CN110118069A - 一种超深井钻井压力控制设备及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超深井钻井压力控制设备及操作方法，包括泥浆输入管线、第一泥浆返出管线、第二泥浆返出管线、压井管线、回压管线、节流管线和井控装置；操作方法包括正常钻进模式、由正常钻进转换至接单根模式、由正常钻进转换至起钻模式、下钻模式和换阀芯模式。控制装备省去了回压泵等设备，简化了节流管线的控制装置，降低设备成本，简化现场施工工艺，压力控制方面更加安全高效；本申请所述的钻井工艺可减小井漏程度，降低堵漏难度，满足我国石油天然气标准，达到安全钻井的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油开发领域，尤其涉及一种超深井钻井压力控制设备及操作方法。
背景技术
随着钻井技术的飞速发展，世界上石油勘探发展趋势已经由浅层井向深井、超深井方向转变，特别是在西部地区(塔里木、塔河、吐哈和四川)的石油资源量占全国总资源量的38％，探明率仅为9％，是国内石油产量的主要接替地区，特别是塔里木等地的油气藏均在6000至7000米的地层深处，所以要靠超深井进行开发。超深井是指井深6000m～8000m的井。
井越深，地层对钻井液密度就越敏感，在高温高压超深井含硫化氢窄压力窗口钻井过程中，出现溢流或者漏失将造成严重的后果，一般情况下为了防止溢流的发生，在井底保持足够的正压差。油田井控细则要求在钻进时密度附加值0.07g/cm3～0.15g/cm3，或压力附加值3～5MPa，工程实践一般选取附加上限。
常规钻井技术通过钻井液密度设计时附加5MPa的安全压力，使井底保持正压差，平衡正常钻进和起下钻过程中钻井液密度分布不均匀产生的压力波动，达到安全钻井的目的。但是，对于井深6000～8000m的超深井，循环压耗将达到6～8MPa，则实际附加在目的层的压力将超过11MPa，储层段承压有限，过大的附加压力，使井底压力超过漏失压力，导致井漏，增大堵漏难度。
对于此类地层，为了达到提高机械钻速、减少储层污染、避免泥浆漏失、控制溢流井涌等目的，近年来精细控压钻井已在国内外得到了广泛的应用。精细控压钻井技术在进行钻井液设计时，以钻进状态为标准，要求在钻进过程中井底压力等于地层压力，来达到安全钻井的目的，实现的方法是通过控压钻井装备和工艺技术相结合，实现环空压力动态、自适应控制。但是，由于地质条件的不确定性、地层不均匀性，导致地层压力预测不准确，某些地层压力偏高，有发生溢流事故的风险；精细控压钻井钻井过程中钻井液密度分布不均匀，为了保持井底压力恒定，需要一直进行节流操作，节流阀处于时刻工作状态，设备损耗大；节流压力的大小是根据井下测量系统PWD传到控制中心的数据进行计算的，对于高温高压超深井而言，井下测量系统可靠性待提高，井下测量系统失效、PWD未监测到井底压力的变化均会导致井底压力预测不准确，影响精细控压钻井安全作业。实践表明现场作业过程中，溢流事故时有发生。
常规钻井方法配套的钻井设备简单、作业成本低，但井口无法施加回压，不适用于高温高压超深井窄压力窗口地层；精细控压钻井配套的钻井设备在高温高压超深井窄压力窗口地层钻井过程中，通过调节井口回压，能有效控制井筒压力，但存在设备复杂、设备损耗大、钻井成本高、现场实施需要专业队伍，推广难度大的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种超深井钻井压力控制设备及其操作方法。
一种超深井钻井压力控制设备，包括泥浆输入管线、第一泥浆返出管线、第二泥浆返出管线、压井管线、回压管线、节流管线和井控装置；所述井控装置包括旋转控制头、环形防喷器和双闸板防喷器；所述泥浆输入管线通过井控装置伸入井内，井控装置旋转控制头的第一出口连接第一泥浆返出管线，四通出口连接第二泥浆返出管线；所述压井管线一端连接四通的进口，另一端连接泥浆输入管线；泥浆输入管线和第一泥浆返出管线之间设置有回压管线；所述第一泥浆返出管线上设置有节流管线，所述节流管线用于控制回压管线压力。
