實現MPD技術的關鍵設備及工具
工業技術
作者：趙增勇
摘要：壓力管理鑽井（management pressure drilling，MPD）技術，是由欠平衡鑽井和動力鑽井技術綜合而發展起來的一項新技術，它利用閉合、承壓的鑽井液循環係統，以及井下特殊的壓力調節係統和工具使環空壓力得到精確的控製。該技術能夠解決複雜地層鑽井所出現的問題，提高鑽井效率、降低鑽井成本。
關鍵詞：控製壓力；控製；研究；工具
中圖分類號：TD3
引 言
目前，采用常規鑽井裝置和方法進行鑽井勘探過程中會出現諸如漏失、壓差卡鑽、鑽杆脫扣、地層孔隙壓力與地層破裂壓力梯度間壓力窗口狹窄造成井湧井漏等問題，致使非生產時間增加，從而導致勘探費用大幅度提高。MPD技術的意圖是利用欠平衡鑽井的工具和技術來控製隨鑽井作業進入井筒的地層流體，避免通過加重鑽井液的方法來解決鑽井中的複雜問題。用這一技術可減少套管層數，提高鑽井效益，降低鑽井成本。MPD的意圖是更加精確的控製井下壓力的變化，所以它需要配備特殊的設備和工具來實現對井下壓力的控製，這些關鍵的設備和工具有：
1 連續循環係統
在接單根時可以保持連續循環，不需要停泵，可以保持恒定的當量循環密度，這就使我們可以很容易地在地層孔隙壓力與地層破裂壓力窗口很窄的條件下繼續鑽進。不僅減少了卡鑽事故的發生，減輕了井筒的膨脹效應並可避免油氣意外侵入井筒的可能性，攜岩能力和鑽屑清除能力也得到極大的改善。連續循環係的技術特點是：該係統基於單閘板防噴器的工作原理，采用頂部驅動，整個係統的操作和控製采用電液自動控製。采用特殊的上卸扣係統完成緊扣、鬆扣和旋扣。在防噴器的基礎上加一旁路係統，換接單根、鑽杆等操作時保持泥漿泵注入不停，從而保證鑽井液連續不斷的循環。
連續循環係統的原理是：采用頂驅鑽機時，通過接箍、頂驅連接工具和鑽井液分流管彙配合實現連續循環，接單根時，接箍體上下兩個閘板密封鑽杆周圍，接頭位於全封閘板和下部閘板之間，鑽井流體在循環壓力作用下進入接箍體內，平衡鑽柱內外壓力。卸扣上提鑽杆，關閉全封閘板，上部卸壓後將公扣連接部分提出接箍體，此時鑽井液通過接箍下部不間斷循環進入鑽柱中。連接在頂驅上的新的單根進入接箍體上部，閘板密封鑽杆周圍，循環係統注入鑽井液恢複上部壓力。當上下兩部分壓力平衡時，打開全封閘板，新的單根下放，通過鑽杆內不間斷循環接單根。接箍體內壓力釋放，密封打開，移開接箍，鑽井再次開始，實現整個過程的循環不間斷。
2 自動控製壓力係統
用於MPD係統的自動控製壓力（Power AMPS）係統利用連續循環變化控製壓力鑽井技術，能夠自動調節節流器，根據需要微調，以補償由排量變化引起的環空摩擦壓力的變化。該係統可以更好地進行井控，更精確地控製井筒壓力，在盡可能不中斷鑽進的情況下轉換和處理返回的鑽井液。該係統解決了許多長期存在的和鑽井、井眼穩定相關的問題，消除了停止/開始循環時的壓力波動。提高了鑽井液的控製水平，增強了ECD控製，改善了井筒條件，最重要的是提高了在井下窄壓力窗口下有效鑽進的能力。MPD鑽井係統中的封閉係統依靠連接在位於旋轉控製裝置（RCD）下方的鑽井液返回出口的節流閥來控製壓力。與此同時，環空壓力剖麵通過節流閥回壓的增加或減少，以補償由於環空流量增加或減少時產生的環空摩擦壓力（AFP）。自動控製壓力係統的工作原理是：在MPD的封閉循環係統中，鑽井液從鑽井液池通過鑽井泵進入立管下降到鑽杆，通過浮閥和鑽頭上部的環空，然後從RCD下方的環形防噴器流出。再通過一係列的節流閥，到振動篩或脫氣裝置，最後回到鑽井液池。環空中的鑽井液壓力通過使用RCD和節流管彙控製在鑽井泵出口和節流閥之間。RCD允許管柱和全部鑽柱旋轉，所以，立管、鑽杆和鑽柱能連續工作。它包括兩種情況：