油气钻井作业的固有风险令人生畏，其中最严峻的莫过于充满不确定性的井下压力。根据国际钻井承包商协会的定义，控压钻井（MPD）是一种自适应钻井工艺，用于精确控制整个井筒的环空压力。在过去五十年里，已经开发并完善了许多技术与方法，以减轻和克服压力不确定性带来的挑战。自1968年推出全球首套旋转控制装置（RCD）以来，威德福一直是该行业的先驱。
作为MPD行业的领跑者，威德福创新开发出多种解决方案与技术，以扩大控压范围和应用场景。但控压不仅仅是控制环空压力。它必须考虑全球各地无数的特殊作业条件、复杂地层以及不同井场位置的挑战。凭借数十年积累的深厚经验，该公司的技术专家意识到，优秀的控压工艺应该是量身定制以应对不同挑战，而不是适用于任何应用的通用系统。以该理念为指导原则，开发出不同层次的MPD技术，以满足作业公司的各种需求，无论其所处的条件或环境多么具有挑战性。
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01. 利用RCD创建闭环系统
旋转控制装置提供了安全保障与流量分流，同时也是MPD的入门技术。RCD最初开发于上世纪六十年代，专为陆上作业而设计，用于在防喷器 (BOP) 上部进行分流，以形成闭环循环系统。该公司不断创新、改进RCD技术，几十年来取得了经现场验证的成功。
MPD应用逐渐扩展至难度更高（新环境、新挑战）的领域，对MPD系统提出了更高要求。这推动了RCD技术的持续进步，目前已采用更高的额定压力与温度，甚至获得了美国石油学会在纯气体条件下使用的资格认证。以威德福的聚氨酯高温密封元件为例，与现有的聚氨酯元件相比，它的额定温度提高了60%。
随着能源行业的成熟、海上市场的发展，威德福开发出新型RCD，以应对浅水和深水环境的独特挑战。浅水钻井平台使用的RCD位于水面BOP的上方，而动态定位的钻井船则通常将RCD安装在张力环的下方，作为隔水管组件的一部分。无论是何种应用或环境，RCD 都是一项关键技术，它能使钻井作业保持恒定的环空压力，形成耐压屏障，防止钻井危险，并控制地层流体的侵入。
02. 增加节流阀以更好地控制压力
虽然RCD能够分流返出流体，但主动控制井筒压力剖面的能力是由下游地面设备，特别是节流阀实现的。将该设备与RCD相结合，可实现MPD技术，提供更强的井口压力控制。威德福开发的PressurePro Managed Pressure解决方案与RCD配合使用，可在提高钻井能力的同时，避免井下发生压力相关事故。
该系统使用单个操作界面（HMI）控制节流阀。HMI显示在司钻房或钻台的笔记本电脑上，使现场人员能够在监测重要钻井参数时，以虚拟方式而非手动方式控制节流阀。操作人员输入设定压力值，然后PressurePro系统通过控制井口背压（SBP）自动维持该压力值。可根据井下压力变化自动调整节流阀，实现快速、可靠的系统校正。
03. 自动响应，降低钻井风险
Victus智能MPD解决方案是威德福最重要的MPD产品，也是市场上最先进的MPD技术之一。该技术以威德福成熟的RCD和节流阀为基础，将精度、控制、自动化提高到前所未有的水平。它通过整合钻机设备，实现机器之间通信、实时分析井况以及从中心位置快速自动响应，从而精准维持井底压力。
在设备方面，Victus解决方案通过增加科里奥利质量流量计以及拥有四个独立控制的节流阀的管汇，增加了精确的流量与密度测量功能。先进的水力学模型综合考虑了流体和地层温度、流体压缩性与井筒岩屑的影响，精确地确定实时井底压力。人工智能（AI）控制算法可识别井筒异常，提醒司钻和MPD操作人员，并自动向MPD地面设备发送调整命令。这样可以实时检测井筒溢流/漏失，并能够根据水力建模和智能控制对设备进行适当调整，且无需操作人员手动输入。基于可编程逻辑控制器（PLC）的系统可轻松集成在钻井平台的任何位置，以提供可靠、安全的MPD基础设施。