所述泥浆输入管线包括方钻杆和钻杆，方钻杆与钻杆连接，钻杆的下方设有井下测量系统PWD，钻杆外通过表层套管设有井控装置。
进一步，本设备还包括放喷管线，所述放喷管线分别与第二泥浆返出管线的第一出口和压井管线连接。
进一步，本设备还包括泥浆泵管线，所述泥浆泵管线包括泥浆泵和泥浆罐，所述泥浆罐通过阀门连接泥浆泵。泥浆泵通过第一流量计与泥浆输入管线连接。
所述泥浆泵管线还包括重泥浆罐和隔离液罐，所述重泥浆罐和隔离液罐均通过阀门连接泥浆泵。
进一步，本设备还包括液气分离器和振动筛，第一泥浆返出管线末端分别与液气分离器连接和振动筛连接；第二泥浆返出管线的第二出口与液气分离器连接，液气分离器第一出口与入口连接振动筛；振动筛的第一出口与泥浆罐连接，第二出口连接到岩屑池。
所述的第二泥浆返出管线上还设置有辅助节流管汇，辅助节流管线由三条管线组成，一条管线为井队常用节流管线、一条管线为备用节流管线、一条管线为放喷管线，当发生井涌关井后，利用节流阀启闭程度的不同，控制套管压力，维持井下压力恒定，节流管汇由节流阀和平板阀构成。
进一步，本设备还包括第二流量计，所述第二流量计设置于回压管线与第一泥浆返出管线连接处和节流管线与第一泥浆返出管线连接处之间。
所述节流管线包括节流阀，所述节流阀两端通过阀门与第一泥浆返出管线连接。在进行钻井作业之前，首先要对节流阀进行节流实验，确定不同流量不同开度下对应的节流压力的大小，精确计算加系统运行，完成整个节流操作。
超深井钻井压力控制设备操作方法，包括正常钻进模式、由正常钻进转换至接单根模式、由正常钻进转换至起钻模式、下钻模式和换阀芯模式；
所述正常钻进模式为：打开泥浆输入管线，钻井液通过泥浆输入管线进入井控装备中，经过方钻杆-钻杆-环空循环后，由第一泥浆返出管线返出；
所述由正常钻进转换至接单根模式为：计算正常钻进过程中的循环压耗，确定转换后的回压补偿，调节节流阀开度，关闭泥浆输入管线，打开回压管线和节流管线，在方钻杆中压力为零后接单根；
所述由正常钻进转换至起钻模式为：先转换至单根模式，计算正常钻进过程中的循环压耗和起钻过程中抽汲压力，调节节流阀开度，施加回压，上提钻柱至注隔离液位置，注入隔离液；完成后进行卸压，在立管压力为零后，起钻至隔离液顶部；注入重泥浆，重泥浆进入立管循环，井口回压降为零时，打开压井管线和第二泥浆返出管线，低排量循环重泥浆；
所述下钻模式为：钻头下至隔离液底部，进行顶替重泥浆；重泥浆顶替结束后，关闭泥浆输入管线，打开回压管线，调节井口回压，在接单根模式下下钻到井底；
所述换阀芯模式为：所述由正常钻进转换至接单根模式，关闭第一泥浆返出管线、回压管线和双闸板防喷器，对井控装置进行卸压，更换环形防喷器的阀芯。
本发明的有益效果在于：本发明提供的控制装备省去了回压泵等设备，简化了节流管线的控制装置，降低设备成本，简化现场施工工艺，压力控制方面安全高效；即使在停钻和设备失去控制的情况下，也可始终保持井底正压差，防止溢流井下复杂情况发生；若钻遇高压地层或地层压力突然升高，可直接打开回压管线，关闭泥浆输入管线，并调节节流阀的开度，遏制溢流的发生；压力传感器和随钻压力测量仪器PWD可实时监测各处和井底的压力；不需要回压泵，只需要钻井泵并控制各个阀门的开闭即可完成全部钻井和节流操作；正常钻进和接单根的相互转换过程中，可有效减小水击现象，最大化减小井底压力波动。
附图说明
图1是超深井钻井压力控制设备结构示意图；
图2是本申请方案与其他钻井工艺对比示意图；
