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摘 要：介绍了环空压力工具系统的基本结构、工作原理以及关键技术。结合钻井施工中个参数的应用分析了环空压力工具系统的重要作用。中国石化在墨西哥的EPC项目中所施工的井均为欠平衡水平井，通过2014年多口井的实践，充分验证了PWD环空压力工具系统的重要作用。
关键词：环空压力；UBD ；MPD；当量循环密度；ECD
引言
环空压力随钻测量系统是欠平衡钻井（Under- Balance Drilling，UBD）、控制压力钻井（Managed Pressure Drilling，MPD）的关键。其中，MPD技术是以PWD环空压力工具系统为基础的。在控制压力钻井中，井底环空压力随钻测量作为实时测量钻井过程中井底环空压力参数的有效手段之一，早在20世纪60年代中期就开始在陆上钻井作业中应用，近年来，随着国外海上勘探开发活动的不断发展，PWD环空压力工具系统越来越受到重视，从而使MPD得到了快速发展。现场应用情况表明，使用井底环空压力随钻测量系统对于提高钻井效率、降低钻井成本 防止井下复杂情况与事故的发生具有明显的效果。
1 PWD技术简介
PWD可直接测量钻井过程中的环空井底压力，这对消除压力计算模型计算值的不确定性，优化钻井设计，指导钻井施工，分析井眼清洁情况具有重要的意义。环空流体经过钻挺短节进入井下压力记录仪，以一种较新的形式联结到MWD工具，可及时传递数据。传感器通常安装在离钻头处测量井底压力，用PWD测得的井底压力可转换成当量钻井液密度（EMW）。
PWD工具可直接测量钻进中环空和钻柱内的压力、温度。随钻环空压力、温度测试是确定钻井液密度、实现钻井液性能优化和井眼清洁状况识别的重要依据，对于提高钻井速度、减少钻井复杂情况发生、实现欠平衡钻井和提高完井质量具有重要意义。
2 PWD工作原理
如图1所示，高性能直流电源分别给压力传感器、井下处理器和脉冲发生器持续供电；压力、温度传感器将测得的井下压力和温度信号以电信号的方式发送给井下处理器，由其进行储存并将信号传输给脉冲发生器；脉冲发生器再将接收到的信号转变成泥浆脉冲信号发射出去。泥浆脉冲信号在井筒向上传播到地面，地面接收器将接收到的泥浆脉冲信号转换成电信号，并将其传送给解码器，解码器输出压力、温度随时间变化数值给工作站，并由工作站将录井数据与压力、温度数据传输给PWD监测软件，通过软件就可以实时了解井底状况。
3 PWD用途
对井底潜在问题的预测和补救是许多实时设备的终极目标。在这些可用的传感器中，PWD测量值运用之广泛是由于它对潜在问题的诊断能力。仅仅通过钻井队从钻机上获得的资料来完全理解井底物理现象是远远不够的。为保证成功的钻到目的层，钻井液压力必须能让井眼保持稳定。最低的泥浆压力必须高于地层压力，否则会导致井眼坍塌。正常压实曲线上，流体孔隙压力等于等效深度处静水柱压力，如果有效钻井液压力比地层孔隙压力小，那么，储层流体就会进入井眼中，这会造成地面防喷器和井底出现危险。同时，有效钻井液压力也要控制在上限范围之内，如果有效钻井液压力超过了这个压力，会导致地层被压开，裂缝形成，进而导致循环漏失和储层伤害。有效钻井液压力的上限称为破裂压力，有效钻井液压力的下限称为孔隙压力或者坍塌压力。在停钻时，环空压力是钻井液的静液柱压力，它是流体温度和密度的函数。这个静压力转化为ESD，这是环空压力的第一部分。第二部分是动压力，这是由钻进时激动、抽吸以及钻柱转动、钻柱加速或者起下钻时钻柱减速的惯性压力、破胶的附加压力、循环钻井液的压力损失、岩屑床、井眼形状改变、流体溢出或漏失等决定的。
