兩套壓力傳感器，測量井口回壓（井口套壓），一套CMF 400M Coriolis 質(zhì)量流量計，它能夠提供回流鉆井液的密度、流量、溫度等數(shù)據(jù)。
智能數(shù)據(jù)采集及處理單元是整套系統(tǒng)的大腦，所有的數(shù)據(jù)都將被導(dǎo)向它，它負責(zé)對采集來的鉆井液入口流量、立壓、出口流量、套壓等關(guān)鍵鉆井參數(shù)進行綜合對比和分析，排除假井涌等復(fù)雜情況的干擾，對井下漏失、溢流等事故提供精確的監(jiān)測，它同時負責(zé)給出指令，通過節(jié)流閥門動力控制系統(tǒng)對節(jié)流閥門實施自動調(diào)節(jié)控制。
遠程監(jiān)控系統(tǒng) 能夠接收智能數(shù)據(jù)采集及處理單元的數(shù)據(jù)，并且對所有的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。根據(jù)使用者和使用權(quán)限的不同，有司鉆專用的司鉆控制面板，控壓鉆作業(yè)人員專用的作業(yè)控制面板以及監(jiān)督等項目管理人員使用的檢測控制面板，如圖3。
回壓補償系統(tǒng) 通過一個輔助泵，進行回壓補償，確保提供井口回壓所需通過節(jié)流管匯的最佳液流量，提高了節(jié)流管匯對井口回壓的控制精度，并保證了循環(huán)中斷時井口回壓的提供能力，確保了井底壓力控制的連續(xù)性。
精確控壓鉆井
應(yīng)用大有作為
相對于傳統(tǒng)的鉆井方式，精確控壓鉆井不依賴開鉆前的鉆井預(yù)測和設(shè)計，而是根據(jù)井下實時情況進行分析和處理，避免了因設(shè)計失誤造成井下意外情況發(fā)生的可能行，因而大大提高了鉆井的可靠性和安全性。
另外，精確控壓鉆井對井底壓力的連續(xù)精確控制能力，使其成為鉆探窄壓力窗口井的有效解決方式。
精確控壓鉆井擁有廣闊的應(yīng)用前景。如今，井況的復(fù)雜性對鉆井過程中的壓力控制和事故處理能力提出了更高的要求。精確控壓鉆井憑借自身卓越的檢測和控制能力，能夠幫助客戶實現(xiàn)鉆井目標，克服之前傳統(tǒng)鉆井無法處理的潛在鉆井難題，最大化鉆井的靈活性和安全性，并同時減少風(fēng)險和非生產(chǎn)時間，節(jié)約成本，帶來收益。
控壓鉆井不僅適用于普通井，在一些高難度井中更是顯示出了無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，如高溫高壓井、含酸性有毒氣體的碳酸鹽巖裂縫性地層、窄密度窗口井，以及以前采用常規(guī)方法所無法鉆達設(shè)計井深的井等。另外，相對欠平衡鉆井系統(tǒng)而言，控壓鉆井系統(tǒng)設(shè)備占地少，所需作業(yè)人員少，與常規(guī)鉆井方式的銜接更靈活簡易，因而適應(yīng)性更強，能夠滿足要求更高的海上作業(yè)要求。
到 2009年的12月，Secure Drilling鉆井系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)已經(jīng)進行了陸上及海上50多口井的鉆探，客戶包括殼牌，雪佛龍等幾乎所有國際大公司。結(jié)果表明，Secure Drilling 鉆井系統(tǒng)在絕大多數(shù)井中都能夠為客戶帶來良好的收益。
國內(nèi)許多地方存在適合精確控壓鉆井應(yīng)用的地層，如塔里木塔中、庫車山前、新疆南緣山前、四川山前和高含硫化氫地區(qū)、青海山前地區(qū)、渤海灣地區(qū)等，這些地區(qū)普遍存在著窄密度窗口的安全鉆井問題。今年，威德福中國區(qū)將在中國迎來第一口精確控壓鉆井項目。
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