控制壓力鉆井的作業目的是確定井下壓力范圍,并控制環空液壓分布,以解決諸多鉆井難題。據統計, 2004年以來,國外海洋鉆井實施了50余次MPD作業,作業區域主要位于亞太地區,但在委內瑞拉、北海、墨西哥灣和巴西也進行了MPD作業。

 

  1. MPD在委內瑞拉海上酸性高壓裂縫性地層的應用實例鉆酸性高壓裂縫性地層時往往會遇到復雜和不可預見的災難性井噴問題。Shell委內瑞拉S.A.公司采用帶壓泥漿帽鉆井工藝成功鉆入Cogollo海洋酸性高壓裂縫性碳酸鹽巖地層,并鉆達總井深,成功完成了鉆井作業,這是常規鉆井方法不能實現的,具有首創性。

 

  地質條件:Cogollo油藏位于委內瑞拉馬拉開波湖Urdaneta西部。該油藏目的層段巖性為致密灰巖,主要產出輕質原油, TVD394~ 419 m,厚約25m,間有白云巖、砂巖和頁巖夾層,致密灰巖層段發育有大型天然裂縫,滲透率較高。地層原始壓力當量泥漿比重約1. 68 g /cm3,H2S含量30 000 mg /L,井下溫度137. 8e。

 

  作業設計:設計采用1. 2 g /cm3飽和氯化鈉作為鉆井液,泥漿泵上連接114. 3 mm管線,用于連續傳輸31MPa立壓。DowellSchlumberger、Intervep和委內瑞拉國家石油公司研究院共同研發了混合-金屬-氫氧化物(MMH)體系,用作泥漿帽流體,這種流體不易與原油混合,從而有效降低漏入地層的鉆井液量。

 

  作業設備:鉆井平臺為小型自升式平臺,采用標準泥漿泵、立管和頂驅系統,額定壓力為31. 5MPa。

 

  對鉆機作了一系列改動,現有防噴器組未進行改動,用于二次井控。一次井控則通過泥漿帽和旋轉頭提供的井口回壓共同實施。因此需要輔助防噴器組和相關控制設備。循環系統也有所改變,使其中一個泵用于向鉆柱內打入鹽水,另一個泵向環空打入泥漿帽。

 

  施工:鉆入目的層段后,鉆井液全部漏失,因此轉為采用帶壓泥漿帽鉆井方法。在一次下鉆過程中,井壁失穩,為了保證能夠順利實施壓井,因此要大幅度降低液柱壓力。當鉆具上提至井口后,從震擊器冒出原油,這表明原油和鉆井液在井下大量混合。隨著鉆井深度的加深,儲層壓力升高緩慢,經分析,認為這是由于鉆井液在裂縫系統中的膠凝作用造成注入壓力升高引起的。該井最大井口環空壓力為8. 27MPa,機械鉆速較常規鉆井差不多, PDC鉆頭磨損嚴重,但是該井采用帶壓泥漿帽鉆井技術后,成功鉆達總井深,且地面未監測到H2S,若采用常規鉆井工藝,是不可能實現的。

 

  2. MPD在東南亞裂縫性碳酸鹽巖地層的應用在東南亞碳酸鹽巖地層的鉆井情況非常復雜,鉆遇高度裂縫性和多孔碳酸鹽巖地層時常常出現嚴重井漏,有時鉆井液甚至全部漏失。在這些地區,主要采用水泥和多種堵漏材料(LCM)進行堵漏,但作業時間不長,效果不佳,很快又會出現新的漏失,需要注入更多水泥堵漏,使作業時間延長。據統計,單井注水泥堵漏次數常常超過30次,嚴重影響井眼采收率。而采用控制壓力鉆井技術則可以解決上述相關鉆井問題,在印度尼西亞和馬來西亞東部采用帶壓泥漿帽鉆井工藝,在越南,成功運用鉆井液返出控制技術,在鉆井過程中分流氣體而不需關井。

 

  帶壓泥漿帽鉆井工藝是東南亞地區應用最多的控制壓力鉆井技術之一,其常規作法是在環空中注入一種黏稠的加重(或非加重)鉆井液,設計靜液柱壓力為0. 7 ~ 1. 4MPa,小于地層孔隙壓力,表示所對應產生的地面關井壓差為0. 7 ~ 1. 4MPa。通過井口壓力波動監測以下三方面:?環空氣竄:當以設計排量和體積向環空內注入鉆井液時,環空出現氣壓力增加:可大幅度提高環空泥漿比重,將井口壓力維持在旋轉控制裝置或井口設備允許的范圍內。?

 

  裂縫堵塞:由于鉆屑堵塞裂縫導致地層裂縫閉合或局部閉合,則不能繼續采用帶壓泥漿帽鉆井,應恢復常規鉆井。

 

  東南亞地區實施海上帶壓泥漿帽鉆井時,基本上實施的是如下方案:在需要實施帶壓泥漿帽鉆井的井眼,事先安裝好帶壓泥漿帽設備,包括RCD軸承裝置。常規鉆井時,返排的流體通過一根從RCD接出來的152 mm軟管回流至井隊節流管匯。一旦出現嚴重井漏,液壓閥立即隔離流動管線,并通過一根專用管線向環空注入流體,開始實施帶壓泥漿帽鉆井。這一轉換只需幾分鐘時間。與帶壓泥漿帽系統連接的其它管線,包括鉆井液補給泵管線、卸壓管線和節流管匯,直徑都是50. 8 mm。若有少量氣體泄露到地面,可以將其排出,不需將氣體壓回地層。

 

  控制壓力鉆井工藝技術可提高井眼的可鉆性,緩解由于地層壓力波動引起的一系列鉆井問題。由于采用控制壓力鉆井可以鉆常規鉆井方法不可鉆入的地層,在一定程度上增加了儲量,提高了經濟效益。控制壓力鉆井三種不同應用工藝都有其特定的適用范圍,井底壓力恒定的控制壓力鉆井適于鉆孔隙壓力和破裂壓力梯度窗口較窄的地層,帶壓泥漿帽鉆井適于鉆嚴重漏失地層,而雙梯度鉆井則適于鉆破裂壓力梯度較低的深水井。