UBD/MPD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

馬國(guó)民，呂恩春

(1.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部，天津 300280;2.中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司，北京 100101)

UBD/MPD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

馬國(guó)民1，呂恩春2

(1.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部，天津 300280;2.中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司，北京 100101)

近年來(lái)，欠平衡鉆井(UBD)和控制壓力鉆井(MPD)因能大幅度提高機(jī)械鉆速、有效降低井下復(fù)雜情況的發(fā)生、減少非生產(chǎn)時(shí)間而得到了飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外也對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。從石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、IADC標(biāo)準(zhǔn)、API標(biāo)準(zhǔn)入手，著重討論欠平衡鉆井和控制壓力鉆井的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，探討建立控制壓力標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含的主要內(nèi)容。

欠平衡鉆井(UBD);控制壓力鉆井(MPD);IADC標(biāo)準(zhǔn);API標(biāo)準(zhǔn)

0 前言

欠平衡鉆井(UBD)技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，隨后迅速在世界各地推廣應(yīng)用，并隨著井口旋轉(zhuǎn)防噴器和井下控制閥的發(fā)展而得到了進(jìn)一步的推廣;控制壓力鉆井(MPD)技術(shù)最早于2004年IADC/SPE阿姆斯特丹鉆井會(huì)議上被提出，它更注重于井底壓力的精確控制，和欠平衡鉆井各有側(cè)重，因都能有效解決多種井下復(fù)雜問(wèn)題，降低非生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間，因此這兩項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。

為了更加規(guī)范的應(yīng)用這兩項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外都制定了相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是欠平衡鉆井技術(shù)由于發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)也比較完善，而控制壓力鉆井國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始制定相關(guān)的分類和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)目前還處于探索階段，還沒(méi)有相關(guān)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1 國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

我國(guó)于2003年首次頒布欠平衡行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543－2003)共分為3部分，同期為了更加安全的進(jìn)行欠平衡鉆井，還頒布了《欠平衡鉆井安全技術(shù)規(guī)程》(SY/T 6551－2003)。

《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543.1－2003)第1部分“設(shè)計(jì)方法”中主要規(guī)定了欠平衡鉆井設(shè)計(jì)的內(nèi)容和原則。主要包括欠平衡鉆井方式和分類、對(duì)地質(zhì)設(shè)計(jì)的要求、欠平衡鉆井方式選擇、欠平衡壓差設(shè)計(jì)、鉆具組合、欠平衡鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)、鉆井流體選擇的一般原則、防火、防爆、防硫化氫安全設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543.2－2003)第2部分“井口壓力控制裝置及地面裝置配備要求”中主要規(guī)定了欠平衡鉆井井口壓力控制裝置及地面裝置的配備型式和技術(shù)要求。主要包括欠平衡鉆井井口壓力控制裝置配備型式、欠平衡鉆井井口壓力控制裝置配備要求、鉆具、井口特殊工具配備、地面裝置配備型式、地面裝置配備要求、防火、防爆、防硫化氮裝置的配備等內(nèi)容。

《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543.3－2005)第3部分“施工規(guī)程”主要規(guī)定了液相欠平衡和充氣鉆井的準(zhǔn)備與實(shí)施(不包含強(qiáng)行起下鉆、欠平衡測(cè)井和欠平衡完井作業(yè)的內(nèi)容)。主要包括術(shù)語(yǔ)和定義、作業(yè)前的準(zhǔn)備、作業(yè)程序、壓力控制、數(shù)據(jù)采集和健康、安全、與環(huán)保要求。

《欠平衡鉆井安全技術(shù)規(guī)程》(SY/T 6551－2003)主要規(guī)定了陸上石油欠平衡鉆井過(guò)程中的安全技術(shù)要求，適用于陸上油氣井液相欠平衡鉆井作業(yè)，氣相、氣液混相欠平衡鉆井作業(yè)可參照?qǐng)?zhí)行。主要包括實(shí)施作業(yè)的基本條件、鉆井特殊安全要求和應(yīng)急等內(nèi)容。

