1、 國際鉆井承包商協會欠平衡和控制壓力鉆井委員會（IADC Underbalanced Operations u 解決窄地層壓力窗口問題; u 降低壓差卡鉆; u 提高鉆速; u 增加鉆井安全性，消除安全隱患; u 延長水平井段； 2004年從殼牌石油公司使用年從殼牌石油公司使用DAPC系統開始系統開始 ，控壓鉆井技術已在加拿大、，控壓鉆井技術已在加拿大、 墨西哥灣、北海、中東、南亞、南海等地區廣泛使用，部分陸上油田也開始墨西哥灣、北海、中東、南亞、南海等地區廣泛使用，部分陸上油田也開始 應用控壓鉆井技術。應用控壓鉆井技術。 國內陸上塔里木油田使用了國內陸上塔里木油田使用了Halliburton

2、設備，解決了窄密度窗口、高溫設備，解決了窄密度窗口、高溫 高壓、漏失地層、雜壓力剖面等壓力控制的鉆井問題。水平井從高壓、漏失地層、雜壓力剖面等壓力控制的鉆井問題。水平井從300多米打多米打 到超過到超過1300米，單井日產量增產超過米，單井日產量增產超過3倍。盡管倍。盡管Halliburton服務日費近服務日費近50萬萬 元元/天，但塔里木油田仍取得了非常好的經濟效益。天，但塔里木油田仍取得了非常好的經濟效益。 控壓鉆井技術應用 控壓鉆井技術發展 最早于上世紀最早于上世紀60年代中期在陸上使用，未引起關注。年代中期在陸上使用，未引起關注。 上世紀上世紀90年代后期，隨著海上油田勘探開發發展的需

3、要而倍受重視。年代后期，隨著海上油田勘探開發發展的需要而倍受重視。 At Balance于于2000年立項，年立項，2003年年DAPC系統研究成功，系統研究成功，2004年投入年投入 應用。應用。 該項目該項目2007年獲國外石油科技十大進展。年獲國外石油科技十大進展。 許多石油公司相繼開發裝備。目前最典型的設備是許多石油公司相繼開發裝備。目前最典型的設備是At Balance的的DAPC 系統；系統；Halliburton自動節流系統；自動節流系統； Weatherford的的MFC系統；系統；Varco 公司的不間斷循環系統等。公司的不間斷循環系統等。 M-泥漿池泥漿池 M M 控壓鉆井

4、原理控壓鉆井原理 頂驅頂驅 控壓鉆井技術的形式與應用范 圍 井底恒壓 CBHP 加壓泥漿帽 PMCD 雙梯度 DGD HSE 健康安全環保 窄密度窗口. 高溫高壓層 大漏失地層 減少污染 海洋鉆井 應用最廣泛，適用區域最 廣，技術上最先進 溶洞、大裂縫地區 地層壓力梯度規律突變 （深海海底） 僅在概念階段 陸上控壓鉆井作業主要用井底恒壓形式 井底壓力恒定（Constant Bottom Hole Pressure，CBHP）的控壓鉆井是一種通過環空 水力摩阻、節流壓力和鉆井液靜液柱壓力來精確控制井眼壓力的方法。 l 設計時使用低于常規鉆井方式的鉆井液密度進行近平衡鉆井； l 循環時井底壓力等于

5、靜液柱壓力加上環空壓耗，當關井、接鉆桿時，循環壓耗消失， 井底壓力處于欠平衡狀態，在井口加回壓使井底壓力保持適當的過平衡狀態，從而控 制地層流體的侵入； l 理想的情況是靜止時在井口加的回壓等于循環時的環空壓耗。 井底壓力 地層壓力 u控壓鉆井井底壓力穩定，且略高于 地層壓力。 u常規鉆井靜止時井底壓力大于地層 壓力，循環時井底壓力遠高于地層壓 力，這就是深井、高密度井易發生漏 失的主要原因之一。 靜液壓力 循環阻力 靜液壓力 循環阻力 節流壓力 控壓鉆井控壓鉆井 壓力附加值壓力附加值 + 地層壓力地層壓力 常規鉆井常規鉆井 向下調節空向下調節空 間間 控壓鉆井消除了循環壓力和操作引起的壓力波

