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【本周专题:控压钻井】新型MPD&CCS技术克服深水应用挑战(一)

新型MPD&CCS技术克服深水应用挑战(一)

在马来西亚东部沙巴州的海洋钻井作业中,采用传统技术的开发商遇到了许多作业问题,NPT大幅增加。在使用了新型的MPD/CCS技术后,钻井效率大幅提升。

来自 | World oil
编译 | 张德凯

Murphy石油公司是马来西亚东部沙巴州海域主要钻井商,在前期的钻井作业中,由于常规的裸眼钻井技术无法适应该地区复杂条件,发生了大量钻井故障,导致NPT大幅增加。该油田油藏为多层砂岩地层,埋深较浅,在此类地层条件下,常规钻井技术会诱发井涌、钻杆遇阻、循环泥浆漏失、压差卡钻等问题。

控压钻井(MPD)和连续循环系统(CCS)能够显著避免油藏压力诱发钻井问题的发生,配合常规钻井技术,就能安全、高效地钻至指定深度,作业效率大大提高。在使用MPD/CCS进行的13-well MPD钻井作业中,没有发生地层压力诱发问题,钻井效率提高显著;与此同时,利用控压技术,该油田还进行了世界首次的深水控压固井作业。

新型钻井方案中采用了动态MPD地层压力分析和LWD技术,降低了窄压力窗口地层中钻井作业的不确定性。钻井作业在深水单柱平台上进行,作业海域水深4400ft,在13-well方案中,采用MPD和CCS技术,共完成了27个井段的钻井作业。

在之前的作业设计中,某些井段的孔隙压力/断裂梯度窗口(PP/FG)窄、气体含量高、漏失严重,在不采用MPD技术的情况下无法完成钻井作业。通过使用静态欠平衡和动态MPD超重泥浆技术,井下压力窗口得以扩展,满足了钻井作业的BHP要求,作业顺利完成。

砂岩油藏钻井挑战

沙巴州附近海域为浅埋-多层砂岩油藏,埋藏垂深8,202~10,006ft,该油田于2007年开始投入生产,随后还进行了注水作业。目前,该油藏被天然地层断层分为几个部分,废弃的油藏段已经被注入水进行隔离。但是由于地层条件复杂,在新井的钻进过程中存在着钻遇未开发油藏段的可能。此外,注水作业还使某些油藏段的压力超过了砂岩的压力,钻遇时会发生相关问题。

基于上述原因,油藏的压力状态难以评估,PP/FG窗口更是无法预测,这些不确定性大大增加了钻井作业难度。例如,若钻进过程连续经过松散、低压废弃油藏段和过压油藏段,既有可能发生井涌,那么废弃油藏极有可能发生地下井喷问题。

窄压力窗口钻井还会增加尾管下放和固井过程的泥浆漏失风险。由于废弃油藏的上部隔离难度极大,高密度的固井泥浆通常会漏失进行松散的废弃地层。面对这些作业挑战,可以优化钻井设计中的井筒倾斜度或是采用水平井工艺完成作业,但这些设计改动会显著增加井筒清洗作业难度和作业量,尤其是在井眼尺寸下的井段。

MPD/CCS技术的应用

废弃油藏、窄PP/FG窗口、高井筒倾斜角等问题增加了钻井作业的难度,常规技术无法使用。为了提高作业安全性和效率,作业开发商将MPD和CCS技术有效结合,建立了全新的钻井方案。MPD/CCS复合钻井方案的推出具有多重意义,包括降低作业风险、减少NPT、降低漏失、井涌、钻杆遇卡、井壁坍塌风险。目前来看,MPD技术的应用已经非常成熟,在改善井下压力情况、过压钻井、大斜度井段清洁、作业事故监测等方面都有广泛应用。

MPD结合了流体静压、环空压力、液体流速的动态&连续控制技术,同时还能保持钻井液体的连续闭路循环。此外,动态MPD井控、地层评价技术,动态控压水泥固井(MPC)也在新型系统中有所应用,使用钻杆短结的连续循环系统实现了MPD环空压力和液体流速控制。

MPD/CSS设备

深水单柱平台上MPD设备安装需要精细的设计和操作,配套设备占甲板面积很大,同时对平台吊装能力要求也很高。此外,在生产井作业过程中,还要避免热作业的应用。甲板MPD设备大多都以连接状态保存,避免在甲板上进行过多的管线连接操作,MPD设备的管线设计都采用最大化原则,避免流体流经MPD管线时产生过大摩擦力。

连续循环系统

CCS系统的使用让恒定裸眼井井底压力(CBHP)变成可能,同时还能利用钻杆连接的间隙进行连续的井筒清洗和碎屑移除;此外,CCS在稳定BHP和BHT方面也能发挥巨大作用。

CCS使用钻井泥浆泵进行钻杆连接间隙的连续循环清洗,如图1所示。该系统包括一个球阀和一个定制的高压侧阀。其中,高压侧阀安装在CC短节内。在钻杆连接过程中,循环液体由侧阀进入钻井管串,一般液体来自于与钻机立管管汇、软管和快速接头连接的多向流动管。CCS系统中的球阀用于隔离上部压力,确保当钻井管串发生问题时不会发生压力诱发故障,且在更换新钻杆的同时,可通过侧阀进行连续循环。

新型MPD&CCS技术克服深水应用挑战(一)

图1.一个简化的CCS系统流程示意图

MPD管汇

MPD系统的控压测量管汇能够将BHP数值精度控制在±30psi,系统最小液体流率1700gpm,ASBP窗口范围15~1350psi。

通过在PVC、Coriolis质量流量计前端安装压力缓释系统,MPD管汇系统对于油藏、套管、深水设备、地面设备的过压保护非常完美。Coriolis流量计主要用于测量钻井液体回流量,同时还能测量液体温度和密度等参数。此外,通过MPD SCADA系统面板可以远程控制所有阀门,还能获得阀门的实时数据。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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