基于低成本的新型控压钻井系统

田玉栋　（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院）



基于低成本的新型控压钻井系统

田玉栋（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院）

控压钻井是有效解决窄密度窗口安全钻进的技术，增加了包括旋转控制头、节流控制管汇、回压泵或连续循环系统等专用的设备。由于设备成本较高，影响了控压钻井推广应用。为此，优化设计基于低成本节能型控压钻井系统。通过新增分流管汇省去了回压泵等设备，并简化了现场施工工艺，提高了控制压力的精度，降低了设备成本135万元；同时，每口井可节约用电9600 kWh，利于控压钻井技术推广和应用。

低成本；压力控制；节能型；控制工艺；专用设备

控压钻井技术是应用先进的井控设备和方法来实现钻井最优化的一种工艺技术［1-3］。它可以解决地层孔隙压力与地层破裂梯度间压力窄密度窗口造成塌漏等问题，减少套管层数，提高钻井效益，降低钻井成本［3］。但也需要一些专用的设备如旋转防喷器、节流系统、回压泵或连续循环系统等，需要增加额外成本。如何进一步降低控压钻井成本有利于该技术推广和应用是目前存在问题之一。新型控压钻井系统在现有设备基础上进行改进，减少一些设备或降低仪器的要求，大幅度降低了控压钻井设备成本，同时简化了施工工艺。

1　新型控压钻井设备组成

新型控压钻井系统是对DAPC控制系统进行改进（图1），主要改进是省去回压泵，增加了由1条管线和2个闸阀（B1和B2）组成的分流管汇。其原理是正常钻进时，打开通往立管的闸阀B2，关闭通往节流管汇闸阀B1，正常循环。接单根时，关闭通往立管的闸阀B2，打开通往节流管汇闸阀B1，泥浆泵作为回压泵使用，省去了回压泵，可节省回压泵设备投入约135万元，也省去了回压泵的占地、运输、维修等成本。

2　控制工艺

2.1正常钻进的井底压力

循环路线（图2）与DAPC控制系统完全相同，此时可以通过井下压力传感器测量井底压力，把压力数据（也可通过相关参数应用软件计算）传给控制系统，根据井底实际压力与目标压力的差值确定节流阀开关幅度，把压力差控制在标准范围内。

如果地层出气或使用充气钻井，钻井液循环线路增加液气分离器，其他线路相同。

2.2接单根和起下钻井底压力

由钻进转换为接单根或起下钻工艺和DAPC控制系统有所不同，转换更简单，泥浆泵不停泵，不需要切换节流阀，打开通向节流管汇闸阀B1然后关闭通向立管闸阀B2，此时可以通过井下压力传感器测量井底压力，把压力数据（也可通过相关参数应用软件计算，此时可通过入口排量为0，算出环空压耗为0）传给控制系统，根据井底实际压力与目标压力的差值确定节流阀关闭幅度，把压力差控制在标准范围内。

接单根完成后，打开通向立管闸阀B2，关闭通向节流管汇闸阀B1，此时可以通过井下压力传感器测量井底压力，把压力数据（也可通过相关参数应用软件计算，此时可通过入口排量不为0，算出环空压耗）传给控制系统，根据井底实际压力与目标压力的差值确定节流阀关闭幅度。由于不涉及回压泵的启动和节流阀的转换，操作工艺非常简单；同时，由于出口流量不变，节流阀的开度变化也比较小，易于控制（图3）。

由于不需要泥浆泵和回压泵的转换，也不需要2个节流阀之间的切换，自动控制更为容易和简单。如果泵压较高，对开关闸阀冲蚀大，可以先降低排量，由于压耗和排量的平方成正比，只要排量降到一半，泵压就降到1/4，再开关相应的闸阀。

图1　低成本控压钻井系统

图2　正常钻进循环

图3　接单根和起下钻工艺

3　控制原理

系统因不需要启动回压泵等设备，也不需要转换节流阀，不需要泥浆泵的关闭和启动，更容易自动控制。控制系统只需要控制闸门B1和B2的打开和关闭变化和节流阀的开度大小。

基本原理：

循环时井底压力=钻井液静液压力+环空摩阻+井口回压；

停止时井底压力=钻井液静液压力+井口回压。

系统控制原理见图4。

图4　控压钻井控制原理

4　节能效果及结论

基于低成本节能型控压钻井系统现场应用2口井，应用期间平均起下钻4次，每次起下钻约40 h，回压泵运行功率60 kW，每口井可节约用电9600 kWh，共节约用电1.92×104kWh；同时，新型控压钻井系统减少了回压泵等设备，节约了设备成本135万元，节约了占地成本、运输成本和维护成本，大大降低了控压钻井的成本。

基于低成本的新型控压钻井系统简化了控压钻井的工艺技术，省去了泥浆泵和回压泵的切换，也省去了节流阀的切换，有利于自动控制，提高了控压钻井的精确度，同时节约了电能消耗，利于控压钻井技术的推广和应用。

［1］严新新，陈永明，燕修良.MPD技术及其在钻井中的应用［J］.天然气勘探与开发，2007，30（2）：62-66.

［2］辜志宏，王庆群，刘峰，等.控制压力钻井新技术及其应用［J］.石油机械，2007，35（11）：68-72.

［3］于水杰，李根生，罗洪斌，等.MPD技术及UBD技术在钻井工程中的应用分析［J］.西部探矿工程，2009，21（7）：89-92.

（编辑贾洪来）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.018

田玉栋，工程师，2007年毕业于中国石油大学（石油工程专业），从事控压钻井、气体/欠平衡钻井技术研究工作，E-mail：tianyudong@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆市红岗区八百垧钻井工程技术研究院，163413。

2016-01-01