控制压力钻井技术与微流量控制钻井技术的对比

深井、复杂井目前主要面对的钻井难题是如何在窄钻井液密度窗口中安全钻进,而控制压力钻井技术则可以解决上述难题。控制压力钻井主要包含控压钻井(Managed Pressure Drilling,缩写为MPD)技术与微流量控制(Mi-cro-Flux Control,缩写为MFC)钻井技术。为促进国内引进、吸收、应用以上新技术,从钻井技术原理和钻井设备及特点这两个方面,将MPD与MFC进行了详细对比。结论认为:①MPD可以精确控制井底压力,实现平衡或近平衡钻井,设计的钻井液密度低于常规钻井液密度,当循环钻进时需要通过液柱压力与循环压耗来平衡地层压力,当停止循环时井底压力则为液柱压力与回压之和,需要回压来弥补循环压耗以达到平衡状态;②MFC是在MPD基础上研制出来的一种新钻井技术,它不仅满足了MPD技术的核心功能,而且还拥有了自己独特的技术特点——微流量(微进口流量和微出口流量)控制,能探测到早期的侵入与漏失,更精确地预见和控制有关事故的发生;③与MPD相比,MFC能探测到更小的井内总体流量的波动范围;④国内有必要尽快引进和吸收以上先进技术,用以提高钻井技术水平和解决窄钻井液密度窗口安全钻进问题。

井下微流量控制方法

近几年,国外在常规钻井和欠平衡钻井技术的基础上发展出了一种被称为控压钻井(MPD)的新技术,该技术主要用于解决窄钻井液密度窗口地层的安全钻井问题,其核心是要求精确控制井眼环空压力剖面。但作为一种新的钻井技术,控压钻井现有的方法理论和硬件系统尚存在一定的不足,有待于完善。文中介绍的井下微流量控制方法属于控压钻井技术中的一种,是对现有地面微流量控制方法的改进,能够随钻监测井下环空流量的变化,及早发现溢流或井漏等井下复杂情况,与地面返出环空流量监测相配合,进而调节井口回压阀的开度,通过改变井底压力来控制溢流或井漏的大小,从而实现对环空流量的精确控制。该方法能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性并降低钻井成本。

基于井下流量测量的微流量控制系统

为了能够快速有效地监测井下复杂情况并控制井底压力,开发了一种基于微流量测量的控制系统,根据实时监测钻井液进出口流量的变化来判断井下复杂情况,通过调节井口节流装置的开度来控制井口回压,从而实现对井底压力的精确调节和控制。设计了一套井下压差式环空微流量测量装置,该装置能够快速监测由于早期井涌、井漏等井下复杂情况而引起的井底流量的微小变化,并将井下测得的数据通过MWD传送至地面,与井口数据相结合进行分析,从而能够更加有效地提高微流量控制系统对井底复杂情况的判断能力和系统控制精度。介绍了井下微流量控制流程,进行了压差式井下环空流量测量装置的入井试验,分析了试验结果。入井试验表明,该装置可成功监测环空井底微流量变化,及时反映井底工况,且测量精度较高。

霍尔电推进系统中的微流量控制器

介绍了微流量控制器在霍尔电推进系统中的应用状况。微小流量的精确控制是霍尔电推进系统协调工作的基础。根据内部节流元件的不同,目前国际上电推进系统中使用的微流量控制器主要有金属毛细管式、金属多孔材料式和节流孔板式等几种形式。俄罗斯研制的微流量控制器多为金属毛细管式和节流孔板式;美国和欧洲电推进系统上使用较多的是金属多孔材料式微流量控制器。此外,近年来国外新发展了一种磁致伸缩材料的流量比例控制阀,也可用于电推进系统的微流量控制。国内研制的整体式结构金属多孔材料微流量控制芯体,可以取代目前正在使用的普通过滤多孔材料,使其无论是性能、寿命,还是可靠性等方面都有极大的提高。

微流量控制式控压钻井系统及应用

川西地区作为中石化天然气会战主战场,地质条件复杂,气体/欠平衡钻井等诸多提速技术应用受到限制,为了减少同一裸眼高低压共存安全钻井难题,结合国外微流量控制钻井技术方法,在德阳1井率先引进了地面微流量控制系统及其配套技术,试验表明,该系统在0.1m3以内的溢流量即可发出监测报警,0.3m3溢流量即可实现对溢流的自动控制,比综合录井提前21min发现了溢流,实现了井涌的早期监测等优点;同时获取了发生溢流时的地层压力数据,为窄安全密度窗口安全钻井提供了新的解决途径。

