【摘 要】
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为保证在含硫化氢地层钻井安全,我国石油天然气行业标准《SY/T5087-2005》规定钻开高含硫地层钻井液密度设计,其安全附加密度在规定的范围内(0.07g/cm~3～0.15g/cm~3)时应取上
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为保证在含硫化氢地层钻井安全,我国石油天然气行业标准《SY/T5087-2005》规定钻开高含硫地层钻井液密度设计,其安全附加密度在规定的范围内(0.07g/cm~3～0.15g/cm~3)时应取上限值,即0.15g/cm~3,或附加井底压力在规定的范围内(3MPa～5MPa)时应取上限值,即5MPa。在含硫化氢地层,采用常规钻井工艺,在停泵状态下设计钻井液密度,附加5MPa的安全附加压力,开泵循环后由于环空循环压耗作用使井底压力大于地层破裂压力进而发生井漏,此类地层被定义为含硫化氢窄压力窗口地层。精细控压钻井技术是解决这一难题的有效方法,其通过降低钻井液密度、调节井口回压和水力摩阻等参数,精确地控制井眼环空压力剖面,减少井下复杂情况发生。国外控压钻井系统主要有哈里伯顿MPD系统、斯伦贝谢DAPC系统、威德福MFC系统,通过研究发现由于精细地调节井口回压和测量钻井参数,控压钻井地面控制系统复杂、设备损耗大,进而造成了精细控压钻井服务费用高昂,推广应用受到了很大限制。本文将对精细控压钻井工艺和地面控制系统进行改进,保证含硫化氢窄压力窗口地层钻井安全基础上,达到降本增效的目的。为了更充分发挥精细控压钻井功效,对含硫化氢窄压力窗口地层进一步划分,将其分为含硫化氢窄压力窗口一区地层和含硫化氢窄压力窗口二区地层。若地层破裂压力与地层孔隙压力差值小于5MPa则定义为含硫化氢窄压力窗口一区地层,由于压力窗口极窄只能采用精细控压钻井技术进行钻进,文中对应用在此类地层的精细控压钻井地面节流系统进行了优化设计,采用手动节流阀与自动节流阀配合工作,降低了钻井液对自动节流阀的冲蚀,提高了自动节流阀工作寿命;设计了自动分流系统,泥浆泵很好地替代了回压泵的功能,在保证井控安全基础上降低了钻井成本。对地层破裂压力与地层孔隙压力差值大于等于5MPa的含硫化氢窄压力窗口地层定义为含硫化氢窄压力窗口二区地层,针对此类地层设计了一种新型精细控压钻井技术:钻井液密度设计时,首先计算正常钻进状态下的环空循环压耗,根据循环压耗大小钻井液密度附加一个0～5MPa的安全附加值,进而正常钻进状态不施加井口回压其他工作状态施加井口回压,各工作状态下保证井底压力在地层孔隙压力与破裂压力之间且始终大于地层孔隙压力至少5MPa。结合应用在窄压力窗口二区地层的控压钻井工艺特点,文中亦对其地面节流系统进行了设计。由于含硫化氢窄压力窗口二区地层在钻遇地层中的普遍性,本研究对促进精细控压钻井技术推广应用具有重要意义。结合理论研究,对精细控压钻井井口回压控制系统进行了优选。分别采用常规PID控制、串级PID控制和模糊PID控制对井口回压控制过程进行了仿真,得出了在不同控制方法作用下的井口回压控制仿真结果。根据结果分析,模糊PID控制具有调节精细、平稳、准确的特点,因此优选模糊PID控制作为精细控压钻井井口回压控制方法,为实际生产中优选精细控压钻井控制方法提供了依据。
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