实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程.pdf

天然气工业 2 0 1 1 年 8月 实现 窄密度 窗 口安全钻 井 的控压钻 井系统工程 姜智博 。 周英操 。 王 倩 。 蒋宏伟 。 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7 1 2 程技术研究院3 ． 油气钻井技术 国家工程 实验 室 姜智博等． 实现窄密度窗 口安全钻井 的控压钻 井系统工程． 天然 气工业， 2 0 1 1 ， 3 l 8 7 6 7 9 ． 摘 要 控压钻井是 目前世界上 最先进 的钻井技术之一 ， 能够 对井底压力进行实 时精确 的控制 、 解决现场遇 到的井 下复 杂钻 井问题 ； 理论研 究与应用实践均表 明， 它可 以有效解决国 内外普遍遇到 的窄 密度 窗 口安全钻 井难题。 为 了更好 的掌握和 运用该技术 ， 从宏观角度将控压钻井看作为 一项较复 杂的系统工程， 既要保证 系统 内任 一组成部分能够正 常运 转， 又要提高 系统内各 部分 之 间的协 调 能力 ， 从 而发 挥 其 最大 效率 。为 此， 提 出 了控压钻 井系 统工 程 MP D S E 的概 念 控压钻井系统工程就是将 系统工程 理论应用到控压钻井技 术 中的一种 研究方 法， 其 主要 内容 是研 究系统 内部各 组成部分的精确设计 ， 系统分析各组成部分之 间的相 互关系和 内部地 位 ， 优 化处理各 组成部分 之间 的相互制 约性 ， 实现 系统的最优化 进 而运 用综合集成法分析 了控压钻 井系统 的研 究步骤； 最后还对 控压 钻井系统的基本框架进行 了初 步设 计。结论认为 应以系统工程的方法对控压钻井技术进行研 究， 并且框 架内的任 一部 分都关乎整个系统能否成功应用。 关键 词 控压钻井技术 系统工程 综合集成法 基本框架 井底压力 实时精确控制 窄密度窗 口 安全钻井 DOI 1 0 ． 3 7 8 7 ／ ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 1 8 广 义上 的控 压 钻 井技 术 应 用 范 围包 括 过平 衡 、 近 平 衡 、 欠 平 衡 以及精 细 控压钻 井 ， 传统 意义 的过 平衡 钻 井 以及 近些 年 基本 成熟 的欠 平衡 钻井 对井 底压 力 的控 制精度较低 ， 具有很大的不确定性和局限性[ 1 ] ， 常规钻 井过程 中极易出现井涌、 漏失 、 压差卡钻 、 地层孔 隙压 力 与破 裂梯 度 间压力 窗 口狭 窄造 成“ 涌 一漏 同层 ” 等 井 下 复 杂 问题 。据有关 文 献报 道 ， 通过 常规 钻井 方法 ， 不 能开发的油气资源 占 7 0 左 右l_ 2 ] 。控压钻 井系统具 有 使 用较 短 时间 、 较低 费 用 而 能 够 大 大 提 高井 控 能 力 的优势 ， 它 可 以有效 解决 这些 复 杂 的钻 井 问题 ， 减少 下 入 套 管层 数 ， 降 低 钻 井 成 本 ， 提 高 钻 井 效 益 。事 实 证 明 ， 控 制压 力钻 井 MP D 系统 在 陆地 钻 井 和海 上 钻 井 中 ， 均获 得 了 良好 的经 济 效 益 l 3 ] 。还 有 人 提 出 ， MP D 技 术 很可 能是 未来 天 然气水 合 物钻井 中唯一 可行 的技 术l 4 ] 。 目前， 美 国陆地钻机配备有控压钻井系统部分 设 备 的 比例 已从 1 9 9 6年 的 1 5 剧 增 至 目前 的 7 5 ， 目前 已经有 1 ／ 4陆地钻井项 目在应用 MP D技术 j 。 精 细 控压 钻井 技术 的 发展趋 势 表 明 ， MP D技术 的 推广 是一 个必 然 的趋势 。 目前控 压钻 井技 术有 1 0多种基 本 类型 ， 加 之多种 相 关 配套 技术 、 庞大 的设 备 体 系 和计 算 机 水 力 参数 模 拟系统 ， 而 且 ， 现 场施 工 中 复 杂 的作 业 流 程 与 施 工 要 求 、 应急处理程序 以及健康 、 安全等都应该成为控压钻 井 系统 的一部分 。一方 面 ， 如果 技 术 设 计 过 于 复 杂 或 者 相关 要求 过 于苛 刻 ， 则 可 能 因 为满 足 不 了现 场 的 实 际情况 而 使得 技术设 计 与施 工无法 实 现 ； 另 一方 面 ， 如 果 现场 控 压钻井 的作业 程 序 、 施 工 要 求 以及 应 急 程 序 没有 做到 精确设 计 和 灵 活应 用 ， 那 么任 何 一 个 小 的 疏 忽也都 可 能造成 复 杂甚 至严 重 的 钻 井 事故 ， 反 过来 会 严重 阻碍 MP D 技 术 的研 究 发 展 和 推 广 应 用 。 因此 ， 笔者认 为 ， 应 当 将 MP D 技 术 看 作 为 一 项 较 复 杂 的 系 统工 程来 加 以研究 和应 用 。 1 控压钻 井系统工程 系统 工程 是实 现 系统 最 优 化 的科 学 ， 是 一 门综 合 学科 ， 它是研究一个 复杂系统的局部与整体关系的科 学 ， 其理论 的核心体 系是模拟 、 最 优化 及评 价 系统 ] 。 MP D技术也是一项 由多环节组成的投资较大且 基金项 目 国家科技重大专项“ 窄密度窗 口安全钻完井技术及装备 ” 编号 2 0 0 8 Z X 0 5 0 2 1 0 0 3 。 作者简 介 姜智博 ， 1 9 8 6年生 ， 硕 士研究生 ； 主要从事控压钻井 、 欠平衡钻井 、 定 向井钻井T艺技术研究T作 。地址 1 0 0 0 8 3 北 京市海淀区学 院路 2 0号中 国石油勘探开发研究 院 5 9号楼 1 0 4 3室。电话 1 3 6 5 1 1 2 8 4 1 1 。