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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(二)

【本周专题:控压钻井】新型MPD&CCS技术克服深水应用挑战(二)

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。

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。

泥浆气体分离器

MGS(泥浆气体分离器)将钻井泥浆和夹带气体分离,随后使用激光粒子流量器测量气体流量。MGS配备有离心泥浆泵,在泥浆返回量低于300gpm时,可防止钻井固体碎屑沉积在MGS分离椎体或是回流管线内。

井涌/漏失检测

MPD钻井方案采用常规的MPD井涌/漏失监测系统,通过使用移动平均数SCADA数据过滤器,处理冲程MFI数据和Coriolis流量计MFO数据。

通过获得累计流量趋势数据,操作人员即可得到以上两个流量数据的变化比例。一般来讲,累计流量趋势是MFI和MFO数据随时间变化的累计差别,而瞬时流量差别是某一时间点的MFI、MFO差值。当累计流量趋势曲线斜率增加、地层液体回流速率达到或超过极限值时,井涌警报即会激发,如图2所示。

【本周专题:控压钻井】新型MPD&CCS技术克服深水应用挑战(二)

图2. MPD累计流量曲线(白色)与泥浆槽容量变化对比曲线.

动态MPD井控响应

在实际操作中,随流量增加MPD ASBP数值会相应增加,随后系统会根据设定的阈值对流入流量进行调整,MFO/MFI达到平衡前,ASBP数值会一直增加。当系统达到平衡后,井涌量也随之确定。

超前的MPD工程设计

MPD的可行性研究最初主要用于窄PP/FG油藏压力窗口的钻井作业,主要目标之一是使用低密度泥浆扩大钻井压力窗口,同时保持MPD作业过程中的动态过压平衡。

在此次研究中,还检查了如何使用MPD ASBP在无循环、无钻井管串存在状态下补偿ECD漏失。在此类情况中,配备背压泵的常规MPD系统无法精确控制BHP(制动马力),在泥浆泵关闭的状态下,只能控制深裸眼井中某一点的压力(该点通常以垂深表示,用于防止井下液体回流)。

所以,薄弱油藏的压力要高于循环压力,并超过裂缝压力梯度,造成裸眼段漏失量更高。另外,为了防止非理想地层破裂的发生,压力控制点可能位于薄弱油藏区。但这同时又会导致钻头处BHP低于循环BHP EMW,如果该压力低于油藏孔隙压力,地层液体就会流入井筒,诱发井涌。

CCS可以保持钻井过程中裸眼段BHP和ECD稳定,避免上述井涌问题的发生。此外,CCS还能避免循环启动、停止阶段的压力波动,进一步提高钻井作业的BHP控制稳定性。针对CCS的研究表明,深水MPD与CCS联合使用,在维持钻井作业、设备联接过程中井下压力恒定更为有效。

前端工程设计优化

为了更好的执行钻井作业,详尽的前端工程设计(FEED)是非常必要的,其中包括MPD和CCS的作业流程、MPD井控流程、桥接作业记录、工程图设计、项目控制记录等。在HAZID研究完成后、整体设计完成前,还需进行详细的HAZOP研究,以便更深入、更全面、更系统地识别MPD作业过程中的危险,及可能出现的问题。

水力模型

水力模型通常在每口井的钻井开始前完成,其中包括地层孔隙压力与断裂梯度之间的钻井压力窗口计算、最大立管压力计算、最大ASBP压力计算、预定BHP计算以及井眼清洁要求等。

每口井MPD作业的泥浆密度、泵入速率以及ASBP等参数都由完钻深度的稳态模拟计算而得,这些参数对于确保MPD钻井及CCS联接过程中的BHP、ECD稳定非常重要。根据压力窗口预测以及不确定性,泥浆密度会逐渐达到欠平衡/动态MPD过平衡状态或动态过平衡状态。

稳态MPD模拟还用于计算MPD操作参数,包括动态MPD FIT/LOT、避免井液流入井筒、确定钻杆旋转影响以及与ECD匹配的钻进速率。

井控模拟

MPD井控方案包括详细的突发状况处理计划,一旦出现井涌迹象,MPD作业人员及钻工即根据该方案进行相关调整。

在实际作业中,动态MPD和常规井控方案的选择由界面涌入公差(SIT)决定,SIT一般为以桶为单位计的气涌量,通过MPD系统和立管循环排出,排出过程无需压裂地层,其压力也无需超过MPD地面设备的压力极限值。一般当涌入量超过SIT时,常规井控方案为主要作业方式。

井控模拟使用动态井涌控制水力模型,确保各种规模的循环在井筒中安全进行。MPD系统能够精确地测量油藏液体涌出量(精确度2bbl或更低),可测量涌出液体量为15bbl。

瞬态钻井模拟器的水力模拟涵盖了回扩钻进模拟、起下钻模拟、井筒置换操作模拟等。MPD ASBP背压方案能够弥补钻杆拉出过程中的循环压力漏失,包括9-5/8in垂直井至斜度为30°斜井。作业过程中,保持裸眼井中压力控制点的BHP稳定非常重要,要确保起下钻过程中泥浆置换流程准确无误。

 

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