钻井工程安全现状分析及技术展望——控压钻井技术

  控压钻井是在钻井技术中发展较快，较好的技术，是对钻井工程的安全起到一定作用的技术。现阶段，钻井工程安全发展良好。安全的良好发展主要是在各个方面的重视，钻井发生了事故可能会造成人员伤亡、财产损失、环境污染等。

  控压钻井技术是一项综合控制技术，必须具备一整套压力、流量、温度采集装置，地面节流管汇，计算机控制系统和回压泵系统等设备。在钻井过程中，由于受钻井工况，施工操作，钻进参数以及地层压力等因素的影响，井眼环空眼里经常发生变化，并且各影响因素之间相互联系，相互作用，是一个典型的复杂系统范畴。并且由于控压钻井涉及多种工具的协同响应和多种工况的切换作业，同是也属于一个典型的多目标，多任务控制系统。

  控压钻井（MPD）是近年来发展起来的一种先进的钻井技术，通过动态压力控制或自动节流控制系统，精确控制整个井眼环空压力剖面，有效避免井涌，、井漏、井塌和卡钻等井下故障。国外Weatherford、Atbalance和Halliburton等石油技术服务公司真毒控压钻井的协同操作已经成功研制出了较成熟的控制系统，并且取得了良好的应用效果。国内在十一五期间也作了相应的研究工作。

  控压技术现状分析：

  过平衡 、近平衡常规控压钻井技术已经成熟配套 。欠平衡钻井技术在国外经过几十年的发展已基本成熟配套 ,国内近几年发展迅速 ,也已步入世界先进水平行列 。精细控压钻井技术 ,国内与国外相比还有一定差距 。自动 (闭环) 控压钻井技术国内外均有待于在多相流理论 、 套装备 、工具 、仪表仪器和软件开发等方面研究和发展 。

  就目前的技术现状而言 ,精细控压钻井技术 、平衡钻井技术与下述技术的结合 ,必然会达到更好的钻井施工效果 。

  1) 随钻井底环空压力测量(APWD)

  2) 无风险钻井系统( NDS)

  3) 井下随钻诊断系统(DWD)

  4) 随钻地层测试技术(FTWD)

  5) 电磁波传输式随钻测量技术(EM-MWD)

  6) 地层压力、破裂压力和坍塌压力预测及随钻监测技术

  下面先介绍三种国际上常用的控压钻井系统：

  Weatherford MFC控压钻井系统：

  控压方式为微流量控制，通过实时监测进出口钻井液的微笑压力、质量流量、当量循环密度、流速等参数，快速改变井口回压以满足钻井工艺要求来实现的，拥有强调监测控制，能在小于80L时检测到溢流，并可在2min内控制溢流，使总溢流体积小于800L。

  Schlumberger DAPC控压钻井系统：

  控压方式为井底恒压，通过节流管汇、回压泵、水力学模型和综合压力控制器协同工作，提供不间断的精确压力控制，使井底压力控制在允许范围内实现的。拥有强调自动调节回压、动态控制、保持井底压力稳定，追求自适应控制的特点。

  Halliburton MPD控压钻井系统：

  控压方式为井底恒压，实现方式与DAPC的功能类似，并具有微流量监测控制功能。具有自动化、反应迅速、控制精度高，对井口回压自动控制达到0.35MPa的精度。

  几种较新的控压钻井技术：

  PCDS-Ⅰ控压钻井系统  该系统是基于自动化、快速响应、精确控制的技术目标，中国石油钻井工程技术研究院开发了以流量和压力控制为目标的井底恒压PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统。该系统主要由自动节流系统、回压泵系统、液气控制系统、自动控制系统和控制中心等部分构成，该系统围绕井筒压力控制，实现钻进、起下钻、接单根过程中的压力平稳衔接。主要由自动节流系统，回压泵系统，液气控制系统，自动控制系统共同完成，自动控制系统主要以参数采集与监测，实时水力学计算，远程自动控制软件几个步骤实现。  ReelWell 钻井法（ReelWell Drilling Method，RDM）是一项全新的钻井技术。RDM 概念最早由挪威国家石油公司、挪威科学研究委员会2004年提出；  ReelWell 钻井的系统组成及工艺原理：ReelWell 钻井主要基于钻井液流动的控制仪器研制，主要仪器为双壁钻杆和滑动活塞，双壁钻杆用来控制钻井液的流入和流出，而滑动活塞主要是控制井底压力和提供牵引力，同时衬管可以用于 ReelWell钻井，完钻后在井下膨胀。

  ReelWell 钻井的特点

  （1）无隔水管钻井

  由于采用双壁钻杆钻井工艺原理，RDM 可以实现无隔水管钻井，用钻杆来替代巨大的隔水管可以节省费用和深水钻井下隔水管时间，同时可以减少钻井液费

  用和平台空间。无隔水管钻井井控操作更加方便快捷，隔水管钻井一般把钻柱提到井下防喷器以上，然后关井，而 RDM 无隔水管钻井不用。

  （2）闭路循环系统

  RDM 提供一个良好的闭路循环系统，非常适合于深水控压钻井，尤其适合于深水窄密度窗口储层段安全钻井，精确控制井底压力可以节省非生产时间、消除井控风险。RDM 能精确控制井下压力和循环流量，能够对钻井液体积变化作出立即的响应和调整，可较早地发现溢流和漏失等工况，从而提高钻井安全，节省钻井费用。RDM 在钻井液停止循环或接单根时可以实现井内关井，而不改变井底压力，从而避免压力波动导致油气入侵。

  （3）井眼清洁

  由于岩屑从内钻杆输送，使 ReelWell 钻井井眼清洁能力比传统钻井更强，低成本和低密度的钻井液以更低的排量注入，可以减少能量消耗和费用。

  （4）水力加压钻头

  在大位移大斜度井段钻井中，钻具延伸难度大，马达转动扭矩大，岩屑床 和岩屑输送困难等问题，RDM 通过密封滑动活塞和旋转控制装置向钻柱施加压力，该压力传递给钻头，可以给钻头施加向前推进的牵引力，这就很好地解决了钻头加不上钻压和水平井钻具延伸难度大等问题，从而确保大位移井大斜度井段顺利滑动钻井

  RDM 在井底压力精确控制、钻井液微流量控制、控压钻井、欠平衡钻井、大位移井钻井、井眼清洗、尾管钻井、深水钻井等方面，提高钻井安全性、作业效率以及具有压力挑战性的地层钻进方面较常规钻井具有较大的潜力和优势。也是一种新型的控压钻井技术  我认为在控压钻井技术的发展中应该具有：

  1.设备研制的能力，我们看见的众多的技术都是国外的技术，我们没有自主知识产权，在控压系统中出现问题，我们无法利用自己的技术去控制。

  2.做好技术储备，特别是人才储备。

  3.注意多学科合作，配套发展。

  4.加强国外合作，了解，学习国外的先进思想和技术，填补技术空白。