E ma i l 6 7 4 3 5 2 9 8 8 q q ． c o rn 第 3 1卷第 8期 钻井工程 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 MP D作 业流 程 MP D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 、 下人井 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 MP D施 工要 求 MP D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 MP D 岗位 责任 MP D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 MP D应 急程序 MP D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 P WD失 效 ， 回压 泵失效 等 情况需 要采 取 的应急 措施 。 3 ． 9 H S E管 理 健康 、 安 全 、 环 境 HS E 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 HS E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 ， H。 S 防护技术措施及管理要求 ， 井喷预防和应急措施。 以上是 对 MP D 系统 基 本 框 架 进 行 的初 步设 计 ， 要保证 MP D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。 4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 MP D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 ， 2 0 0 8 ， 3 6 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 [ 刀． 钻采工艺 ， 2 0 0 9 ， 3 2 1 2 7 3 0 ． [ 3 ]严新新 ， 陈永 明， 燕 修 良． MP D技术及 其 在钻 井 中的应 用 [ J ] ． 天然气勘探与开发 ， 2 0 0 7 ， 3 0 2 6 2 6 6 ． [ 4 ]HA NNE G AN D ON， T O DD R J ， P R I TC HAR D D M， e t a 1 ． MP Du n i q u e l y a p p l i c a b l e t o me t h a n e h y d r a t e d r i l l i n g [ C ] ／ ／ p a p e r 9 1 5 6 0 p r e s e n t e d a t t h e S P E ／ I A D C Un d e r b a l a n c e d Te c h n o l o g y Co n f e r e n c e a n d Ex h i b i t i o n， 1 1 1 2 Oc t o b e r 2 0 0 4， Ho u s t o n， Te x a s ， US A． Ne w Yo r k S PE ／ I ADC， 2 0 0 4 ． E s ]KAD AS T E R A，MI I I HE I M K K， THOMP S ON T OM M YW ． Th e p l a n n i n g a n d d r i l l i n g o f h o t i c e 1 一 g a s h y d r a t e e x p l o r a t i o n we l l i n t h e Al a s k a n[ c ] ／ ／p a p e r 9 2 7 6 4 p r e s e n t e d a t t h e S PE／ I ADC Dr i l l i n g Co n f e r e n c e ，2 3 2 5 Fe b r u a r y 2 0 0 5 ， Ams t e r d a m， Ne t h e r l a n d s ． Ne w Yo r k S PE ／ I ADC， 2 0 05． E 6 ]HANNE GAN D M． Ma n a g e d p r e s s u r e d r i l l i n g i n ma r i n e e n v i r o n me n t s --c a s e s t u d i e s [ C ] ／ ／p a p e r 9 2 6 0 0 p r e s e n t e d a t t h e S P E／ I ADC Dr i l l i n g Co n f e r e n c e ， 2 3 2 5 Fe b r u a r y 2 0 0 5 ， Ams t e r d a m， Ne t h e r l a n d s ． Ne w Yo r k S P E／ I ADC， 2 0 0 5 ． [ 7 ]王众托． 系统工程[ M] ． 北京 北京大学 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 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 ， 2 0 0 5 ， 2 5 2 5 5 5 9 ． [ 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 ， 2 0 1 0 ， 3 8 4 1 - 7 ． [ 1 O ]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 ， 2 0 0 3 ． 修 改回稿 日期2 0 1 1 - 0 6 0 2 编辑居 维清 特约编辑杨斌 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载