控制压力钻井应用实例

  控制压力钻井的作业目的是确定井下压力范围,并控制环空液压分布,以解决诸多钻井难题。据统计, 2004年以来,国外海洋钻井实施了50余次MPD作业,作业区域主要位于亚太地区,但在委内瑞拉、北海、墨西哥湾和巴西也进行了MPD作业。

 

  1. MPD在委内瑞拉海上酸性高压裂缝性地层的应用实例钻酸性高压裂缝性地层时往往会遇到复杂和不可预见的灾难性井喷问题。Shell委内瑞拉S.A.公司采用带压泥浆帽钻井工艺成功钻入Cogollo海洋酸性高压裂缝性碳酸盐岩地层,并钻达总井深,成功完成了钻井作业,这是常规钻井方法不能实现的,具有首创性。

 

  地质条件:Cogollo油藏位于委内瑞拉马拉开波湖Urdaneta西部。该油藏目的层段岩性为致密灰岩,主要产出轻质原油, TVD394~ 419 m,厚约25m,间有白云岩、砂岩和页岩夹层,致密灰岩层段发育有大型天然裂缝,渗透率较高。地层原始压力当量泥浆比重约1. 68 g /cm3,H2S含量30 000 mg /L,井下温度137. 8e。

 

  作业设计:设计采用1. 2 g /cm3饱和氯化钠作为钻井液,泥浆泵上连接114. 3 mm管线,用于连续传输31MPa立压。DowellSchlumberger、Intervep和委内瑞拉国家石油公司研究院共同研发了混合-金属-氢氧化物(MMH)体系,用作泥浆帽流体,这种流体不易与原油混合,从而有效降低漏入地层的钻井液量。

 

  作业设备:钻井平台为小型自升式平台,采用标准泥浆泵、立管和顶驱系统,额定压力为31. 5MPa。

 

  对钻机作了一系列改动,现有防喷器组未进行改动,用于二次井控。一次井控则通过泥浆帽和旋转头提供的井口回压共同实施。因此需要辅助防喷器组和相关控制设备。循环系统也有所改变,使其中一个泵用于向钻柱内打入盐水,另一个泵向环空打入泥浆帽。

 

  施工:钻入目的层段后,钻井液全部漏失,因此转为采用带压泥浆帽钻井方法。在一次下钻过程中,井壁失稳,为了保证能够顺利实施压井,因此要大幅度降低液柱压力。当钻具上提至井口后,从震击器冒出原油,这表明原油和钻井液在井下大量混合。随着钻井深度的加深,储层压力升高缓慢,经分析,认为这是由于钻井液在裂缝系统中的胶凝作用造成注入压力升高引起的。该井最大井口环空压力为8. 27MPa,机械钻速较常规钻井差不多, PDC钻头磨损严重,但是该井采用带压泥浆帽钻井技术后,成功钻达总井深,且地面未监测到H2S,若采用常规钻井工艺,是不可能实现的。

 

  2. MPD在东南亚裂缝性碳酸盐岩地层的应用在东南亚碳酸盐岩地层的钻井情况非常复杂,钻遇高度裂缝性和多孔碳酸盐岩地层时常常出现严重井漏,有时钻井液甚至全部漏失。在这些地区,主要采用水泥和多种堵漏材料(LCM)进行堵漏,但作业时间不长,效果不佳,很快又会出现新的漏失,需要注入更多水泥堵漏,使作业时间延长。据统计,单井注水泥堵漏次数常常超过30次,严重影响井眼采收率。而采用控制压力钻井技术则可以解决上述相关钻井问题,在印度尼西亚和马来西亚东部采用带压泥浆帽钻井工艺,在越南,成功运用钻井液返出控制技术,在钻井过程中分流气体而不需关井。

 

  带压泥浆帽钻井工艺是东南亚地区应用最多的控制压力钻井技术之一,其常规作法是在环空中注入一种黏稠的加重(或非加重)钻井液,设计静液柱压力为0. 7 ~ 1. 4MPa,小于地层孔隙压力,表示所对应产生的地面关井压差为0. 7 ~ 1. 4MPa。通过井口压力波动监测以下三方面:?环空气窜:当以设计排量和体积向环空内注入钻井液时,环空出现气压力增加:可大幅度提高环空泥浆比重,将井口压力维持在旋转控制装置或井口设备允许的范围内。?

 

  裂缝堵塞:由于钻屑堵塞裂缝导致地层裂缝闭合或局部闭合,则不能继续采用带压泥浆帽钻井,应恢复常规钻井。

 

  东南亚地区实施海上带压泥浆帽钻井时,基本上实施的是如下方案:在需要实施带压泥浆帽钻井的井眼,事先安装好带压泥浆帽设备,包括RCD轴承装置。常规钻井时,返排的流体通过一根从RCD接出来的152 mm软管回流至井队节流管汇。一旦出现严重井漏,液压阀立即隔离流动管线,并通过一根专用管线向环空注入流体,开始实施带压泥浆帽钻井。这一转换只需几分钟时间。与带压泥浆帽系统连接的其它管线,包括钻井液补给泵管线、卸压管线和节流管汇,直径都是50. 8 mm。若有少量气体泄露到地面,可以将其排出,不需将气体压回地层。

 

  控制压力钻井工艺技术可提高井眼的可钻性,缓解由于地层压力波动引起的一系列钻井问题。由于采用控制压力钻井可以钻常规钻井方法不可钻入的地层,在一定程度上增加了储量,提高了经济效益。控制压力钻井三种不同应用工艺都有其特定的适用范围,井底压力恒定的控制压力钻井适于钻孔隙压力和破裂压力梯度窗口较窄的地层,带压泥浆帽钻井适于钻严重漏失地层,而双梯度钻井则适于钻破裂压力梯度较低的深水井。