2.3.3.1　井底恒压钻井原理

井底恒压（constant bottom hole pressure，CBHP）的MPD又称为当量循环密度（equivalent circulating density，ECD）控制，是一种通过环空循环摩阻、节流压力和钻井液静液柱压力来精确控制井眼压力的方法。设计时使用低于常规钻井方式的钻井液密度进行近平衡钻井。循环时井底压力等于静液柱压力加上环空压耗；当关井、接钻杆时，循环压耗消失，BHP处于欠平衡状态，在井口加回压使BHP保持一定程度的过平衡，防止地层流体侵入，理想的情况是静止时在井口加的回压等于循环时的环空压耗。

在CBHP的控压钻井作业中，无论是在钻进、接单根，还是起下钻时均保持恒定的环空压力剖面，在钻进孔隙压力-破裂压力梯度窗口狭窄的地层或存在涌-漏同层现象时可实现有效的压力控制。通过综合分析井下测量数据和水力学模型的计算结果，及时调控MPD的控制参数（流体密度、流体流变性能、环空液面、井眼几何尺寸、井口回压、水力学摩擦阻力等），从而精确控制BHP，使之接近于恒定，避免压裂地层或发生井涌。

在CBHP的MPD中，钻井液密度可能低于孔隙压力，但这并非欠平衡钻井，因为总的钻井液当量密度仍高于地层孔隙压力，属于MPD技术的范围。液相水基钻井液进行MPD，钻井液密度需要低于地层孔隙压力。在这种情况下，对发生意外侵入的流体应当使用专用的井口装置和流体处理设备，使侵入流体得到适当控制。

CBHP的MPD技术能调整环空压力剖面，精确控制BHP，非常适合深井、窄密度窗口地层钻井。

2.3.3.2　控压钻井的工艺流程

在封闭循环系统中，钻井液从钻井液池通过钻井泵到立管进入钻杆，通过浮阀和钻头上部的环空，然后从旋转控制装置下方的环形防喷器流出，再通过一系列的节流阀，到振动筛或脱气装置，最后回到钻井液池。环空中的钻井液压力通过使用旋转控制装置和节流管汇，被控制在钻井泵出口和节流阀之间。

MPD系统通过井的模拟程序来反馈数据，该程序能读取和处理包括井身结构和直径、地层数据、钻柱转速、渗透率、钻井液黏度、钻井液密度和温度等数据，然后预测环空压力剖面。

环空任意点的压力由钻井液静液压力、环空摩阻压力和地面的回压三部分组成。由于钻井液静液压力在给定期间基本上是常数，所以能快速变化的其余两个参数是环空摩阻压力（适当改变钻井泵速度）和地面的回压（通过自动的节流系统控制）。(www.daowen.com)

当决定需要调控压力剖面时，为了达到所需要的环空压力剖面，在模拟控制下节流阀自动调节以改变因环空的钻井液流速增加或减小而引起的环空摩阻压力的变化。用于MPD系统的自动控制压力系统能自动调节节流阀，产生必要的微小调节量来维持所需的环空压力剖面。

在MPD系统中，当钻井泵减速且钻井液流量减小时，由于环空摩阻压力的减小，会出现较低的流动速度，也就会产生较低的环空摩擦力，环空摩阻压力的减小量一定会同时被节流阀的回压所代替，钻井中的模拟控制程序也就连续不断地送出新的压力校正信号，并且自动控制压力系统会调节并保持所需的压力。

1）钻进过程

在钻进过程中，钻井液由钻井泵经水龙头、立管、钻杆进入井底，然后再经环空上返到井口，经井口节流管汇和钻井液分离设备回流到泥浆池，完成一个钻进过程循环。在井底，井下压力随钻测量系统在随钻过程中可以实时测量井底环空压力数据，通过专用泥浆脉冲发生器将数据实时传送到地面。在井口地面上，综合压力控制器利用装在节流管汇上的压力检测仪器监测回压，使它保持在水力模型实时计算得出的范围内。如果检测到压力异常，综合压力控制器对节流管汇发出指令，节流管汇迅速做出适当调整。节流管汇管线口径大，配有备用阀并具有自动切换功能，可保证钻井液流动畅通。节流阀的最大内径是3 in。如果岩屑阻塞节流阀，综合压力控制器会自动开大节流阀，泄压并清除岩屑；如果节流阀置于最大位置却仍不能泄压，综合压力控制器会自动切换到备用阀并报警。

2）接单根过程

在接单根过程中，钻井泵停止工作，井下由于泥浆的中断造成井底压力下降，环空中产生动态压差，导致泥浆循环漏失等问题，此时综合压力控制器自动关闭钻进节流管汇、启动备用回压泵，回压泵在综合压力控制器的控制下立刻对井口回压变化迅速做出调整，向节流管汇供钻井液，使它保持在水力模型实时计算得出的范围内。如果检测到压力异常，综合压力控制器对二级节流管汇发出指令，二级节流管汇迅速做出适当调整，保持回压，维持井底压力在安全窗口内。

连续循环系统也可以视为一种恒CBHP钻井工具，它可以在钻井过程中增强对ECD的控制，提高在狭窄压力窗口下的有效钻井能力。连续循环系统有利于大斜度井、水平井以及深水钻井，便于狭窄钻井液密度窗口井和压力敏感井的钻进，有利于促进欠平衡钻井技术的发展。以中国海油、远东石油联合研制的连续循环系统在南海东部的应用为例，ECD控制12.03～12.97 lb／gal，波动压力2.4%～4.5%（非连续循环钻井波动压力大于6.3%），岩屑运移效率＞90%，携屑效果好，无岩屑床和沉砂阻卡问题，泥浆岩屑浓度＜0.5%，泥浆密度增加值0.3～0.9 lb／gal；在高温高压钻井中，配合多参数实时联动调控微压差的连续循环钻井技术，实现了极窄压力窗口井段ECD精确控制在高于地层压力0.01～0.02g／cm3的极小压力波动值，极大地降低了高温高压复杂井的井下事故率。