系统 性能指标
自动节 流系统
额定压力:35MPa 节流 度:±0.35MPa 工作压力:10MPa
回压泵 额定压力:35MPa
系统
额定流量:12L/s
技术特征
实现功能
✓主、备、辅助三个节流通道，
能够自动切换
具备自动节流，冗余节流切换、安全报警、
✓钻进中实现在线维护
出口流量监测等功能，能够适应复杂工况
精细控压钻井装备与技术
郭庆丰 中国石油集团钻井工程技术研究院
2014年9月
— 前言
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
一、前 言
精细控压钻井系统是精细控 压钻井工艺技术的载体，实现了 “看着井底压力来打井”，可有效 解决窄密度窗口造成的井漏、井涌、 井壁失稳、卡钻等复杂事故。国外 在2007年开始工业化应用，目前已 成为许多油田勘探、开发必备的钻 井技术。
静液压力
静液压力
不同工况压力控制示意图
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井的应用优势
消除了循环压力对井底压力的影响
有利于深井和高温高压井的安全施工、提高速度 控制井底压力小幅度波动
有效控制井底压力在窄范围内； 有利于水平井和窄压力窗口井作业。 快速调节井下环空压力 在不调整钻井液密度的情况下，快速应对井 下情况的变化，随时调整进行液相的过、近、欠 平衡作业
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成
自动节流管汇系统 回压补偿系统 液气控制系统 自动控制系统 自动控制软件 随钻压力测量工具（可选）
震动筛
泥 浆 罐
液 气 分 离 器
泵
泥浆罐
RCD
井控节流
5
4
控制器
回压泵
2 3
液气泵
1
自动节流管汇
6
PWD
1 自动节流管汇 2 回压泵系统 3 液气控制系统 4 监测及自动控制系统 5 自动控制及应用软件 6 PWD
取得了控压钻井技术应用的重大突破，真正实现了国产精细 控压钻井装备和技术的商业化应用
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四、主要成果与技术创新
形成一套精细控压钻井技术
通过20口井的现场应用完善形成适应不同工况的精细控压钻井技术系列
微流量监测与处理工艺技术 环空压力监测与控制工艺技术 回压补偿工艺技术 近、过平衡精细控压技术 欠平衡精细控压技术
形成一套控压钻井装备实验与检测方法
实验、测试方法: 控压钻井工艺模拟实验方法 单元测试技术 控压钻井装置的性能测试与评价方法
实验室工艺模拟及测试、评价内容 不同工况下控压钻井工艺模拟实验 单元测试 整机性能测试与评价
模拟方法
测试技术
评价方法
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五、主要技术创新或技术突破
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成 自动节流管汇
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成
回压补偿系统
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成 自动控制系统及控制中心
自动控制系统软件
中心控制房
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控压钻井现场应用取得突破
技术方式
精确近平衡控压钻井技术 欠平衡控压钻井技术 微流量控压钻井技术
1、根据地质要求，控制少量溢流，实现有效防漏 2、欠平衡控压边点火边钻进，利于发现油气层，提高钻速 3、监测钻井液出入口流量变化，实现溢流、漏失早期控制 4、及时微量的井口回压调整，有利于发现油气层 5、调整井口控压，寻找压力平衡点，可顺利穿越薄弱层 6、实施精细控压作业，有利于水平段延长，提高单井产量
数
节流精度
结构
系统
功能
Halliburton MPD
Weatherford MFC
PCDS-I 精细控压钻井
系统
35MPa
35MPa
35MPa
±0.35MPa ±0.5MPa
±0.35MPa
三通道
双通道
三通道
采用PLC控 制器，接线 复杂，不具 备在线监测 功能
PLC控制器， 需参数整定
FF数字总线， 工况自适应， 具备在线自诊 断功能，系统 工作可靠性高， 性能先进
参数采集与监测、实时水力学计算、远程自动控制软件 三个软件构成，完成与其它系统之间的通讯及数据交互， 负责向液气控制系统发出相应的调整指令，并监控指令 的执行情况，实现阀的平稳控制
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三、精细控压钻井系统
PCDS-Ⅰ精细控压钻井工艺流程
