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实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程

文档作者：姜智博周英操王倩蒋宏伟文档来源： 1．中国石油勘探开发研究院研究生部 2．中国石油集团钻井712程技术研究院3．油气钻井技术国家工程实验室		点击数：	更新时间： 2021年09月10日
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天然气工业 2011年8月
实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程
姜智博 。 周英操 。 王倩 。 蒋宏伟 。
1．中国石油勘探开发研究院研究生部2．中国石油集团钻井712程技术研究院3．油气钻井技术国家工程实验室
姜智博等．实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程．天然气工业，2011，3l(8)：76—79．
摘 要 控压钻井是目前世界上最先进的钻井技术之一，能够对井底压力进行实时精确的控制、解决现场遇到的井
下复杂钻井问题；理论研究与应用实践均表明，它可以有效解决国内外普遍遇到的窄密度窗口安全钻井难题。为了更好
的掌握和运用该技术，从宏观角度将控压钻井看作为一项较复杂的系统工程，既要保证系统内任一组成部分能够正常运
转，又要提高系统内各部分之间的协调能力，从而发挥其最大效率。为此，提出了控压钻井系统工程(MPDSE)的概
念— — 控压钻井系统工程就是将系统工程理论应用到控压钻井技术中的一种研究方法，其主要内容是研究系统内部各
组成部分的精确设计，系统分析各组成部分之间的相互关系和内部地位，优化处理各组成部分之间的相互制约性，实现
系统的最优化 进而运用综合集成法分析了控压钻井系统的研究步骤；最后还对控压钻井系统的基本框架进行了初步设
计。结论认为：应以系统工程的方法对控压钻井技术进行研究，并且框架内的任一部分都关乎整个系统能否成功应用。
关键词 控压钻井技术 系统工程 综合集成法 基本框架 井底压力 实时精确控制 窄密度窗口 安全钻井
DOI：10．3787／ ．issn．1000—0976．201 1．08．018
广义上的控压钻井技术应用范围包括过平衡、近
平衡、欠平衡以及精细控压钻井，传统意义的过平衡钻
井以及近些年基本成熟的欠平衡钻井对井底压力的控
制精度较低，具有很大的不确定性和局限性[1]，常规钻
井过程中极易出现井涌、漏失、压差卡钻、地层孔隙压
力与破裂梯度间压力窗口狭窄造成“涌一漏同层”等井
下复杂问题。据有关文献报道，通过常规钻井方法，不
能开发的油气资源占70 左右l2]。控压钻井系统具
有使用较短时间、较低费用而能够大大提高井控能力
的优势，它可以有效解决这些复杂的钻井问题，减少下
入套管层数，降低钻井成本，提高钻井效益。事实证
明，控制压力钻井(MPD)系统在陆地钻井和海上钻井
中，均获得了良好的经济效益l3]。还有人提出，MPD
技术很可能是未来天然气水合物钻井中唯一可行的技
术l4 ]。目前，美国陆地钻机配备有控压钻井系统部分
设备的比例已从1996年的15 剧增至目前的75 ，
目前已经有1／4陆地钻井项目在应用MPD技术 j。
精细控压钻井技术的发展趋势表明，MPD技术的推广
是一个必然的趋势。
目前控压钻井技术有10多种基本类型，加之多种
相关配套技术、庞大的设备体系和计算机水力参数模
拟系统，而且，现场施工中复杂的作业流程与施工要
求、应急处理程序以及健康、安全等都应该成为控压钻
井系统的一部分。一方面，如果技术设计过于复杂或
者相关要求过于苛刻，则可能因为满足不了现场的实
际情况而使得技术设计与施工无法实现；另一方面，如
果现场控压钻井的作业程序、施工要求以及应急程序
没有做到精确设计和灵活应用，那么任何一个小的疏
忽也都可能造成复杂甚至严重的钻井事故，反过来会
严重阻碍MPD技术的研究发展和推广应用。因此，
笔者认为，应当将MPD技术看作为一项较复杂的系
统工程来加以研究和应用。
1 控压钻井系统工程
系统工程是实现系统最优化的科学，是一门综合
学科，它是研究一个复杂系统的局部与整体关系的科
学，其理论的核心体系是模拟、最优化及评价系统 ]。
MPD技术也是一项由多环节组成的投资较大且
基金项目：国家科技重大专项“窄密度窗口安全钻完井技术及装备”(编号：2008ZX05021—003)。
作者简介：姜智博，1986年生，硕士研究生；主要从事控压钻井、欠平衡钻井、定向井钻井T艺技术研究T作。地址：(100083)北
京市海淀区学院路20号中国石油勘探开发研究院59号楼1043室。电话：13651128411。E mail：674352988@qq．corn