2009年又頒布了《欠平衡測(cè)井作業(yè)技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6571－2009)，規(guī)定了欠平衡測(cè)井的要求、上井前準(zhǔn)備、井場(chǎng)準(zhǔn)備、井口安裝、儀器下井和數(shù)據(jù)采集、井口拆卸及健康、安全、環(huán)境保護(hù)要求，適用于在井筒介質(zhì)為液(氣)體條件下的欠平衡作業(yè)。

2008年和2009年，對(duì)2003版的《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》的3個(gè)部分進(jìn)行了整合，形成了2個(gè)新的欠平衡標(biāo)準(zhǔn)，《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543.1－2008)第1部分:液相和《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543.2－2009)第2部分:氣相，替代了《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6543－2003)的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，形成了以流體類型為分類標(biāo)準(zhǔn)的分類體系。

2 IADC欠平衡作業(yè)和控制壓力鉆井的分類標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)(IADC)為了規(guī)范的推廣欠平衡鉆井和控制壓力鉆井技術(shù)，其下屬的欠平衡作業(yè)(UBO)/控制壓力鉆井(MPD)委員會(huì)制定了相關(guān)的分類標(biāo)準(zhǔn)。

IADC井眼分類標(biāo)準(zhǔn)主要描述欠平衡作業(yè)(UBO)和控制壓力鉆井(MPD)中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、應(yīng)用類別和流體系統(tǒng)。油井主要依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(0～5級(jí))、應(yīng)用類別(A、B或C類)及流體系統(tǒng)(1～5類)進(jìn)行分類。主要是為確定最小的設(shè)備需求、特殊的操作程序以及安全管理措施。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

通常作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)隨著作業(yè)的復(fù)雜性和油井產(chǎn)能的提高而增加，下面的例子僅為指導(dǎo)性說(shuō)明。

0級(jí):僅僅提高鉆井效率，不涉及油氣層。例如利用空氣鉆井提高機(jī)械鉆速。

1級(jí):靠自身壓力油氣無(wú)法流到地面，油井是穩(wěn)定的并且從井控的角度來(lái)看風(fēng)險(xiǎn)較低。例如低于正常壓力系統(tǒng)的油井。

2級(jí):依靠自身壓力油氣可以流到地面，但是可以通過(guò)常規(guī)的壓井方法進(jìn)行控制。如果發(fā)生設(shè)備失效僅能帶來(lái)有限的影響。例如異常壓力水層、低產(chǎn)的油井或氣井、產(chǎn)能衰竭的氣井。

3級(jí):地?zé)峋头钱a(chǎn)層。最大預(yù)計(jì)關(guān)井壓力(MASP)小于欠平衡作業(yè)/控制壓力鉆井設(shè)備的額定壓力。例如含硫化氫的地?zé)峋?/p>

4級(jí):油氣儲(chǔ)層。最大預(yù)計(jì)關(guān)井壓力(MASP)小于欠平衡作業(yè)/控制壓力鉆井設(shè)備的額定工作壓力，如果發(fā)生設(shè)備失效可能會(huì)立即導(dǎo)致嚴(yán)重后果。例如高壓或高產(chǎn)油藏、酸性油氣井、海洋環(huán)境、同時(shí)鉆井和生產(chǎn)的作業(yè)。

5級(jí):最大預(yù)計(jì)關(guān)井壓力(MASP)大于欠平衡作業(yè)/控制壓力鉆井設(shè)備的額定工作壓力，如果發(fā)生設(shè)備失效可能會(huì)立即導(dǎo)致嚴(yán)重后果。例如任何MASP大于欠平衡作業(yè)/控制壓力鉆井設(shè)備額定壓力的油氣井。

2.2 應(yīng)用類別

A類:控制壓力鉆井(MPD)，鉆井液返至地面，保持環(huán)空內(nèi)鉆井液密度等于或大于裸眼井段孔隙壓力當(dāng)量密度。

B類:欠平衡作業(yè)(UBO)，流體返至地面，保持環(huán)空內(nèi)流體密度小于裸眼井段孔隙壓力當(dāng)量密度。

C類:泥漿帽鉆井(MCD)，注入流體和巖屑進(jìn)入漏失地層而不返至地面，在漏失層上面的環(huán)空內(nèi)保持一段泥漿液柱。

2.3 流體系統(tǒng)