简化的用户界面有助于用户始终关注关键参数，并对突发事件发出警报。基于状态的监测可跟踪MPD设备的性能，实现主动维护。可靠的自动报告（如每日总结或作业后分析）可进一步优化钻井性能。在深水作业中，通过单个用户界面进行远程控制，可实现隔水管自动安装、环空封隔装置（AID）完全关闭、RCD闭锁和解锁以及流路控制。从井设计、实时作业到作业后总结，所有数据都保持一致。通过CENTRO建井优化平台对实时查看和工程评估/规划方面进行管理。
目前的发展包括使用高压流量计（安装在立管上）取代简单的泵冲程计数器来改进流量测量。利用这项新技术，可将闭环钻井回路入口侧流体的流变性、质量流量特性与返出流体的测量结果进行比较。与更新频率低得多的传统人工泥浆测量方法相比，该系统具有更好的水力模型和实时数据。
04. 提供简单、精确的压力控制与数据采集
PressurePro和Victus技术分别是针对入门级和高级压力控制应用而开发的解决方案。威德福发现，还有一些应用适合采用介于这两个级别之间的解决方案。该公司最新推出的Modus控压建井方案填补了这一空白。该系统设计用于高温或低温环境、陆地和浅水等多种应用。该系统的目标非常简单：专注于控压技术的性能优势，使作业公司能够更高效地钻井，减少压力造成的相关问题。
Modus解决方案采用模块化设计，可灵活高效安装。该系统将三个设备撬装在一个海运集装箱内，在现场卸货时仅需一次吊装。如果需要，还可将单个撬块从海运集装箱中取出，以便在井场周围进行特定放置。
节流管汇是一个独立撬块，但如果需要将节流管汇安装于现有基础设施内，系统可根据每个钻井平台的具体要求进行配置。该系统拥有两个数字控制节流阀，可灵活地单独使用其中一个节流阀进行封隔，或组合使用以获得更高的流量。对这些节流阀的精确控制可改善井筒压力和循环当量（ECD）控制，从而以更低的泥浆比重实现更高效的钻井。该管汇还集成了一套过压保护系统与管路。
流量测量设备为第二个撬块。该设备可使用科里奥利流量计，测量返出流量与流体性质，这款流量计是公认的行业精度标杆。使用这种连续的质量平衡数据，作业者能够立即识别以流量异常形式出现的井下压力变化。对井况变化的实时可视性，有助于做出快速反应与调整，在压力问题影响作业之前将其解决。
▲业内领先技术以数字方式显示井况，以便对井下事件（包括井涌和漏失）做出更快响应
数字控制系统安装在第三个撬块中，负责管理测控设备的数据与功能。该数字平台通过笔记本电脑的HMI工作，操作者可看到具有历史趋势的测量条件，并通过数字软件控制压力。屏幕上显示的图表可即时显示井下状况的趋势，从而根据数据做出更好的决策和更快的反应。在恒定井底压力模式下运行时，该系统在接卸立柱期间可快速加压。只需按一下按钮，该系统就会自动调整节流阀，施加所需压力至井筒，从而在没有流动的情况下保持恒定的井下压力。相关数据被收集、存储以供作业后分析，并通过井场信息传输(WITS)接口进行传输，在CENTRO平台上即可查看。
通过自动控制压力，Modus解决方案能够对井下压力变化做出及时反应，以保护人员、井筒、环境与其他众多资产。作为井筒完整性系统的一部分，Modus解决方案通过控制ECD，提供值得信赖的方法，来提高作业安全性并保护地层完整性，从而在变数多且未知的窄安全窗口内实现安全钻井。
05.现场成功应用