第31卷第8期 钻井工程
相流体的流动状态进行模拟，从而得出在相应井段应
使用的特定钻井液类型和密度，特定排量和钻速以及
特定回压值等水力参数。
3．4 MPD作业流程
MPD作业流程包括：安装控压钻井地面设备并进
行调试，对设备进行试压，现场操作培训，安装旋转控
制头，连接、下人井下钻具组合，循环泥浆系统，采集井
下与地面数据，记录压力排量等数据，钻进过程中调整
相关参数等。
3．5 MPD施工要求
MPD施工要求包括：控压钻进作业前对全员进行
工艺及施工安全培训，钻井工程师、司钻和副司钻必须
熟悉控压钻井应急程序和控压钻井井控方案；控压钻
进期间每天进行工作安全分析并记录；控压钻进过程
要密切注意控压钻井设备处于正常工作状态。
3．6 MPD岗位责任
MPD岗位责任包括：控压钻井项目经理，控压钻
井工程师，现场作业监督，控压钻井设备操作人员，控
压钻井助理，控压钻井数据采集工程师，旋转控制头操
作人员以及控压钻井系统支持专家等岗位责任。
3．7 施工现场临时改动程序
施工现场临时改动程序：由于控压钻井设计不可
能完全覆盖施工现场所有情况，如果甲方根据实际的
现场情况以及多年的施工经验，要求井队做出与控压
钻井设计不相符或是设计中没有涵盖的作业时，为保
证施工安全，将作业风险降至最低，作业之前应执行一
套必要的程序。
3．8 MPD应急程序
MPD应急程序主要包括：控压钻进时遇到节流阀
堵塞(一个、多个或全部堵塞)，随钻测压工具PWD失
效，回压泵失效等情况需要采取的应急措施。
3．9 HSE管理
健康、安全、环境(HSE)管理是一项复杂的体系，
包括：严格遵守相关法律法规等基本要求，健全完善
HSE管理体系，作业区人身安全保护规定，医疗器械
和药品配置要求，设备的安全检查与维护要求，H。S
防护技术措施及管理要求，井喷预防和应急措施。
以上是对MPD系统基本框架进行的初步设计，
要保证MPD系统在现场能够成功应用，框架内每一
部分都需要进行详细的设计，很多设计涉及其他相关
专业，例如流体力学、计算机科学与技术、机械工程、油
田化学、岩石力学、管柱力学、管理学等。可见，控压钻
井技术并不只是一种简单的技术，而是一项较复杂的
系统工程，应以系统工程的方法对其进行研究。
4 结论与认识
1)控压钻井系统以其精确控制井筒压力剖面的独
特优势，可以解决大量复杂的钻井问题，一定会在今后
的石油钻井必威体育官方网站
中广泛应用，因此结合目前现场应用
控压钻井系统的实际经验，对控压钻井技术进行系统
研究意义重大。
2)我国目前还有多项控压钻井的核心技术尚未完
全掌握，众多科研工作者都集中力量对此进行攻克，但
是对于MPD系统的其他部分也应当根据轻重缓急投
入相应的人力、物力和财力进行研究，框架内的任一部
分都关系着整个控压钻井系统能否成功应用。
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(修改回稿日期2011-06—02 编辑居维清
特约编辑杨斌)

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