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實(shí)現(xiàn)窄密度窗口安全鉆井的控壓鉆井系統(tǒng)工程

文檔作者：姜智博周英操王倩蔣宏偉文檔來(lái)源： 1．中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院研究生部 2．中國(guó)石油集團(tuán)鉆井712程技術(shù)研究院3．油氣鉆井技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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天然氣工業(yè) 2011年8月
實(shí)現(xiàn)窄密度窗口安全鉆井的控壓鉆井系統(tǒng)工程
姜智博 。 周英操 。 王倩 。 蔣宏偉 。
1．中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院研究生部2．中國(guó)石油集團(tuán)鉆井712程技術(shù)研究院3．油氣鉆井技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室
姜智博等．實(shí)現(xiàn)窄密度窗口安全鉆井的控壓鉆井系統(tǒng)工程．天然氣工業(yè)，2011，3l(8)：76—79．
摘 要 控壓鉆井是目前世界上最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，能夠?qū)讐毫M(jìn)行實(shí)時(shí)精確的控制、解決現(xiàn)場(chǎng)遇到的井
下復(fù)雜鉆井問(wèn)題；理論研究與應(yīng)用實(shí)踐均表明，它可以有效解決國(guó)內(nèi)外普遍遇到的窄密度窗口安全鉆井難題。為了更好
的掌握和運(yùn)用該技術(shù)，從宏觀角度將控壓鉆井看作為一項(xiàng)較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既要保證系統(tǒng)內(nèi)任一組成部分能夠正常運(yùn)
轉(zhuǎn)，又要提高系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的協(xié)調(diào)能力，從而發(fā)揮其最大效率。為此，提出了控壓鉆井系統(tǒng)工程(MPDSE)的概
念— — 控壓鉆井系統(tǒng)工程就是將系統(tǒng)工程理論應(yīng)用到控壓鉆井技術(shù)中的一種研究方法，其主要內(nèi)容是研究系統(tǒng)內(nèi)部各
組成部分的精確設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析各組成部分之間的相互關(guān)系和內(nèi)部地位，優(yōu)化處理各組成部分之間的相互制約性，實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的最優(yōu)化 進(jìn)而運(yùn)用綜合集成法分析了控壓鉆井系統(tǒng)的研究步驟；最后還對(duì)控壓鉆井系統(tǒng)的基本框架進(jìn)行了初步設(shè)
計(jì)。結(jié)論認(rèn)為：應(yīng)以系統(tǒng)工程的方法對(duì)控壓鉆井技術(shù)進(jìn)行研究，并且框架內(nèi)的任一部分都關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)能否成功應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 控壓鉆井技術(shù) 系統(tǒng)工程 綜合集成法 基本框架 井底壓力 實(shí)時(shí)精確控制 窄密度窗口 安全鉆井
DOI：10．3787／ ．issn．1000—0976．201 1．08．018
廣義上的控壓鉆井技術(shù)應(yīng)用范圍包括過(guò)平衡、近
平衡、欠平衡以及精細(xì)控壓鉆井，傳統(tǒng)意義的過(guò)平衡鉆
井以及近些年基本成熟的欠平衡鉆井對(duì)井底壓力的控
制精度較低，具有很大的不確定性和局限性[1]，常規(guī)鉆
井過(guò)程中極易出現(xiàn)井涌、漏失、壓差卡鉆、地層孔隙壓
力與破裂梯度間壓力窗口狹窄造成“涌一漏同層”等井
下復(fù)雜問(wèn)題。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，通過(guò)常規(guī)鉆井方法，不
能開(kāi)發(fā)的油氣資源占70 左右l2]?？貕恒@井系統(tǒng)具
有使用較短時(shí)間、較低費(fèi)用而能夠大大提高井控能力
的優(yōu)勢(shì)，它可以有效解決這些復(fù)雜的鉆井問(wèn)題，減少下
入套管層數(shù)，降低鉆井成本，提高鉆井效益。事實(shí)證