6、動對井底壓力的影響。處于略過的控壓鉆井消除了循環壓力和操作引起的壓力波動對井底壓力的影響。處于略過的 平衡狀態，可以設計環空壓力剖面，能解決因許多壓力因素帶來的井下問題。平衡狀態，可以設計環空壓力剖面，能解決因許多壓力因素帶來的井下問題。 常規鉆井以靜止時鉆井液平衡地層壓力為原則，并加上附加值。因此鉆進時，井常規鉆井以靜止時鉆井液平衡地層壓力為原則，并加上附加值。因此鉆進時，井 底壓力遠高于地層壓力，特別是高密度鉆井液循環壓力高的深井。底壓力遠高于地層壓力，特別是高密度鉆井液循環壓力高的深井。 井底恒壓控壓鉆井技術主要特點 控壓鉆井消除了開停泵和循環壓力對井底壓力的影響。控壓鉆井消除了開停泵和

7、循環壓力對井底壓力的影響。 這一特點對深井和高溫高壓井的安全施工、提高速度及為有利。這一特點對深井和高溫高壓井的安全施工、提高速度及為有利。 控壓鉆井小幅度的壓力波動。控壓鉆井小幅度的壓力波動。 有效控制井底壓力在窄窗口范圍內。擴大了密度的調節空間，對有效控制井底壓力在窄窗口范圍內。擴大了密度的調節空間，對 水平井和窄壓力窗口井非常有效。水平井和窄壓力窗口井非常有效。 快速調節井下環空壓力。快速調節井下環空壓力。 在不調整鉆井液密度的情況下，快速應對地層壓力的變化。在不調整鉆井液密度的情況下，快速應對地層壓力的變化。 井底恒壓控壓鉆井主要作用 控壓鉆井是在欠平衡基礎上發展的，部分裝備與欠平衡鉆

8、 井裝備相同。 現代控壓鉆井（MPD）最典型的設備是At Balance的 DAPC系統，2004年成功使用。 2007年評為世界石油科技十 大進展。相對來說， Halliburton自動節流系統起步較晚，設備 原理與DAPC基本相同，但功能比DAPC更強。其它公司的井口 壓力控制裝備，相對簡單，其流程與常規井控節流管匯相似。 不能滿足高控制精度的要求。 旋轉防噴器 地面節流及壓力控制系統 止回閥 井下測壓儀器（國外一般為MWD、LWD 測壓短節、窄密度窗口必須裝備） 回壓泵（窄密度窗口必須裝備） 分離器 不間斷循環系統（復雜地層、大斜度井等） 降ECD工具 基本裝備 可選裝備 增強型 MPD

9、 自動節流 MPD 手動節流 MPD 增加溢流/漏失 監測MPD 基本MPD 基本的MPD只需 要一個旋轉控制 裝置（RCD）和 引導回流的連通 管匯。 增加“回流監 測” ，在鉆井液 出口增加流量計 以增強早期溢流 和漏失監測的能 力，并且能夠確 定流動異常是否 是真的發生了溢 流、漏失或一些 其它現象。 手動節流MPD在 返出液流通道上 使用流動節流閥 作為附加的控制 點，提供了一個 易于控制的變量： 節流閥的外加壓 力，或地面回壓。 采用自動控制系 統來控制地面回 壓，通過使用各 種數據來自動操 縱節流管匯，軟 件與節流閥的 （PLC）交互， 從而控制機械裝 置來調節節流閥。 增強的MP

10、D技術 通常使用動態方 法來控制井筒壓 力。增加連續循 環系統和降ECD 工具。 1級2級3級4級5級 At Balance的DAPC節流系 統因需要配備了兩臺回壓泵 動態環空壓力控制系統于動態環空壓力控制系統于2000年開年開 始設計，始設計，2001年進行系統開發，年進行系統開發， 2003年設備全尺寸試驗取得成功。年設備全尺寸試驗取得成功。 2005年年Shell公司將該技術用于了墨西哥公司將該技術用于了墨西哥 灣灣Mars TLP區塊的海洋鉆井解決鉆井過區塊的海洋鉆井解決鉆井過 程中的泥漿漏失和井眼失穩問題程中的泥漿漏失和井眼失穩問題 。2007 年年StatoilHydro將用于了北