正常钻进时流程
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井底恒压
微流量
井底恒压和微 流量
总体达到国外同类 技术的先进水平
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— 前言
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
四、主要成果与技术创新
通过持续攻关、改进完善与现场应用，形成的主要成果：
一套重大技术——精细控压钻井技术 一套特色方法——控压钻井装备实验与检测方法 一套精细控压钻井装备—PCDS-I精细控压钻井系统 一个重点实验室——控压钻井模拟、测试与评价实验室 申报专利21项，其中发明专利8项 精细控压钻井系统标准与技术规范 组建两支控压钻井试验与技术服务队伍
三、精细控压钻井系统
技术特点
系统
技术特征
实现功能
液气控 制系统
监测及 自动控 制系统
精细控 压自动 控制软 件
✓工作压力<10.5MPa，动态响应时 间<1s ✓性能可靠，安全互锁 ✓具备远程和本地操作功能 ✓设备参数显示清晰 ✓安全可靠，维护简单
✓测量精度2‰，动态响应时间<1s ✓系统的自检功能 ✓双冗余设计，实现故障时自动切 换 ✓数字化通讯，抗干扰能力强
破裂压力、漏失压力、压差卡钻压力，取三者的小值
正常压力窗口 窄压力窗口
循环
井
底 压
静压
力
地层压力、坍塌压力，取二者的大值
ECD
时间
常规钻井 MPD钻井 MPD静液压力
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井压力设计与控制
钻井液密度原则
正常的钻井液密度时，静液柱压力必须小于地层压力，并 且有一定有压力空间，是一个欠平衡状态，在无回压的情 况下存在作业风险
平衡
压力
流量
不同的地质条件下的表现形式： ✓平衡钻井，入口流量=出口流量 ✓微溢流钻井，发现产层 ✓微漏失钻井，含硫化氢地层
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四、主要成果与技术创新
控压钻井实验室
控压钻井实验室是一套钻井过程的压力模拟系统，是目前国内唯一的能 够进行控压钻井各种工况全尺寸模拟实验和设备测试的实验室，是控压钻井 系统研制及其自动控制软件开发的基础必备条件
国外垄断，达到了国外同类技术的先进水平
一、前 言
PCDS-I精细控压钻井系统已先后在我国塔里木、川渝、 华北、冀东及印尼等国内外控压钻井服务热点和难点地区，成功 开展现场试验与服务20口井，取得了良好的市场应用效果，得到
了油田公司的充分认可和肯定
2012年以来，通过精 细控压钻井系统装备的集成 工业推广应用、设备产品销 售、技术支持与服务等产生 直接经济效益巨大
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四、主要成果与技术创新
专利、标准与技术规范、论文
申请专利21项，其中发明专利8项
序号
发明专利
1
一种利用流量监控实现井底压力控制的钻井方法与装备
2
一种适应大流量变化的单节流通道控压钻井方法与装备
3
精细控压钻井技术解决井壁稳定的方法
☼ 解决钻井复杂问题，提高经济性 ☼ 不许连续溢流出现 ☼ 增加自动控制系统 ☼ 开式或闭环钻井 ☼ 近平衡或略过平衡钻井
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二、控压钻井工艺技术
控压钻井工艺应用形式
井底恒压 钻井 CBHP
应用
最常用的控压 钻井方法，主 要解决窄窗口 安全钻井问题
加压泥浆 帽钻井 PMCD
应用
三、精细控压钻井系统
控压钻井工艺及控制软件 控制及软件系统整体布局
➢应用程序服务器 ➢控压钻井设计
➢实时控制服务器
控 制
➢系统数据采集、通信
器
➢系统数据接收处理
➢井下压力计算
➢控压钻井设计模拟 ➢控压钻井工况模拟与监控 ➢控压钻井数据库
➢设备动作控制 ➢钻井安全监控 ➢设备工作状态监控 ➢实时数据库
新疆南缘 玉门青西
塔里木盆地 柴达木盆地
南海莺琼盆地
渤海湾盆地 四川盆地
— 前言
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
二、控压钻井工艺技术
控压钻井——MPD技术
“从欠平衡技术基础上发展起来”
简单地说：在钻井循环时直接测量井底压力，动态控制井底压力； 在停止循环时，动态控制井口压力
近平衡控压钻井
当量循环密度等于或略大于地层压力，压力波动时，偶 尔有欠平衡状况
欠平衡控压钻井
二、控压钻井工艺技术
控压钻井压力的过程控制
钻进或循环
停泵过程
开泵过程 停止循环
节流压力
节流压力
节流压力
节流压力
补偿循环、停泵期间多因 素造成的井底压力波动