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。

气体微流量控制阀结构设计与数值模拟研究

针对现有气态流量控制阀难以满足精细调控的问题进行研究,结合可压缩气体流动原理,设计了一种气体微流量控制阀,并采用计算流体力学(CFD)方法对所设计的微流量控制阀内部流动进行了仿真分析,结果表明:所设计的气体微流量控制阀流量特性与设计曲线相符。该气态微流量控制阀具有微流量精细调节的特点,具有微米级位移稳定高效输出能力,适用于对流量调节性能要求较高的场合,对微流量控制阀高精度稳定调节具有重要意义。

微流量控制钻井环空波动压力反问题研究

根据质量守恒及动量守恒方程,建立了微流量控制钻井过程中的节流阀调节的限压/限时动作模型,通过计算机编程对其求解,提出了有模型的节流阀控制环空波动压力方法。计算结果表明:环空中最大波动压力可通过限压/限时调节控制;节流阀控制环空最大波动压力均遵循省时不省压、省压不省时的规律,随限时减小环空波动压力高峰值增加,随限压减小节流阀调节时间增大,随井底溢流量增大,节流阀驻阀开度减小;节流阀关阀时间延长3.2s,节流阀开度低谷值增大2.5度,环空所受波动压力高峰值减小0.3MPa;限压/限时调节控制核心是采用触探式反复调节的方式控制节流阀开度。

关于气体的微流量控制

气体的微流量控制在很多工艺中是非常重要的，尤其是现代科学技术的发展，不仅对气体本身的纯度与体态有较高的要求，而且在工艺使用中对气体的流量也有严格要求。特别是对特种气体的微小流量要求则更加严格。一般地说，气体微流量的控制精度对于分析试验数据，不断改进工艺，提高产品质量都具有很重要的作用。有些工艺为了对一系列的物理——化学过程实现检测和自动化，

微流量控制控压钻井技术在大港油田的应用

大港油田滨海探区的砂岩储层含有丰富的油气资源,由于地质情况复杂,钻井工程实践中存在着许多亟待解决的技术难点,主要有:存在多套压力系统、压力窗口窄、涌漏同存,井壁不稳定,生产实效低,油气层污染严重等。针对滨海探区储层钻井难点,为了减少储层伤害,保障安全钻井,在大港油田首次采用了微流量控制系统进行精细控压钻井。该系统根据注入和返回量平衡的根本原理判断溢流和井漏,并根据井况采取不同的措施,确保安全钻井。这种控压钻井技术几乎无需对现场设备进行改造,对传统的操作工艺也无改进要求,在发生溢流或漏失后能迅速发现并通过适当的工艺措施快速控制,避免井下情况进一步恶化。

井设计中的微流量控制法开启了新的勘探领域

新的微流量控制（MFC）方法体现出降低常规钻井风险的若干特点，为修改现行井组的设计标准创造了条件。本文介绍了这些新的标准并展示了降低风险和扩大工作范围的优点。微流量控制法引入了井控概念并提出了孔隙压力的不确定性。这种钻井方法使复杂区域内的储量勘探更安全和更经济。

浅谈微流量控压钻井技术在川西地区的应用

控压钻井技术是当今世界钻井工程前沿技术之一,主要是通过随钻环空压力监测、地面自动节流调整回压及压力补偿等手段,实现井筒环空压力的闭环实时监测与精确控制。该技术在川西地区的应用主要是利用微流量控制系统(Micro FluxControl-MFC)有效的控制地层流体侵入井筒,减少井涌、井漏和降低钻井非生产时效等,提高钻井经济性,从而提高复杂条件下的钻井作业安全性和钻井效率。其现场成功实践为复杂地层钻进积累了经验,提供了借鉴。

井下微流量测量实时传输系统研究及应用

微流量控制的钻井技术主要通过实时监测钻井液进出口流量变化来判断井下复杂情况,并通过调节井口节流装置的开度来控制井口回压。井下微流量工具可实现实时传输功能,这为微流量高效准确控制提供了有利保证,从而,设计了井下微流量测量实时传输系统,本系统可以将井下测试仪器的信号通过MWD传输至地面,为地面回压、流量的控制提供参数。本装置的优点主要体现在对井下发生的溢流和井漏事故的快速处理上,如果没有发生相应事故,则只需保持井底环空流量和压力的稳定;一旦井下发生压力相关事故,控压机制就会启动,通过判断井下环空流量的变化及侵入流体的含气率,结合井口参数,采取合理措施对井底流量、压力进行控制。