11、海將用于了北海Kvitebjrn 油田高溫高壓開井的鉆井作業。油田高溫高壓開井的鉆井作業。 At Balance地面控壓鉆井設備在海洋的鉆井現場應用 At Balance的DAPC節流系統原理圖 Atbalance公司的DAPC系統組成 DAPC系統組成：專用節流管匯，專用回壓泵，Coriolis流量計 以及將DAPC與其它系統分離的高級監控系統-集成壓力控制器 IPM。 DAPC具有全自動和程序化功能，能連續穩定井底壓力穩 定。 節流管匯由系統自動控制，由以下組成：一個主節流閥、一個備 用主節流閥，一個輔助節流閥，遠程可控操作平臺，手動控制臺 以及壓力傳感器等。 回壓泵是一臺電動三缸泵，時刻

12、處于待用狀態，可用遠程控制， 主要作為節流流量補償用，當泥漿泵停泵或低泵速時（即當排量 很小或停止時），回壓泵啟動維持節流管匯正常循環。 IPM系統集壓力測試、數據監測、設備控制和實時的高速網絡水 力計算分析等功能于一體，能連續控制壓力，設備能在壓力突然 失去平衡時快速做出反應。 DAPC系統組成及工作原理 節流管匯符合API 6A規范和ATEX標準，最大額定工作壓力5000psi （345bar），最大測試壓力7500psi（517bar），適應含硫地區。 采用自動控制節流設備來維持井底壓力恒定。其中之一就是節流管匯。 節流管匯能在綜合壓力控制器IPM的控制下快速調整回壓，IPM與高速網絡

13、相連。 IPM監控回壓，并維持在水力模型計算值的范圍內。如果壓力不平衡，會發 出指令，節流管匯會快速對節流閥進行調節。 節流管匯在主閥和備用主閥間有切換和獨立自動泄壓的能力，IPM能應對大 部分突發故障。有自動保險裝置，當主節流閥工作異常時，會切換到備用節 流閥。并關閉通道，以穩定井底壓力。 當控制信號傳輸出現問題時，系統維持節流閥開度不變，以此來維持穩定回 壓。同時系統自動發出警報，轉為手動控制模式。 DAPC參數及功能 Halliburton自動節流系統原理圖 Halliburton的自動節流系統全部 氣液驅動，使用更安全。 具有手動與自動控制功能。 Halliburton回壓泵增加了高精

14、度的 入口流量監測，對起下鉆、停止循 環時微流量監測更可靠。 具有手動與自動控制功能 Halliburton的自動節流系統 研究與應用晚于DAPC系統， 其原理與DAPC系統完全相同， 只是在回壓泵上加上了一個入 口流量計，在節流管匯中加了 一個泥漿直流通道，并改變了 安全溢流管線，參數指標與 DAPC系統相同。但在微流量 監測方面優于DAPC系統。 控制原理與DAPC系統相似，采用井底壓力閉環控制，控制精 度高 能在一定條件下，對一個井段的全過程進行控壓鉆井。 能進行地層壓力測試，設定合適的井底壓力。 能進行微流量監測，連續監測外溢與漏失，以此調節壓力設定值。 與錄井結合，采集氣測資料，綜合

15、分析判斷井下是否平衡。 Halliburton 控壓鉆井系統主要優勢 威德福節流系統 MFC鉆井控制以微流量為基礎，連續監測外溢與漏失，即使有少量的鉆井控制以微流量為基礎，連續監測外溢與漏失，即使有少量的 外溢與漏失也會發現，以此為依據調整回壓值，在窄密度窗口鉆井中處于外溢與漏失也會發現，以此為依據調整回壓值，在窄密度窗口鉆井中處于 一種近平衡狀態，保證井下安全和施工繼續。一種近平衡狀態，保證井下安全和施工繼續。 向有回壓補償的方向發展 回壓泵曾經是DAPC系統獨有的，現在Halliburton節流系統、 Weatherford的MFC系統均配有回壓泵，在比較簡易的控壓鉆井系統，根據 需要也選

16、配回壓泵。 監測功能更全 除了微流量監測，還有液面監測與氣測錄井監測結合，增強了對井下 工況的監測分析功能。 軟件功能更多 各大公司有自己與設備配套的軟件，各有特點。阿什卡公司可根據用 戶需要訂制開發控壓鉆井軟件。 自動控制 手動半自動節流人為因素影響大，長期工作會出現許多問題，多在控 壓鉆井發展初期使用。 一般井上用雙節流通道 出現了雙節流通道的DAPC系統，應該是有市場需要才開發的。 發展趨勢 窄密度窗口區： 窄密度窗口如塔里木塔中地區、塔里木山前帶的迪納、克拉、大北地區、 四川地區、青海柴達木地區、玉門地區。 枯竭油氣區： 國內許多油田處在開發中后期，對控壓鉆井有需求。 鉆井漏失區： 目