环空压力定义为在一定某一深度处钻井液的静压力和动压力之和，即：环空压力=静压力+动压力。PWD实测的井底压力转换为当量循环密度（ECD），实时数据和储层数据和其他地面地下数据一起绘制在时间或深度坐标上可以实时监测井下情况。
PWD工具和下部钻具组合一起下入，每隔几秒测量一次压力和温度，并且存储在储存器里面或通过井下数据发射器将数据传输到地面。这样，PWD可以实时监测ECD的值，通过地面实时调节钻井过程中的ECD以保证井底环空压力维持在密度窗口范围之内，保证安全钻井。PWD的用途包括以下方面：在钻具运动或者起泵时会产生很大的压力波动，PWD工具通过监测井底波动压力，以防止瞬态压力过高或者过低对储层产生破坏。为保证钻井安全，准确及时地发现漏失、溢流/井涌是非常重要的，利用环空压力测量数据确定漏失压力能够用于指导正常钻井作业时循环当量密度的高限。如果这个限度超过会发生井眼完整性问题。PWD实时监测井底压力，通过井底压力的变化，再结合地面录井参数可以准确判断漏失、溢流/井涌。在钻井时，井底压力超过地层破裂压力，可以引起井漏。地层破裂压力是钻井液密度选择的依据，也是酸化增产措施确定酸压的重要依据。应用PWD可以准确确定地层破裂压力，有利于安全钻井。有效的井眼清洁在定向井和大斜度井中是很重要的。井眼清洁的问题监测仍然是重要的挑战。实时的井底压力可以直接反应井眼中岩屑的多少，有利于预防卡钻等钻井复杂事故。
4 结束语
PWD可以提供准确实时的井底压力 、温度，有利于钻井和固井技术人员了解井下压力温度变化，掌握钻井液中岩屑携带情况以及钻头水功率的大小，能比较准确地求取井底负压值的大小，提高井底负压控制精度和固井质量，同时有利于预防和减少井下复杂事故的发生，保证了施工安全。目前中石化墨西哥EPC项目施工的所有短半径水平井均使用欠平衡的施工方式。300口以上的实践证明PWD环空压力工具系统对钻井施工起了举足轻重的作用。随钻国内钻井技术的不断升级PWD将会得到更加广泛的应用。
关键词：环空压力；UBD ；MPD；当量循环密度；ECD
引言
环空压力随钻测量系统是欠平衡钻井（Under- Balance Drilling，UBD）、控制压力钻井（Managed Pressure Drilling，MPD）的关键。其中，MPD技术是以PWD环空压力工具系统为基础的。在控制压力钻井中，井底环空压力随钻测量作为实时测量钻井过程中井底环空压力参数的有效手段之一，早在20世纪60年代中期就开始在陆上钻井作业中应用，近年来，随着国外海上勘探开发活动的不断发展，PWD环空压力工具系统越来越受到重视，从而使MPD得到了快速发展。现场应用情况表明，使用井底环空压力随钻测量系统对于提高钻井效率、降低钻井成本 防止井下复杂情况与事故的发生具有明显的效果。
1 PWD技术简介
PWD可直接测量钻井过程中的环空井底压力，这对消除压力计算模型计算值的不确定性，优化钻井设计，指导钻井施工，分析井眼清洁情况具有重要的意义。环空流体经过钻挺短节进入井下压力记录仪，以一种较新的形式联结到MWD工具，可及时传递数据。传感器通常安装在离钻头处测量井底压力，用PWD测得的井底压力可转换成当量钻井液密度（EMW）。
PWD工具可直接测量钻进中环空和钻柱内的压力、温度。随钻环空压力、温度测试是确定钻井液密度、实现钻井液性能优化和井眼清洁状况识别的重要依据，对于提高钻井速度、减少钻井复杂情况发生、实现欠平衡钻井和提高完井质量具有重要意义。
2 PWD工作原理
