地熱鉆井

鉆井工程安全現(xiàn)狀分析及技術展望——控壓鉆井技術

  控壓鉆井是在鉆井技術中發(fā)展較快,較好的技術,是對鉆井工程的安全起到一定作用的技術?,F(xiàn)階段,鉆井工程安全發(fā)展良好。安全的良好發(fā)展主要是在各個方面的重視,鉆井發(fā)生了事故可能會造成人員傷亡、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染等。
  控壓鉆井技術是一項綜合控制技術,必須具備一整套壓力、流量、溫度采集裝置,地面節(jié)流管匯,計算機控制系統(tǒng)和回壓泵系統(tǒng)等設備。在鉆井過程中,由于受鉆井工況,施工操作,鉆進參數(shù)以及地層壓力等因素的影響,井眼環(huán)空眼里經(jīng)常發(fā)生變化,并且各影響因素之間相互聯(lián)系,相互作用,是一個典型的復雜系統(tǒng)范疇。并且由于控壓鉆井涉及多種工具的協(xié)同響應和多種工況的切換作業(yè),同是也屬于一個典型的多目標,多任務控制系統(tǒng)。
  控壓鉆井(MPD)是近年來發(fā)展起來的一種先進的鉆井技術,通過動態(tài)壓力控制或自動節(jié)流控制系統(tǒng),精確控制整個井眼環(huán)空壓力剖面,有效避免井涌,、井漏、井塌和卡鉆等井下故障。國外Weatherford、Atbalance和Halliburton等石油技術服務公司真毒控壓鉆井的協(xié)同操作已經(jīng)成功研制出了較成熟的控制系統(tǒng),并且取得了良好的應用效果。國內(nèi)在十一五期間也作了相應的研究工作。
  控壓技術現(xiàn)狀分析:
  過平衡 、近平衡常規(guī)控壓鉆井技術已經(jīng)成熟配套 。欠平衡鉆井技術在國外經(jīng)過幾十年的發(fā)展已基本成熟配套 ,國內(nèi)近幾年發(fā)展迅速 ,也已步入世界先進水平行列 。精細控壓鉆井技術 ,國內(nèi)與國外相比還有一定差距 。自動 (閉環(huán)) 控壓鉆井技術國內(nèi)外均有待于在多相流理論 、 套裝備 、工具 、儀表儀器和軟件開發(fā)等方面研究和發(fā)展 。
  就目前的技術現(xiàn)狀而言 ,精細控壓鉆井技術 、平衡鉆井技術與下述技術的結合 ,必然會達到更好的鉆井施工效果 。
  1) 隨鉆井底環(huán)空壓力測量(APWD)
  2) 無風險鉆井系統(tǒng)( NDS)
  3) 井下隨鉆診斷系統(tǒng)(DWD)
  4) 隨鉆地層測試技術(FTWD)
  5) 電磁波傳輸式隨鉆測量技術(EM-MWD)
  6) 地層壓力、破裂壓力和坍塌壓力預測及隨鉆監(jiān)測技術
  下面先介紹三種國際上常用的控壓鉆井系統(tǒng)
  Weatherford MFC控壓鉆井系統(tǒng)
  控壓方式為微流量控制,通過實時監(jiān)測進出口鉆井液的微笑壓力、質(zhì)量流量、當量循環(huán)密度、流速等參數(shù),快速改變井口回壓以滿足鉆井工藝要求來實現(xiàn)的,擁有強調(diào)監(jiān)測控制,能在小于80L時檢測到溢流,并可在2min內(nèi)控制溢流,使總溢流體積小于800L。
  Schlumberger DAPC控壓鉆井系統(tǒng)
  控壓方式為井底恒壓,通過節(jié)流管匯、回壓泵、水力學模型和綜合壓力控制器協(xié)同工作,提供不間斷的精確壓力控制,使井底壓力控制在允許范圍內(nèi)實現(xiàn)的。擁有強調(diào)自動調(diào)節(jié)回壓、動態(tài)控制、保持井底壓力穩(wěn)定,追求自適應控制的特點。
  Halliburton MPD控壓鉆井系統(tǒng):
  控壓方式為井底恒壓,實現(xiàn)方式與DAPC的功能類似,并具有微流量監(jiān)測控制功能。具有自動化、反應迅速、控制精度高,對井口回壓自動控制達到0.35MPa的精度。
  幾種較新的控壓鉆井技術:
  PCDS-Ⅰ控壓鉆井系統(tǒng)  該系統(tǒng)是基于自動化、快速響應、精確控制的技術目標,中國石油鉆井工程技術研究院開發(fā)了以流量和壓力控制為目標的井底恒壓PCDS-Ⅰ精細控壓鉆井系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由自動節(jié)流系統(tǒng)、回壓泵系統(tǒng)、液氣控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和控制中心等部分構成,該系統(tǒng)圍繞井筒壓力控制,實現(xiàn)鉆進、起下鉆、接單根過程中的壓力平穩(wěn)銜接。主要由自動節(jié)流系統(tǒng),回壓泵系統(tǒng),液氣控制系統(tǒng),自動控制系統(tǒng)共同完成,自動控制系統(tǒng)主要以參數(shù)采集與監(jiān)測,實時水力學計算,遠程自動控制軟件幾個步驟實現(xiàn)。  ReelWell 鉆井法(ReelWell Drilling Method,RDM)是一項全新的鉆井技術。RDM 概念最早由挪威國家石油公司、挪威科學研究委員會2004年提出;  ReelWell 鉆井的系統(tǒng)組成及工藝原理:ReelWell 鉆井主要基于鉆井液流動的控制儀器研制,主要儀器為雙壁鉆桿和滑動活塞,雙壁鉆桿用來控制鉆井液的流入和流出,而滑動活塞主要是控制井底壓力和提供牽引力,同時襯管可以用于 ReelWell鉆井,完鉆后在井下膨脹。
  ReelWell 鉆井的特點
  (1)無隔水管鉆井
  由于采用雙壁鉆桿鉆井工藝原理,RDM 可以實現(xiàn)無隔水管鉆井,用鉆桿來替代巨大的隔水管可以節(jié)省費用和深水鉆井下隔水管時間,同時可以減少鉆井液
  用和平臺空間。無隔水管鉆井井控操作更加方便快捷,隔水管鉆井一般把鉆柱提到井下防噴器以上,然后關井,而 RDM 無隔水管鉆井不用。
  (2)閉路循環(huán)系統(tǒng)
  RDM 提供一個良好的閉路循環(huán)系統(tǒng),非常適合于深水控壓鉆井,尤其適合于深水窄密度窗口儲層段安全鉆井,精確控制井底壓力可以節(jié)省非生產(chǎn)時間、消除井控風險。RDM 能精確控制井下壓力和循環(huán)流量,能夠?qū)︺@井液體積變化作出立即的響應和調(diào)整,可較早地發(fā)現(xiàn)溢流和漏失等工況,從而提高鉆井安全,節(jié)省鉆井費用。RDM 在鉆井液停止循環(huán)或接單根時可以實現(xiàn)井內(nèi)關井,而不改變井底壓力,從而避免壓力波動導致油氣入侵。
  (3)井眼清潔
  由于巖屑從內(nèi)鉆桿輸送,使 ReelWell 鉆井井眼清潔能力比傳統(tǒng)鉆井更強,低成本和低密度的鉆井液以更低的排量注入,可以減少能量消耗和費用。
  (4)水力加壓鉆頭
  在大位移大斜度井段鉆井中,鉆具延伸難度大,馬達轉動扭矩大,巖屑床 和巖屑輸送困難等問題,RDM 通過密封滑動活塞和旋轉控制裝置向鉆柱施加壓力,該壓力傳遞給鉆頭,可以給鉆頭施加向前推進的牽引力,這就很好地解決了鉆頭加不上鉆壓和水平井鉆具延伸難度大等問題,從而確保大位移井大斜度井段順利滑動鉆井
  RDM 在井底壓力精確控制、鉆井液微流量控制、控壓鉆井、欠平衡鉆井、大位移井鉆井、井眼清洗、尾管鉆井、深水鉆井等方面,提高鉆井安全性、作業(yè)效率以及具有壓力挑戰(zhàn)性的地層鉆進方面較常規(guī)鉆井具有較大的潛力和優(yōu)勢。也是一種新型的控壓鉆井技術  我認為在控壓鉆井技術的發(fā)展中應該具有:
  1.設備研制的能力,我們看見的眾多的技術都是國外的技術,我們沒有自主知識產(chǎn)權,在控壓系統(tǒng)中出現(xiàn)問題,我們無法利用自己的技術去控制。
  2.做好技術儲備,特別是人才儲備。
  3.注意多學科合作,配套發(fā)展。
  4.加強國外合作,了解,學習國外的先進思想和技術,填補技術空白。