明，控制壓力鉆井(MPD)系統(tǒng)在陸地鉆井和海上鉆井
中，均獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益l3]。還有人提出，MPD
技術(shù)很可能是未來(lái)天然氣水合物鉆井中唯一可行的技
術(shù)l4 ]。目前，美國(guó)陸地鉆機(jī)配備有控壓鉆井系統(tǒng)部分
設(shè)備的比例已從1996年的15 劇增至目前的75 ，
目前已經(jīng)有1／4陸地鉆井項(xiàng)目在應(yīng)用MPD技術(shù) j。
精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)表明，MPD技術(shù)的推廣
是一個(gè)必然的趨勢(shì)。
目前控壓鉆井技術(shù)有10多種基本類(lèi)型，加之多種
相關(guān)配套技術(shù)、龐大的設(shè)備體系和計(jì)算機(jī)水力參數(shù)模
擬系統(tǒng)，而且，現(xiàn)場(chǎng)施工中復(fù)雜的作業(yè)流程與施工要
求、應(yīng)急處理程序以及健康、安全等都應(yīng)該成為控壓鉆
井系統(tǒng)的一部分。一方面，如果技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜或
者相關(guān)要求過(guò)于苛刻，則可能因?yàn)闈M(mǎn)足不了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)
際情況而使得技術(shù)設(shè)計(jì)與施工無(wú)法實(shí)現(xiàn)；另一方面，如
果現(xiàn)場(chǎng)控壓鉆井的作業(yè)程序、施工要求以及應(yīng)急程序
沒(méi)有做到精確設(shè)計(jì)和靈活應(yīng)用，那么任何一個(gè)小的疏
忽也都可能造成復(fù)雜甚至嚴(yán)重的鉆井事故，反過(guò)來(lái)會(huì)
嚴(yán)重阻礙MPD技術(shù)的研究發(fā)展和推廣應(yīng)用。因此，
筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將MPD技術(shù)看作為一項(xiàng)較復(fù)雜的系
統(tǒng)工程來(lái)加以研究和應(yīng)用。
1 控壓鉆井系統(tǒng)工程
系統(tǒng)工程是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化的科學(xué)，是一門(mén)綜合
學(xué)科，它是研究一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的局部與整體關(guān)系的科
學(xué)，其理論的核心體系是模擬、最優(yōu)化及評(píng)價(jià)系統(tǒng) ]。
MPD技術(shù)也是一項(xiàng)由多環(huán)節(jié)組成的投資較大且
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“窄密度窗口安全鉆完井技術(shù)及裝備”(編號(hào)：2008ZX05021—003)。
作者簡(jiǎn)介：姜智博，1986年生，碩士研究生；主要從事控壓鉆井、欠平衡鉆井、定向井鉆井T藝技術(shù)研究T作。地址：(100083)北
京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院59號(hào)樓1043室。電話：13651128411。E mail：674352988@qq．corn

第31卷第8期 鉆井工程
相流體的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬，從而得出在相應(yīng)井段應(yīng)
使用的特定鉆井液類(lèi)型和密度，特定排量和鉆速以及
特定回壓值等水力參數(shù)。
3．4 MPD作業(yè)流程
MPD作業(yè)流程包括：安裝控壓鉆井地面設(shè)備并進(jìn)
行調(diào)試，對(duì)設(shè)備進(jìn)行試壓，現(xiàn)場(chǎng)操作培訓(xùn)，安裝旋轉(zhuǎn)控
制頭，連接、下人井下鉆具組合，循環(huán)泥漿系統(tǒng)，采集井
下與地面數(shù)據(jù)，記錄壓力排量等數(shù)據(jù)，鉆進(jìn)過(guò)程中調(diào)整
相關(guān)參數(shù)等。
3．5 MPD施工要求
MPD施工要求包括：控壓鉆進(jìn)作業(yè)前對(duì)全員進(jìn)行
工藝及施工安全培訓(xùn)，鉆井工程師、司鉆和副司鉆必須
熟悉控壓鉆井應(yīng)急程序和控壓鉆井井控方案；控壓鉆
進(jìn)期間每天進(jìn)行工作安全分析并記錄；控壓鉆進(jìn)過(guò)程
要密切注意控壓鉆井設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。