17、的層惡性漏失地區，這些情況在國內各油田都不同程度存在。 高溫高壓區： 國內不少油田的深井存在類似地區如塔里木山前、柴達木地區、玉門地 區，可以提高鉆井速度。消除鉆井液循環壓耗過大對鉆井的影響，并提高鉆 井速度。 其它應用： 可以根據需要，對不同井段實施欠平衡、平衡鉆井可以用較低密度鉆井 液鉆開高壓壓層減少事故和復雜，減少鉆井的風險。 正常鉆進時流程 主節流閥失效時流程 起下鉆接單根流程 氣浸時流程 維護旋轉頭流程 全球第一套全球第一套控壓鉆井管匯臺由美國美國T3能源服務有限公司能源服務有限公司 （EEC）為At Balance成套。使用T3能源的HXE節流閥及 HPT閥板閥成套。 到目前為止，

18、T3公司已經為全球各大公司如Weatherford, Harlliburton, Schlumberger 等共成套MPD管匯臺100多多 套套。 T3 Product Offerings - MPD Operations T3 公司控壓鉆井系統產品 1.At Balance, a Schlumberger company, 7 set MPD manifolds; At Balance, 斯倫貝謝旗下一家公司，7套MPD管匯。 2.Weatherford, secure drilling, 20 set MPD manifolds 威德福安全鉆井，20套MPD管匯； 3.Weatherfor

19、d control pressure drilling, 12 set MPD manifolds; 威德福控壓鉆井，12套MPD管匯； 4.OPTIMAL, 10 set MPD manifolds. OPTIMAL, 10套MPD管匯； 5. SINOPEC SW Bureau, 3 set HXE valves for MPD. 中石化西南石油局，3套控壓鉆井HXE節流閥； 6.CNPC Drilling & Engineering Institute, 6 set HXE valves for MPD. 中石油鉆采院，6套控壓鉆井節流閥； 7. CNPC Daqing Drilling

20、 & Engineering Institute, 2 set HXE valves for MPD. 中石油大慶鉆井工程技術研究院，2套控壓鉆井節流閥； T3 MPD 產品銷售業績 MPD manifold T3 build for Weatherford North Sea T3公司為威德福北海項目生產的MPD管匯臺 MPD manifold T3 build for At Balance/ Schlumberger West Africa T3公司為At Balance/Schlumberger西非項目生產的MPD管匯臺 為什么全球知名的服務/鉆井公司都選用 T3公司的HXE節流閥來成套

21、控壓鉆井管匯？ 1）可控性好/特性曲線好。 節流閥開度Vs通過能力曲線（Cv曲線）應在最大的開度范圍內 成線性關系。 2）使用壽命長。 由壬壓蓋設計，閥門內部可整體旋轉任意角度安裝，延長使用 壽命； 油嘴和閥座為整體式碳化鎢硬質合金，并且油嘴和閥座都可以 調換方向安裝，延長使用壽命； 下游出口為法蘭短節，內鑲硬質合金套，保護閥體和下游設備 不受沖蝕，降低維護成本。 3）業績多。全球的主要MPD項目都選用T3公司HXE節流閥，如 HALLIBURTON，WEATHERFORD，AT BALANCE。 Multiple Trim sizes to handle wide range of flow

22、 rates from low to high. 多種節流通徑，可滿足不同流量的要求。 Worm Gear drive to provide precise position adjustment rapidly 液動馬達驅動渦輪渦桿傳動，響應速度快，可實現精細控 制。 Digital Position Indication for signal relay to control system 數字閥位/開度顯示，和控制系統聯接。 Available with servo electric motor increased accuracy 可選伺服電機電動控制，提高控制精度。 Rugged T

23、ungsten Carbide Trim for erosion resistance in abrasive flow 碳化鎢硬質合金閥芯/油嘴/防沖蝕套，滿足極端沖蝕/腐 蝕環境使用要求。 HXE 節流閥 針形節流閥震動大、閥桿易斷裂。 國內由塔里木油田和重慶新泰研發 了楔形節流閥，解決了震動和閥桿 斷裂的問題。但犧牲了節流特性， 節流不好控制。而且楔面易刺傷。 筒形節流閥節流特性好，震動小， 耐沖蝕，鉆井上應用最多。 國產針形節流閥國產針形節流閥 楔形節流閥流場矢量分析 國產楔形節流閥國產楔形節流閥 國產筒形節流閥國產筒形節流閥 美國美國T3公司筒形節流閥公司筒形節流閥 美國美國Powe