如图1所示，高性能直流电源分别给压力传感器、井下处理器和脉冲发生器持续供电；压力、温度传感器将测得的井下压力和温度信号以电信号的方式发送给井下处理器，由其进行储存并将信号传输给脉冲发生器；脉冲发生器再将接收到的信号转变成泥浆脉冲信号发射出去。泥浆脉冲信号在井筒向上传播到地面，地面接收器将接收到的泥浆脉冲信号转换成电信号，并将其传送给解码器，解码器输出压力、温度随时间变化数值给工作站，并由工作站将录井数据与压力、温度数据传输给PWD监测软件，通过软件就可以实时了解井底状况。
3 PWD用途
对井底潜在问题的预测和补救是许多实时设备的终极目标。在这些可用的传感器中，PWD测量值运用之广泛是由于它对潜在问题的诊断能力。仅仅通过钻井队从钻机上获得的资料来完全理解井底物理现象是远远不够的。为保证成功的钻到目的层，钻井液压力必须能让井眼保持稳定。最低的泥浆压力必须高于地层压力，否则会导致井眼坍塌。正常压实曲线上，流体孔隙压力等于等效深度处静水柱压力，如果有效钻井液压力比地层孔隙压力小，那么，储层流体就会进入井眼中，这会造成地面防喷器和井底出现危险。同时，有效钻井液压力也要控制在上限范围之内，如果有效钻井液压力超过了这个压力，会导致地层被压开，裂缝形成，进而导致循环漏失和储层伤害。有效钻井液压力的上限称为破裂压力，有效钻井液压力的下限称为孔隙压力或者坍塌压力。在停钻时，环空压力是钻井液的静液柱压力，它是流体温度和密度的函数。这个静压力转化为ESD，这是环空压力的第一部分。第二部分是动压力，这是由钻进时激动、抽吸以及钻柱转动、钻柱加速或者起下钻时钻柱减速的惯性压力、破胶的附加压力、循环钻井液的压力损失、岩屑床、井眼形状改变、流体溢出或漏失等决定的。
环空压力定义为在一定某一深度处钻井液的静压力和动压力之和，即：环空压力=静压力+动压力。PWD实测的井底压力转换为当量循环密度（ECD），实时数据和储层数据和其他地面地下数据一起绘制在时间或深度坐标上可以实时监测井下情况。
PWD工具和下部钻具组合一起下入，每隔几秒测量一次压力和温度，并且存储在储存器里面或通过井下数据发射器将数据传输到地面。这样，PWD可以实时监测ECD的值，通过地面实时调节钻井过程中的ECD以保证井底环空压力维持在密度窗口范围之内，保证安全钻井。PWD的用途包括以下方面：在钻具运动或者起泵时会产生很大的压力波动，PWD工具通过监测井底波动压力，以防止瞬态压力过高或者过低对储层产生破坏。为保证钻井安全，准确及时地发现漏失、溢流/井涌是非常重要的，利用环空压力测量数据确定漏失压力能够用于指导正常钻井作业时循环当量密度的高限。如果这个限度超过会发生井眼完整性问题。PWD实时监测井底压力，通过井底压力的变化，再结合地面录井参数可以准确判断漏失、溢流/井涌。在钻井时，井底压力超过地层破裂压力，可以引起井漏。地层破裂压力是钻井液密度选择的依据，也是酸化增产措施确定酸压的重要依据。应用PWD可以准确确定地层破裂压力，有利于安全钻井。有效的井眼清洁在定向井和大斜度井中是很重要的。井眼清洁的问题监测仍然是重要的挑战。实时的井底压力可以直接反应井眼中岩屑的多少，有利于预防卡钻等钻井复杂事故。
4 结束语
PWD可以提供准确实时的井底压力 、温度，有利于钻井和固井技术人员了解井下压力温度变化，掌握钻井液中岩屑携带情况以及钻头水功率的大小，能比较准确地求取井底负压值的大小，提高井底负压控制精度和固井质量，同时有利于预防和减少井下复杂事故的发生，保证了施工安全。目前中石化墨西哥EPC项目施工的所有短半径水平井均使用欠平衡的施工方式。300口以上的实践证明PWD环空压力工具系统对钻井施工起了举足轻重的作用。随钻国内钻井技术的不断升级PWD将会得到更加广泛的应用。