地熱鉆井

鉆井工程安全現狀分析及技術展望——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,計算機控制系統和回壓泵系統等設備。在鉆井過程中,由于受鉆井工況,施工操作,鉆進參數以及地層壓力等因素的影響,井眼環(huán)空眼里經常發(fā)生變化,并且各影響因素之間相互聯系,相互作用,是一個典型的復雜系統范疇。并且由于控壓鉆井涉及多種工具的協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。
  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,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同操作已經成功研制出了較成熟的控制系統,并且取得了良好的應用效果。國內在十一五期間也作了相應的研究工作。
  控壓技術現狀分析:
  過平衡 、近平衡常規(guī)控壓鉆井技術已經成熟配套 。欠平衡鉆井技術在國外經過幾十年的發(fā)展已基本成熟配套 ,國內近幾年發(fā)展迅速 ,也已步入世界先進水平行列 。精細控壓鉆井技術 ,國內與國外相比還有一定差距 。自動 (閉環(huán)) 控壓鉆井技術國內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( NDS)
  3) 井下隨鉆診斷系統(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
  Weatherford MFC控壓鉆井系統
  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、質量流量、當量循環(huán)密度、流速等參數,快速改變井口回壓以滿足鉆井工藝要求來實現的,擁有強調監(jiān)測控制,能在小于80L時檢測到溢流,并可在2min內控制溢流,使總溢流體積小于800L。
  Schlumberger DAPC控壓鉆井系統
  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實現的。擁有強調自動調節(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:
  控壓方式為井底恒壓,實現方式與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  該系統是基于自動化、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。該系統主要由自動節(jié)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構成,該系統圍繞井筒壓力控制,實現鉆進、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,回壓泵系統,液氣控制系統,自動控制系統共同完成,自動控制系統主要以參數采集與監(jiān)測,實時水力學計算,遠程自動控制軟件幾個步驟實現。  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
  RDM 提供一個良好的閉路循環(huán)系統,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,能夠對鉆井液體積變化作出立即的響應和調整,可較早地發(fā)現溢流和漏失等工況,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井內關井,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
  由于巖屑從內鉆桿輸送,使 ReelWell 鉆井井眼清潔能力比傳統鉆井更強,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權,在控壓系統中出現問題,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。