3．6 MPD崗位責(zé)任
MPD崗位責(zé)任包括：控壓鉆井項(xiàng)目經(jīng)理，控壓鉆
井工程師，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)監(jiān)督，控壓鉆井設(shè)備操作人員，控
壓鉆井助理，控壓鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集工程師，旋轉(zhuǎn)控制頭操
作人員以及控壓鉆井系統(tǒng)支持專(zhuān)家等崗位責(zé)任。
3．7 施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)改動(dòng)程序
施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)改動(dòng)程序：由于控壓鉆井設(shè)計(jì)不可
能完全覆蓋施工現(xiàn)場(chǎng)所有情況，如果甲方根據(jù)實(shí)際的
現(xiàn)場(chǎng)情況以及多年的施工經(jīng)驗(yàn)，要求井隊(duì)做出與控壓
鉆井設(shè)計(jì)不相符或是設(shè)計(jì)中沒(méi)有涵蓋的作業(yè)時(shí)，為保
證施工安全，將作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)降至最低，作業(yè)之前應(yīng)執(zhí)行一
套必要的程序。
3．8 MPD應(yīng)急程序
MPD應(yīng)急程序主要包括：控壓鉆進(jìn)時(shí)遇到節(jié)流閥
堵塞(一個(gè)、多個(gè)或全部堵塞)，隨鉆測(cè)壓工具PWD失
效，回壓泵失效等情況需要采取的應(yīng)急措施。
3．9 HSE管理
健康、安全、環(huán)境(HSE)管理是一項(xiàng)復(fù)雜的體系，
包括：嚴(yán)格遵守相關(guān)法律法規(guī)等基本要求，健全完善
HSE管理體系，作業(yè)區(qū)人身安全保護(hù)規(guī)定，醫(yī)療器械
和藥品配置要求，設(shè)備的安全檢查與維護(hù)要求，H。S
防護(hù)技術(shù)措施及管理要求，井噴預(yù)防和應(yīng)急措施。
以上是對(duì)MPD系統(tǒng)基本框架進(jìn)行的初步設(shè)計(jì)，
要保證MPD系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)能夠成功應(yīng)用，框架內(nèi)每一
部分都需要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，很多設(shè)計(jì)涉及其他相關(guān)
專(zhuān)業(yè)，例如流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程、油
田化學(xué)、巖石力學(xué)、管柱力學(xué)、管理學(xué)等。可見(jiàn)，控壓鉆
井技術(shù)并不只是一種簡(jiǎn)單的技術(shù)，而是一項(xiàng)較復(fù)雜的
系統(tǒng)工程，應(yīng)以系統(tǒng)工程的方法對(duì)其進(jìn)行研究。
4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)
1)控壓鉆井系統(tǒng)以其精確控制井筒壓力剖面的獨(dú)
特優(yōu)勢(shì)，可以解決大量復(fù)雜的鉆井問(wèn)題，一定會(huì)在今后
的石油鉆井行業(yè)中廣泛應(yīng)用，因此結(jié)合目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
控壓鉆井系統(tǒng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)控壓鉆井技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)
研究意義重大。
2)我國(guó)目前還有多項(xiàng)控壓鉆井的核心技術(shù)尚未完
全掌握，眾多科研工作者都集中力量對(duì)此進(jìn)行攻克，但
是對(duì)于MPD系統(tǒng)的其他部分也應(yīng)當(dāng)根據(jù)輕重緩急投
入相應(yīng)的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行研究，框架內(nèi)的任一部
分都關(guān)系著整個(gè)控壓鉆井系統(tǒng)能否成功應(yīng)用。
參 考 文 獻(xiàn)
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(修改回稿日期2011-06—02 編輯居維清
特約編輯楊斌)

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