業(yè)界把鉆井作業(yè)定義為高壓和低壓鉆井，多年來(lái)，工程師們堅(jiān)定地維護(hù)著一種泥漿密度，一種能使流體靜壓力大于被鉆地層的孔隙壓力、但小于壓裂梯度的泥漿密度。今天，通過(guò)地面采用的控制壓力的鉆井方法(MPD)來(lái)運(yùn)用壓力，工程師們所做的工作超越了這一鉆井壓力區(qū)間的傳統(tǒng)界限。
傳統(tǒng)鉆井
傳統(tǒng)鉆井作業(yè)，當(dāng)進(jìn)行過(guò)平衡鉆進(jìn)時(shí)，在地層A和地層B孔隙壓力(井涌)增加的應(yīng)對(duì)，通過(guò)提高泥漿密度，當(dāng)量循環(huán)密度(藍(lán)線(xiàn))隨之增加，這會(huì)導(dǎo)致井底壓力接近地層的破裂初始?jí)毫?紫色線(xiàn));應(yīng)對(duì)措施，必須下入套管保護(hù)地層，這會(huì)產(chǎn)生額外的下套管深度，縮小后續(xù)的井眼直徑(黑色三角形);在深海鉆井中，破裂初始?jí)毫涂紫秹毫χg的壓力區(qū)間常常會(huì)很窄;在這個(gè)例子中，迫使石油公司越來(lái)越多的下入6段更小內(nèi)徑的套管柱，使得井眼太小，以至于不能提供油氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能。
巖屑?jí)|層
雖然任何井的設(shè)計(jì)和鉆具組合配置都有可能出現(xiàn)巖屑?jí)|層，巖屑?jí)|層或固體顆粒層(淺棕色)在斜井鉆井中特別普遍，在斜井段，巖屑和坍塌的碎石堆積在井眼的底側(cè)，當(dāng)泥漿泵停止工作時(shí)，由于這些巖屑和坍塌碎石的堆積層下滑到環(huán)空的下方，將鉆具填充或塞住，導(dǎo)致井底鉆具組合可能會(huì)被卡住，人們都知道，就像地層垮塌一樣，這種現(xiàn)象在泥漿泵工作期間也可能會(huì)發(fā)生。
控制壓力
在鉆進(jìn)期間，傳統(tǒng)鉆井方法尤其關(guān)注控制地層流體不使其流入井眼，這一過(guò)平衡(OBD)鉆井方法利用鉆井液建立一個(gè)當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)，使井底壓力(BHP)大于被鉆地層的孔隙壓力(紫色線(xiàn))，但小于被鉆地層的破裂初始?jí)毫?紅色線(xiàn));欠平衡鉆井(UBD)致力于防止鉆井液漏失到地層，這樣可以保持一個(gè)小于孔隙壓力、但高于需要維持井眼穩(wěn)定壓力的當(dāng)量循環(huán)密度，這種方法可以允許地層流體流出地層，阻止鉆井液流進(jìn)地層;控制壓力鉆井(黃色)主要是通過(guò)控制地面壓力，保持一個(gè)恒定的井下壓力，阻止地層流體流進(jìn)井眼，同時(shí)，保持井下壓力低于地層破裂初始?jí)毫�，從而避免出現(xiàn)鉆井事故;在鉆井作業(yè)期間，過(guò)平衡和控制壓力鉆井的當(dāng)量循環(huán)密度在某個(gè)深度可能會(huì)相等。
流體密度和井底壓力
在套管鞋以下，當(dāng)采用傳統(tǒng)鉆井方法時(shí)，為了在孔隙壓力(黑色線(xiàn))和破裂初始?jí)毫?藍(lán)色線(xiàn))之間保持井底壓力，由泥漿重量產(chǎn)生的井底壓力必須大于地層孔隙壓力，以至于在泥漿泵停止工作時(shí)的井底壓力能夠抑制地層壓力(實(shí)紅線(xiàn))，同時(shí)，還必須保證井底壓力在泥漿泵工作時(shí)小于地層破裂初始?jí)毫?紅虛線(xiàn));控制壓力鉆井能使石油公司在泥漿泵停止工作時(shí)(實(shí)綠線(xiàn))使用一種鉆井液，這種鉆井液產(chǎn)生的流體靜力學(xué)壓力小于地層孔隙壓力;當(dāng)泥漿泵停止工作時(shí)，通過(guò)增加回壓(短 -虛綠線(xiàn))而不是增加泥漿密度來(lái)提高井底壓力，達(dá)到抑制地層壓力的效果;當(dāng)泥漿泵工作時(shí)(長(zhǎng)-虛綠線(xiàn))，減少回壓至某個(gè)數(shù)值，使其產(chǎn)生的井底壓力高于地層的孔隙壓力，而又低于地層的破裂初始?jí)毫Α?/p>
自動(dòng)動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)
當(dāng)泥漿泵停止工作時(shí)，為了從鉆進(jìn)到接單根的轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持恒定的井底壓力，動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)通過(guò)泵入鉆井液進(jìn)入節(jié)流管匯，泵入的鉆井液通過(guò)節(jié)流自動(dòng)控制器AC-1進(jìn)行調(diào)整，減少回壓或當(dāng)泥漿泵恢復(fù)鉆進(jìn)時(shí)不運(yùn)用回壓;動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制系統(tǒng)直接與實(shí)時(shí)水力學(xué)分析裝置連接，持續(xù)檢測(cè)井涌狀況，通過(guò)調(diào)整動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制回壓泵和節(jié)流自動(dòng)控制器AC-2和AC-3來(lái)穩(wěn)定和控制井底壓力;一個(gè)流量計(jì)(橢圓形虛線(xiàn))與節(jié)流管匯的低壓一側(cè)相連接，提供流出數(shù)據(jù)，壓力管理員不斷地監(jiān)視著流出數(shù)據(jù)，并與流入數(shù)據(jù)相對(duì)比，實(shí)現(xiàn)井涌的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
鉆更長(zhǎng)的水平段
控制壓力鉆井可以讓司鉆采用較低的鉆井液密度，在鉆頭以上的低壓裸眼井段使用一種較低流體靜壓力的鉆井液，同時(shí)，使用一個(gè)指定的地面泵，通過(guò)對(duì)環(huán)空加壓，司鉆可以控制所鉆壓力井段的流量，結(jié)果能產(chǎn)生一種較低的井底當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)，使工程師們可以從套管開(kāi)窗點(diǎn)打更長(zhǎng)的水平井段。
控制壓力鉆井技術(shù)特別適合于水平井鉆井作業(yè)，同時(shí)，能使測(cè)量深度的壓裂梯度保持不變，當(dāng)泵壓增加時(shí)，當(dāng)量循環(huán)密度增加，保證良好的井眼凈化，采用控制壓力鉆井技術(shù)，司鉆可以采用一個(gè)較低的泥漿比重，避免井被壓裂，利用地面掌控的環(huán)空回壓，抑制流體大量涌入井眼，當(dāng)今，這種方法已經(jīng)成為首選的鉆井技術(shù)。
控制壓力鉆井技術(shù)有望廢除直線(xiàn)鉆井，已在老油田、高溫高壓及破裂地層環(huán)境下得到了應(yīng)用。該技術(shù)正在成為大位移鉆井和鉆穿廢棄地層到達(dá)困難油層的首選鉆井方法。
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