[发明专利]一种平衡压力钻井控压方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术领域中的一种平衡压力钻井控压方法。

背景技术

控压钻井技术是近年来形成的一项钻井新技术，主要用于保护油气层等地下资源、防止钻进中的井漏、保证钻井井控安全以及加快钻井速度。但目前形成的控压钻井方法，主要是“井底恒压”控制方法和“微流量控制”控制方法，不能将井底压力与地层压力联系起来进行考虑和控制，不能实现二者的实时平衡，不能实现“零压力窗口”地层的钻井。并且配套装备复杂、控制要求高、现场实施难度大，具有很大局限性。

油钻探技术2011年第39卷第4期，在第7—12页介绍了《PCDS —1精细控压钻井系统研制与现场试验》。文中介绍了PCDS—1系统的研制与现场试验情况，也介绍了国外控压钻井技术，包括 Schlumberger公司的DAPC系统、Halliburton公司的MPD系统和 Weatherford公司的MFC系统。

Schlumberger公司的DAPC系统采用“井底恒压”控压方式，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，使井底压力保持在允许范围内。本方法强调自动调节回压和动态控制，以保持井底压力稳定。

Halliburton公司的MPD系统采用“井底恒压”控压方式，其与 DAPC的功能类似，并具备微流量监测控制功能，其优势是自动化、反应迅速、控制精度高，井口回压自动控制精度达到0.35MPa。

PCDS—1精细控压钻井系统，采用“井底恒压”控制方式，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组成。在控压钻井试验中，钻进中井口回压值误差不大于设定值0.2MPa，起下钻工况误差在0.5MPa以内。

该种控制方式存在四个方面的问题：一是控制目的为“井底恒压”，即pb＝pma+pla+pax（pb为井底压力，pma为环形空间静液压力，pla为循环时环空压耗，pax为井口回压），没有考虑井底压力与地层压力的平衡。在实施中，即使按设定的井底压力值精确控压，对窄压力窗口或无压力窗口地层，也会因两个压力存在差值而无法达到“不涌不漏”状态；二是对于井底压力的计算，受循环压耗、抽吸压力、激动压力以及钻井液性能等因素影响，难以计算准确；三是需要增加井底测压装置、回压泵、综合压力控制器以及水力学模型等，配套复杂，控制难度大；四是现场实施需要专业队伍，推广难度大。

Weatherford公司的MFC系统采用“微流量控制”控压方式，通过实时监测进出口钻井液的微小压力、质量流量、当量循环密度和流速等参数快速改变井口回压，以满足钻井工艺要求。该方式强调微流量监测控制，即在溢流小于80L时即可检测出来并在2min内对其进行控制，使总溢流体积小于800L。该控制方式控制的是溢流，只要既没有溢流、也没有漏失就能达到安全钻井状态，更适应控压钻井要求。但该控压方式存在装置和仪器配套复杂、实施工艺复杂的问题，推广应用难度大。

石油钻探技术2011年第39卷第4期，在第13—18页介绍了《控压钻井分级智能控制系统》。该控制系统也采用了“井底恒压”控压方式，同样存在上述的问题，达不到“零压力窗口”控压钻井要求。

石油钻探技术2012年第40卷第6期，在第99—103页介绍了《三参数自动控压钻井系统的研制与试验》。三参数自动控压钻井系统属于“井底恒压”方式和“微流量控制”方式的组合应用。在井底恒压方式方面，采用了井底压力计算公式，即pb＝pma+pla+pax，没有考虑与地层压力的平衡，仍然存在上述的四方面问题；在微流量控制方面，引用了国外MFC系统和相关控制参数，即能在流量变化小于80L时检测到溢流并可在120s内控制溢流，使总溢流体积小于800L。该系统需要增加回压泵、高精度进出口流量计装置与仪器，存在配套复杂、控制难度大等问题。对于超饱和盐水层钻井，允许溢流量800L就不能满足井下安全要求。

为此，研究一种原理科学、工艺技术先进、配套简单、现场实施方便的控压钻井工艺方法，适应钻井压力控制越来越大的实际状况，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种原理科学、技术先进、配套简单、操作方便、满足窄压力窗口地层安全钻井需要的平衡压力钻井控压方法。

本发明的原理设计是以实现井底压力与地层压力平衡为出发点, 即满足pp＝pb＝pma+pla+pax（pp为地层压力，pb为井底压力，pma为井眼环形空间静液柱压力，pla为循环时环形空间压力损失，pax为套管压力）。