24、r Choke公司筒形節流閥公司筒形節流閥 T3公司HXE節流閥矢量模擬試驗。 HXE節流閥是T3公司專門為極端環境設計的，閥 芯及閥座設計獨特，極大地提高了抗沖蝕能力 ，適用于高流速及強沖蝕的環境中。 特點: 由壬式閥蓋設計，維護方便. 閥苡及閥座采用整體式碳化鎢材料. 閥芯結構設計獨特，可實現精細節流控制. 閥芯座表面噴涂硬質合金，可旋轉任意角 度安裝，處長使用壽命. 出口下游采用硬質合金套，比行業中其它 節流閥抗沖蝕能力強3-4倍. 配數字閥位顯示器. 同一閥體可安裝 1 ”,2” 和 3” 閥芯. 入口及出口設計為法蘭短節，只需更換短 節就可實現API, ANSI或由壬法蘭連接. 壓力

25、級別5000PSI，10000PSI， 15000PSI，20000PSI 材料級別：EE，FF，HH 執行器執行器 出口出口 閥體閥體 入口入口 HXE節流閥以其優越的抗沖蝕性能，得到了全球用戶的認可和好評。節流閥以其優越的抗沖蝕性能，得到了全球用戶的認可和好評。 已被已被HARLLIBURTON等知名油服公司指定為超深井（泥漿密度大于等知名油服公司指定為超深井（泥漿密度大于2.0）鉆井的）鉆井的 必選產品。必選產品。 回彈式碳氟密封回彈式碳氟密封 PEEK 耐磨密封耐磨密封 可調換方向的閥芯及碳化鎢閥座可調換方向的閥芯及碳化鎢閥座 表面噴涂硬質合金表面噴涂硬質合金 可旋轉任意角度安裝可旋轉

26、任意角度安裝 EXPRO 1.5”節流閥Cv曲線，開度在40% 到90%之間為有效工作區間，非線性曲線； 開度40%-Cv值2 開度60%-Cv值15 開度90%-Cv值60 T3公司 1.5”節流閥Cv曲線，開度在 30%到60%之間為有效工作區間，線 性曲線； 開度30%-Cv值10 開度60%-Cv值70 T3公司HXE和POWER CHOKE公司 1.5”節流閥的Cv曲線對比。 EXPRO 2”節流閥Cv曲線，開度在50%到 80%之間為有效工作區間，非線性曲線； 開度50%-Cv值18 開度80%-Cv值82 T3公司 2”節流閥Cv曲線，開度在 30%到70%之間為有效工作區間，線

27、 性曲線； 開度30%-Cv值10 開度70%-Cv值110 T3公司HXE和POWER CHOKE公司 2”節流閥的Cv曲線對比。 EXPRO 3”節流閥Cv曲線，開度在30%到 70%之間為有效工作區間，非線性曲線； 開度30%-Cv值10 開度70%-Cv值140 T3公司 3”節流閥Cv曲線，開度在 27% 到 70%之間為有效工作區間， 線性曲線； 開度27%-Cv值20 開度70%-Cv值160 T3公司HXE和POWER CHOKE公司 3”節流閥的Cv曲線對比。 普勝特能源西南服務中 心成立于2006年10月，地址位 于成都郫縣現代工業港。 2009年5月搬遷至廣漢 新豐鎮，廠

28、房面積1300平方米。 2010年普勝特能源服 務有限公司投資550萬美元在 中國四川省廣漢市成立普勝特 能源（廣漢）服務有限公司， 承擔T3產品在中國的售后服務。 經過兩年的發展，現 已形成規模化修理修造井口及 管匯臺的服務能力。 一、服務中心簡介一、服務中心簡介 T3/EEC公司主管國際銷售副總裁MICHAEL TAYLOR先生20082008年年1010月月訪問普勝特公司服務中心 （成都郫縣）。 普勝特能源（廣漢）服務有限公司位于四川省廣漢市經濟開發區清遠路9號（ 成綿高速公路側），占地面積45.07畝。 總建筑面積17146.78平方米(其中廠房 11646.16平方米，辦公樓、食堂、附屬 設備用房及宿舍建筑面積5500.62平方米)。 分兩期建設，一