鉆井工程安全現狀分析及技術(shù)展望——控壓鉆井技術(shù)

  控壓鉆井是在鉆井技術(shù)中發(fā)展較快，較好的技術(shù)，是對鉆井工程的安全起到一定作用的技術(shù)?，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(gè)方面的重視，鉆井發(fā)生了事故可能會(huì )造成人員傷亡、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染等。

  控壓鉆井技術(shù)是一項綜合控制技術(shù)，必須具備一整套壓力、流量、溫度采集裝置，地面節流管匯，計算機控制系統和回壓泵系統等設備。在鉆井過(guò)程中，由于受鉆井工況，施工操作，鉆進(jìn)參數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(gè)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(xié)同響應和多種工況的切換作業(yè)，同是也屬于一個(gè)典型的多目標，多任務(wù)控制系統。

  控壓鉆井（MPD）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的鉆井技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)壓力控制或自動(dòng)節流控制系統，精確控制整個(gè)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(shù)服務(wù)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，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(shù)現狀分析：

  過(guò)平衡 、近平衡常規控壓鉆井技術(shù)已經(jīng)成熟配套 。欠平衡鉆井技術(shù)在國外經(jīng)過(guò)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(jìn)水平行列 。精細控壓鉆井技術(shù) ,國內與國外相比還有一定差距 。自動(dòng) (閉環(huán)) 控壓鉆井技術(shù)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(kāi)發(fā)等方面研究和發(fā)展 。

  就目前的技術(shù)現狀而言 ,精細控壓鉆井技術(shù) 、平衡鉆井技術(shù)與下述技術(shù)的結合 ,必然會(huì )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(wú)風(fēng)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(shù)(FTWD)

  5) 電磁波傳輸式隨鉆測量技術(shù)(EM-MWD)

  6) 地層壓力、破裂壓力和坍塌壓力預測及隨鉆監測技術(shù)

  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(guò)實(shí)時(shí)監測進(jìn)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，快速改變井口回壓以滿(mǎn)足鉆井工藝要求來(lái)實(shí)現的，擁有強調監測控制，能在小于80L時(shí)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(guò)節流管匯、回壓泵、水力學(xué)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實(shí)現的。擁有強調自動(dòng)調節回壓、動(dòng)態(tài)控制、保持井底壓力穩定，追求自適應控制的特點(diǎn)。

  Halliburton MPD控壓鉆井系統：

  控壓方式為井底恒壓，實(shí)現方式與DAPC的功能類(lèi)似，并具有微流量監測控制功能。具有自動(dòng)化、反應迅速、控制精度高，對井口回壓自動(dòng)控制達到0.35MPa的精度。

  幾種較新的控壓鉆井技術(shù)：

  PCDS-Ⅰ控壓鉆井系統  該系統是基于自動(dòng)化、快速響應、精確控制的技術(shù)目標，中國石油鉆井工程技術(shù)研究院開(kāi)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(dòng)節流系統、回壓泵系統、液氣控制系統、自動(dòng)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(shí)現鉆進(jìn)、起下鉆、接單根過(guò)程中的壓力平穩銜接。主要由自動(dòng)節流系統，回壓泵系統，液氣控制系統，自動(dòng)控制系統共同完成，自動(dòng)控制系統主要以參數采集與監測，實(shí)時(shí)水力學(xué)計算，遠程自動(dòng)控制軟件幾個(gè)步驟實(shí)現。  ReelWell 鉆井法（ReelWell Drilling Method，RDM）是一項全新的鉆井技術(shù)。RDM 概念最早由挪威國家石油公司、挪威科學(xué)研究委員會(huì )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(dòng)的控制儀器研制，主要儀器為雙壁鉆桿和滑動(dòng)活塞，雙壁鉆桿用來(lái)控制鉆井液的流入和流出，而滑動(dòng)活塞主要是控制井底壓力和提供牽引力，同時(shí)襯管可以用于 ReelWell鉆井，完鉆后在井下膨脹。

  ReelWell 鉆井的特點(diǎn)

  （1）無(wú)隔水管鉆井

  由于采用雙壁鉆桿鉆井工藝原理，RDM 可以實(shí)現無(wú)隔水管鉆井，用鉆桿來(lái)替代巨大的隔水管可以節省費用和深水鉆井下隔水管時(shí)間，同時(shí)可以減少鉆井液費

  用和平臺空間。無(wú)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(guān)井，而 RDM 無(wú)隔水管鉆井不用。

  （2）閉路循環(huán)系統

  RDM 提供一個(gè)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省非生產(chǎn)時(shí)間、消除井控風(fēng)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，節省鉆井費用。RDM 在鉆井液停止循環(huán)或接單根時(shí)可以實(shí)現井內關(guān)井，而不改變井底壓力，從而避免壓力波動(dòng)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(dòng)扭矩大，巖屑床 和巖屑輸送困難等問(wèn)題，RDM 通過(guò)密封滑動(dòng)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(jìn)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(wèn)題，從而確保大位移井大斜度井段順利滑動(dòng)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性的地層鉆進(jìn)方面較常規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(shù)  我認為在控壓鉆井技術(shù)的發(fā)展中應該具有：

  1.設備研制的能力，我們看見(jiàn)的眾多的技術(shù)都是國外的技術(shù)，我們沒(méi)有自主知識產(chǎn)權，在控壓系統中出現問(wèn)題，我們無(wú)法利用自己的技術(shù)去控制。

  2.做好技術(shù)儲備，特別是人才儲備。

  3.注意多學(xué)科合作，配套發(fā)展。

  4.加強國外合作，了解，學(xué)習國外的先進(jìn)思想和技術(shù)，填補技術(shù)空白。