基于低成本的新型控壓鉆井系統

田玉棟　（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院）

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基于低成本的新型控壓鉆井系統

田玉棟（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院）

控壓鉆井是有效解決窄密度窗口安全鉆進的技術，增加了包括旋轉控制頭、節流控制管匯、回壓泵或連續循環系統等專用的設備。由于設備成本較高，影響了控壓鉆井推廣應用。為此，優化設計基于低成本節能型控壓鉆井系統。通過新增分流管匯省去了回壓泵等設備，并簡化了現場施工工藝，提高了控制壓力的精度，降低了設備成本135萬元；同時，每口井可節約用電9600 kWh，利于控壓鉆井技術推廣和應用。

低成本；壓力控制；節能型；控制工藝；專用設備

控壓鉆井技術是應用先進的井控設備和方法來實現鉆井最優化的一種工藝技術［1-3］。它可以解決地層孔隙壓力與地層破裂梯度間壓力窄密度窗口造成塌漏等問題，減少套管層數，提高鉆井效益，降低鉆井成本［3］。但也需要一些專用的設備如旋轉防噴器、節流系統、回壓泵或連續循環系統等，需要增加額外成本。如何進一步降低控壓鉆井成本有利于該技術推廣和應用是目前存在問題之一。新型控壓鉆井系統在現有設備基礎上進行改進，減少一些設備或降低儀器的要求，大幅度降低了控壓鉆井設備成本，同時簡化了施工工藝。

1　新型控壓鉆井設備組成

新型控壓鉆井系統是對DAPC控制系統進行改進（圖1），主要改進是省去回壓泵，增加了由1條管線和2個閘閥（B1和B2）組成的分流管匯。其原理是正常鉆進時，打開通往立管的閘閥B2，關閉通往節流管匯閘閥B1，正常循環。接單根時，關閉通往立管的閘閥B2，打開通往節流管匯閘閥B1，泥漿泵作為回壓泵使用，省去了回壓泵，可節省回壓泵設備投入約135萬元，也省去了回壓泵的占地、運輸、維修等成本。

2　控制工藝

2.1正常鉆進的井底壓力

循環路線（圖2）與DAPC控制系統完全相同，此時可以通過井下壓力傳感器測量井底壓力，把壓力數據（也可通過相關參數應用軟件計算）傳給控制系統，根據井底實際壓力與目標壓力的差值確定節流閥開關幅度，把壓力差控制在標準范圍內。

如果地層出氣或使用充氣鉆井，鉆井液循環線路增加液氣分離器，其他線路相同。

2.2接單根和起下鉆井底壓力

由鉆進轉換為接單根或起下鉆工藝和DAPC控制系統有所不同，轉換更簡單，泥漿泵不停泵，不需要切換節流閥，打開通向節流管匯閘閥B1然后關閉通向立管閘閥B2，此時可以通過井下壓力傳感器測量井底壓力，把壓力數據（也可通過相關參數應用軟件計算，此時可通過入口排量為0，算出環空壓耗為0）傳給控制系統，根據井底實際壓力與目標壓力的差值確定節流閥關閉幅度，把壓力差控制在標準范圍內。

接單根完成后，打開通向立管閘閥B2，關閉通向節流管匯閘閥B1，此時可以通過井下壓力傳感器測量井底壓力，把壓力數據（也可通過相關參數應用軟件計算，此時可通過入口排量不為0，算出環空壓耗）傳給控制系統，根據井底實際壓力與目標壓力的差值確定節流閥關閉幅度。由于不涉及回壓泵的啟動和節流閥的轉換，操作工藝非常簡單；同時，由于出口流量不變，節流閥的開度變化也比較小，易于控制（圖3）。

由于不需要泥漿泵和回壓泵的轉換，也不需要2個節流閥之間的切換，自動控制更為容易和簡單。如果泵壓較高，對開關閘閥沖蝕大，可以先降低排量，由于壓耗和排量的平方成正比，只要排量降到一半，泵壓就降到1/4，再開關相應的閘閥。

圖1　低成本控壓鉆井系統

圖2　正常鉆進循環

圖3　接單根和起下鉆工藝

3　控制原理

系統因不需要啟動回壓泵等設備，也不需要轉換節流閥，不需要泥漿泵的關閉和啟動，更容易自動控制。控制系統只需要控制閘門B1和B2的打開和關閉變化和節流閥的開度大小。

基本原理：

循環時井底壓力=鉆井液靜液壓力+環空摩阻+井口回壓；

停止時井底壓力=鉆井液靜液壓力+井口回壓。

系統控制原理見圖4。

圖4　控壓鉆井控制原理

4　節能效果及結論

基于低成本節能型控壓鉆井系統現場應用2口井，應用期間平均起下鉆4次，每次起下鉆約40 h，回壓泵運行功率60 kW，每口井可節約用電9600 kWh，共節約用電1.92×104kWh；同時，新型控壓鉆井系統減少了回壓泵等設備，節約了設備成本135萬元，節約了占地成本、運輸成本和維護成本，大大降低了控壓鉆井的成本。

基于低成本的新型控壓鉆井系統簡化了控壓鉆井的工藝技術，省去了泥漿泵和回壓泵的切換，也省去了節流閥的切換，有利于自動控制，提高了控壓鉆井的精確度，同時節約了電能消耗，利于控壓鉆井技術的推廣和應用。

［1］嚴新新，陳永明，燕修良.MPD技術及其在鉆井中的應用［J］.天然氣勘探與開發，2007，30（2）：62-66.

［2］辜志宏，王慶群，劉峰，等.控制壓力鉆井新技術及其應用［J］.石油機械，2007，35（11）：68-72.

［3］于水杰，李根生，羅洪斌，等.MPD技術及UBD技術在鉆井工程中的應用分析［J］.西部探礦工程，2009，21（7）：89-92.

（編輯賈洪來）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.018

田玉棟，工程師，2007年畢業于中國石油大學（石油工程專業），從事控壓鉆井、氣體/欠平衡鉆井技術研究工作，E-mail：tianyudong@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區八百坰鉆井工程技術研究院，163413。

2016-01-01