氣體:氣體作為流動(dòng)介質(zhì)，沒(méi)有液體進(jìn)入。

霧狀流:有液體進(jìn)入，氣體為連續(xù)相，典型的霧狀流液體小于2.5%。

泡沫:液體為連續(xù)相的兩相流，泡沫來(lái)源于液體中添加的表面活性劑和氣體。典型的泡沫包含55% ～97.5%的氣體。

充氣液體:流體中還有氣泡的鉆井液體系。液體:流體中僅含有單相液體。

3 API關(guān)于欠平衡作業(yè)和控制壓力鉆井的標(biāo)準(zhǔn)

API關(guān)于欠平衡作業(yè)和控制壓力鉆井的標(biāo)準(zhǔn)有2項(xiàng)，API RP 92U欠平衡作業(yè)和API Spec 16旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備。API RP 92U對(duì)陸上和海上的欠平衡作業(yè)的設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝、測(cè)試、作業(yè)都做了詳細(xì)的說(shuō)明。API Spec 16規(guī)定了欠平衡和控制壓力鉆井的關(guān)鍵設(shè)備——旋轉(zhuǎn)防噴器的各種技術(shù)數(shù)據(jù)，包括性能、壓力等級(jí)、材質(zhì)、檢測(cè)、保存、運(yùn)輸?shù)葍?nèi)容，不包含現(xiàn)場(chǎng)的安裝和測(cè)試。

4 對(duì)目前國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的分析

從上面的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀可以看出，在國(guó)內(nèi)對(duì)于欠平衡鉆井已經(jīng)有了比較詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)體系，SY/T 6543經(jīng)過(guò)修訂后形成了以液相和氣相為分類標(biāo)準(zhǔn)，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里詳細(xì)地規(guī)定了欠平衡的適用條件、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)備配套、施工工藝、計(jì)算方法等內(nèi)容，基本上滿足了現(xiàn)場(chǎng)需要。同時(shí)結(jié)合《欠平衡測(cè)井作業(yè)技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6571－2009)及《欠平衡鉆井安全技術(shù)規(guī)程》(SY/T 6551－2003)形成了相對(duì)完整的欠平衡作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。但對(duì)控制壓力鉆井尚未有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)(IADC)2005年對(duì)原有的欠平衡作業(yè)分類體系進(jìn)行了更新，將欠平衡作業(yè)和控制壓力鉆井合在一起，形成了6級(jí)、3類、5種流體類型的分類標(biāo)準(zhǔn)。API僅對(duì)欠平衡作業(yè)有相關(guān)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有涉及控制壓力鉆井。IADC目前正在制定關(guān)于控制壓力鉆井作業(yè)方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括控制壓力工具和現(xiàn)場(chǎng)施工工藝2個(gè)方面的內(nèi)容。

隨著欠平衡作業(yè)20多年的飛速發(fā)展，無(wú)論是從設(shè)備配套還是施工工藝等各方面都有了可以參照的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于控制壓力鉆井由于時(shí)間尚短，尚未形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。

5 對(duì)今后控制壓力鉆井標(biāo)準(zhǔn)的探討

由于控制壓力鉆井對(duì)于復(fù)雜地層的鉆進(jìn)有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性，能夠有效減少井下的復(fù)雜情況，降低非生產(chǎn)時(shí)效。目前國(guó)內(nèi)外都在大力發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)，IADC也正在完善相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，在不久的將來(lái)，必將形成分類標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備選擇、施工工藝等一整套作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而使控制壓力鉆井進(jìn)入規(guī)范化施工階段。

我國(guó)控制壓力鉆井還處于探索階段，現(xiàn)場(chǎng)的施工也大多參照國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和欠平衡作業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為迎頭趕上國(guó)外的控制壓力鉆井技術(shù)，除了大力發(fā)展配套的工具設(shè)備以外，還要制定配套作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范控制壓力鉆井現(xiàn)場(chǎng)操作。控制壓力鉆井的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面。

(1)范圍，明確該標(biāo)準(zhǔn)的適用的范圍。

(2)規(guī)范性引用文件，包括引用的其他標(biāo)準(zhǔn)。

(3)術(shù)語(yǔ)和定義，包括與控制壓力鉆井相關(guān)的定義。

(4)控制壓力的鉆井條件，主要描述控制壓力鉆井的適用條件，選擇方法。

(5)控制壓力鉆井設(shè)計(jì)，主要包括設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)內(nèi)容等。