威德福依靠50多年的经验、数千次作业和数百万小时的作业时间，总结出值得信赖的方法，吸引俄亥俄州的一家作业公司部署了Modus解决方案。在Utica页岩区块中，该作业公司需钻进8.5英寸井眼至设计井深，以满足授权支出成本目标。
与计划钻井时间相比，Modus解决方案将钻井时间缩短了60%，并且一趟钻完成了整个井段。此次成功的关键是使用MPD技术，在设计水平段内维持理想的泥浆比重，最大限度降低井筒循环压耗。其目的是在压力剖面不确定的地层中，避免高比重泥浆对地层的潜在损害。
在基本设计与施工设计阶段，威德福的技术专家与该作业公司合作，为这口水平井框定了作业范围，设定了钻井目标。该团队确定了需求并创建了服务质量交付计划，该计划不仅可以协调项目的执行与物流，还能够降低总体成本。威德福工程师推荐Modus解决方案作为该作业公司的最佳选择。
完成设计后，威德福作业人员在俄亥俄州进行了井场勘测，使当地团队能够准备好作业场地和集结区域，并识别、消除潜在危险。与此同时，德克萨斯州的专家在设备装运前对其进行了测试。这两个团队与作业公司持续保持沟通，以协调按时交付设备。Modus MPD设备运抵钻井现场后，进行了高效的安装与调试，威德福团队迅速调整了MPD作业布局，以适应该作业公司的钻井设计的变化。
然而，井筒着陆后不久，井内就出现了堵塞迹象。与作业公司讨论后，威德福的MPD团队提供了最新作业方案，以解决该问题。首选方案是增加背压，同时将泥浆密度缓慢提升0.5ppg（0.06 SG）。这使得钻机无需等待泥浆调整，就可以继续钻井，也不会显著增加泥浆比重。通过这种调整，继续使用相同的底部钻具组合，一趟钻就钻至水平段的目标深度。
整个作业期间，Modus解决方案主动监测井涌与井漏，使作业公司能够使用密度更低的钻井液，减少重晶石使用量。作为井筒中低比重泥浆的补充，Modus MPD技术主动施加井口背压，以轻松应对不断变化的井下状况。而传统方法通常需要数小时或一天时间来增加或降低泥浆密度。
通过应用Modus技术，该作业公司比设计天数（15天）提前9天钻至目标深度。此外，通过降低1.0 ppg (0.12 SG) 泥浆比重、调整背压以平衡井下与地层压力，作业公司降低了总体成本。这套威德福解决方案一趟钻就完成了18000 英尺（5486米）的水平段，与四口常规邻井相比，机械钻速（ROP）提高了18%。
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06. 展望MPD技术未来
上述通过提升性能创造价值的案例，只是威德福Modus解决方案更广泛应用的一个佐证。到2024年，将部署一批系统至全球各地，以进一步扩大控压技术的使用，使其他作业公司也能够了解并实现复杂情况更少、建井质量更高的长期价值。
多年来，能源行业仅将压力控制技术应用于钻井作业阶段。威德福对压力控制的看法有所不同。它是一种性能提升解决方案，适用于众多甚至所有的油井分类，包括水平井、定向井、开发井、多分支井等。通过重新定义井筒压力控制所能实现的目标，包括固井、下油管与完井管柱等其他作业，都能获益于稳定的井筒，避免井筒坍塌和地层破坏，同时提高效率。
例如，在固井期间控制压力，作业公司可以更主动地应对井中事件，例如井涌与井漏，从而改善层间隔离。控压固井在钻井窗口窄、地层薄弱或边际极小的井中尤为有效。将控压工具与技术应用于完井作业时，在安装完井工具期间，可以轻松控制压力，提高作业效率，降低风险。
在安全作业窗口内更好地控制压力且适用于所有井和作业。随着Modus解决方案以及针对不同应用的控压系统的不断涌现，如今可在更多油井中控制井筒压力，威德福解决方案能够提供全面的压力控制，减少意外情况，提高井筒质量，增加井筒稳定性，提高产量。