微流量控压钻井系统的研制与现场试验

微流量精细控压钻井技术是当今世界钻井前沿技术之一,主要是通过进出口流量的微小变化、随钻环空压力监测、地面自动节流调整及压力补偿等手段,实现环空压力的实时监测与精确控制。通过微流量精细控压钻井系统的研制和现场应用,完善微流量控压钻井设备配套并形成技术体系,现场试验主要是利用"微流量控压钻井系统"及时发现和处理井下复杂情况,减少井涌、井漏和降低钻井非生产时间等,提高钻井安全性和经济性,从而提高复杂地层的钻井作业效率。其现场成功实践为复杂地层钻进积累了经验。

微电推进贮供系统开发与系统级仿真研究

针对传统电推进贮供系统应用于微小卫星任务时重量和体积庞大的问题,提出一套小型化、轻质化、低成本的微电推进贮供系统设计方案并进行了开发工作。采用聚醚醚酮复合材料(PEEK)制作的毛细管替代金属毛细管用于微流量控制,以氪气为工质进行试验,验证了其能够在±1%控制精度内实现0.0291~0.4145 mg/s的稳定流量输出。本文在Amesim中构建系统级一维瞬变模型,进行微电推进贮供系统仿真,并与试验结果对比验证模型的有效性与准确性。对仿真结果进一步分析阐述了系统从启动到稳定工作过程中压强超调、稳定段流量波动等工作特性以及减压器弹簧及膜片刚度、毛细管内径等关键参数的影响规律,通过对各部件热力状态参数动态变化的分析揭示了工质气体向下游供给过程中流动、传热与控制耦合作用的物理机制。

微悬臂梁动态特性表征用真空系统的仿真研究

本文研究了用于表征微悬臂梁动态特性的高真空系统,研究了用于夹持微悬臂器件的样品台和用于调节真空室内压力的精密可调漏气阀。该阀在不同压力区间下采取机械机构和压电陶瓷驱动器改变阀门开度,具有精度高、适用范围广等优点,利于实验研究和工程测试。模拟分析结果表明该阀能精确调节10-6Pa^103Pa内压力。系统设置了减振支架和底座,用波纹管连接真空室和抽气系统,对系统振动信号的模拟计算表明所用减振支架和底座能够减小杂质振动信号对微悬臂梁动态特性测定的干扰。采用一般商用漏气阀控压,对微悬臂梁品质因数的测定实验结果表明了表征系统及精密阀的实用前景。

基于井控原理的压力控制方法

控压钻井主要应用于窄密度窗口地层,容易引起溢流等复杂情况,而目前普遍采用的套压控制方法无法解决溢流时的压力控制问题。依据U形管井控原理提出了立压控制方法,能够解决溢流时的压力控制问题。针对地层压力的不确定性,微流量控制方法作为一种动态关井方法能够替代常规的关井求压,快速获得准确的地层压力,多相流模拟证明微流量控制在溢流的早期是完全可行的。套压、立压和流量的综合控制方法能够满足复杂情况下的压力控制要求,弥补了常规控压钻井的不足。同时对自动化控制技术提出了更高的要求,需要智能控制技术才能满足需求。

塔里木油田库车山前超高压盐水层精细控压钻井技术

塔里木油田库车山前巨厚盐膏层普遍发育超高压盐水,且盐膏层中夹杂破裂压力低的泥岩层,导致安全钻井密度窗口窄,易发生井涌、井漏、井塌和卡钻等井下故障。通过精细描述钻井液循环系统流量变化特征,定量化钻井液出入口流量差与溢流量、漏失量及高密度钻井液弹性变形量间的相互关系,可以实时快速判断溢流和漏失,计算求取地层压力,并将自动控压排水与控压压回相结合,精确控制地层与井底的压力差,有效控制合适的盐水返出量,大幅降低溢流、井漏等井下风险,形成了超高压盐水层微流量精细控压钻井技术。该技术在克深A井和克深B井进行了现场试验,均安全快速钻穿超高压盐水层,大幅提高了机械钻速,缩短了钻井周期,降低了钻井成本。研究与应用表明,超高压盐水层微流量精细控压钻井技术可快速发现溢流和漏失,精确控制地层盐水返出或者钻井液漏入地层,实现可控微溢流或漏失,大幅减少了盐水排放时间,确保了井眼稳定,实现了安全快速钻穿超高压盐水层的目的,为超深井复杂地层高效钻进提供了新的技术手段。

深水钻井技术现状及发展趋势

随着深水油气资源的不断发现,海洋石油钻井逐步向500 m以上的海域推进,深水钻井面临着多方面的问题和挑战。深水钻井装备的发展,井控技术的成熟以及深水钻井液体系的完善,能够缓解部分深水钻井的难题。针对双梯度钻井技术、钻屑回注技术、微流量控制技术,在工作原理、优势、国内外发展情况方面进行了分析,为我国深水油气资源的钻采提供理论依据和现场指导。