(6)控制壓力井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(7)井口控壓值的設(shè)計(jì)，主要根據(jù)地層壓力和井口設(shè)備情況確定井口的控壓值。

(8)控制壓力參數(shù)設(shè)計(jì)，主要包括環(huán)空壓力梯度的計(jì)算方法。

(9)控制壓力鉆井鉆井液密度和相態(tài)的選擇。

(10)控制壓力鉆井壓井液密度和數(shù)量的確定。

(11)控制壓力鉆井井口、地面設(shè)備、鉆具和井口工具的配備。

(12)鉆具組合。

(13)作業(yè)準(zhǔn)備，包括技術(shù)交底、設(shè)備的安裝、試壓、開(kāi)鉆驗(yàn)收等內(nèi)容。

(14)控制壓力鉆進(jìn)，包括鉆進(jìn)準(zhǔn)備、循環(huán)流程、井口壓力控制、各種工序的操作程序和應(yīng)急預(yù)案等內(nèi)容。

(15)健康、安全與環(huán)保要求。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)欠平衡鉆井和控制壓力鉆井技術(shù)能大幅度提高機(jī)械鉆速、有效降低井下復(fù)雜情況的發(fā)生、減少非生產(chǎn)時(shí)間，因此在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。

(2)國(guó)內(nèi)外對(duì)欠平衡鉆井制定了比較完善的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了欠平衡鉆井設(shè)計(jì)、工具選擇及現(xiàn)場(chǎng)施工工藝等各方面。

(3)我國(guó)尚沒(méi)有控制壓力鉆井相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外在2005年已對(duì)控制壓力鉆井制定了分類標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)開(kāi)始制定設(shè)備配套和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)石油行業(yè)應(yīng)盡快從定義和分類、設(shè)計(jì)、設(shè)備配套、工藝措施等方面制定控制壓力鉆井的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的規(guī)范發(fā)展。

［1］SY/T 6543.1－2003，欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范 第1部分:設(shè)計(jì)方法［S］.

［2］SY/T 6543.2－2003，欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范 第2部分:井口壓力控制裝置及地面裝置配備要求［S］.

［3］SY/T 6543.3－2005，欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范 第3部分:施工規(guī)程［S］.

［4］SY/T 6551－2003，欠平衡鉆井安全技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］SY/T 6571－2009，欠平衡測(cè)井作業(yè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］SY/T 6543.1－2008，欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范 第1部分:液相［S］.

［7］SY/T 6543.2－2009，欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范 第2部分:氣相［S］.

［8］IADC.Well Classification System for Underbalanced Operations and Managed Pressure Drilling［Z］.2005.

［9］API.RP 92U Underbalanced Drilling Operations［Z］.2008.

［10］API.Spec 16RCDDrill Through Equipment—Rotating Control Devices［Z］.2005.

Study on Technical Standards of UBD/MPD

MA Guo-min1，LV En-chun2(1.CNPC Offshore Engineering Company Limited Drilling Division，Tianjin 300280，China;2.GWDC International，CNPC，Beijing 100101，China)

In recent years，under-balanced drilling(UBD)and managed pressure drilling(MPD)have been rapidly developed thanks to their contributions to penetration rate improvement and effective reductions in both the occurrence of downhole problems and non-productive time.At present，a considerable number of industry standards have been made for the above two techniques in China and abroad.Starting from oil industry standards，IADC standards and API standards，the paper focused on the discussion on the current situation of standards of UBDand MPD，studied the main contents in the future standards of managed pressure drilling in China.

under-balanced drilling(UBD);managed pressure drilling(MPD);IADC standards;API standards

TU249

A

1672－7428(2011)10－0080－03

2011－04－08;

2011－09－19

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“中東中亞地區(qū)大型項(xiàng)目基礎(chǔ)研究及關(guān)鍵技術(shù)”(2008ZX05031)部分研究成果

馬國(guó)民(1968－)，男(漢族)，河北廊坊人，中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部工程師，鉆井工程專業(yè)，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作，天津市大港油田北穿港路中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部A216室，mgm5003@163.com。