图1中，1-泥浆输入管线，101-方钻杆，102-钻杆，103-随钻测量系统，2-第一泥浆返出管线，3-第二泥浆返出管线，4-压井管线，5-回压管线，6-节流管线，601-节流阀，7-井控装置，701-四通，702-旋转控制头，703-环形防喷器，704-双闸板防喷器，8-泥浆泵管线，801-泥浆泵，802-泥浆罐803-重泥浆罐，804-隔离液罐，9-液气分离器，10-振动筛，11-第一流量计，12-第二流量计。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
在钻井工程中，地层存在一个安全钻井压力窗口ΔPwindow，ΔPwindow为地层破裂压力、漏失压力最小值与地层坍塌压力、孔隙压力最大值之差，即：
ΔPwindow＝min(Pf，PL)-max(Pp，Pcp)
式中，ΔPwindow为安全钻井密度窗口(MPa)；Pf为地层破裂压力(MPa)；PL为地层漏失压力(MPa)；Pp为地层孔隙压力(MPa)；Pcp为地层坍塌压力(MPa)。
本申请所述的超深井钻井压力控制设备是应用在含硫化氢窄压力窗口的钻井工艺，工艺的特点是在停泵状态下设计钻井液密度时：
Pbh＝Pp
式中，Pbh为井底压力(MPa)，
Pbh＝Pmgh
在正常钻进状态下：
Pbh＝Pmgh+Pfa
且满足：
Pfa≥5MPa
式中，Pm为平衡压力钻井的钻井液密度(Kg/m3)；h为井底垂深(m)；Pfa为环空循环压耗(MPa)；
由以上条件进行钻井液密度设计，在高温高压超深井含硫化氢窄压力窗口地层，正常钻进过程中由于循环压耗作用可以保证井底至少5MPa的正压差，在停止钻井液循环时，井口加回压。在钻井过程中使用此井筒压力控制方法可以有效地控制溢流发生，减小井漏程度，降低堵漏难度。在整个钻井过程中，能够有效保证井底安全，达到安全钻井的目的。
如图1所示，一种超深井钻井压力控制设备，包括泥浆输入管线1、第一泥浆返出管线2、第二泥浆返出管线3、压井管线4、回压管线5、节流管线6和井控装置7；所述井控装置7包括四通701、旋转控制头702、环形防喷器703和双闸板防喷器704；所述泥浆输入管线1通过井控装置7伸入井内，井控装置旋转控制头702的第一出口连接第一泥浆返出管线2，四通701出口连接第二泥浆返出管线3；所述压井管线4一端连接四通701的进口，另一端连接泥浆输入管线1；泥浆输入管线1和第一泥浆返出管线2之间设置有回压管线5；所述第一泥浆返出管线2上设置有节流管线6，所述节流管线6用于控制回压管线5压力。
在本实施例中，三个管线的交汇处使用三通连接，两个管线之间的连接使用阀门，同时各管线上设置有阀门控制管线通断，具体地，所述阀门优选为平板阀，所有平板阀均为液动平板阀。
所述泥浆输入管线1包括方钻杆101和钻杆102，方钻杆101与钻杆102连接，钻杆102的下方设有井下测量系统103，钻杆102外通过表层套管设有井控装置7。井下测量系统103将井底的压力温度数据传回控制中心，控制中心根据流量计数据计算确定需要施加的井口回压。
泥浆输入管线1上设置有第一三通和第二三通用于连接压井管线4和回压管线5，两个三通之间设置有第一平板阀，第二三通与方钻杆之间设置有第二平板阀，同时还设置立压表，用于监测方钻杆压力。
本实施中，本设备还包括泥浆泵管线8，所述泥浆泵管线8包括泥浆泵801、泥浆罐802、重泥浆罐803和隔离液罐804，所述泥浆罐802通过第三平板阀连接泥浆泵801，重泥浆罐803通过第四平板阀连接泥浆泵801，隔离液罐804通过第五平板阀连接泥浆泵801，泥浆泵801通过第一流量计11与泥浆输入管线1的第一三通连接。
第一返出管线2上设置有第三三通、第四三通、第五三通和第六三通，井控装置旋转控制头702的第一出口通过第六平板阀连接第一泥浆返出管线2，第三三通与第一三通之间连接有回压管线5。第三三通和第四三通之间连接有第二流量计12.
所述节流管线6包括节流阀601，所述节流阀两端通过第七平板阀和第八平板阀与第一泥浆返出管线2连接，所述第七平板阀与第四三通连接，所述第八平板阀与第五三通连接，同时在第四三通和第五三通之间设置有第九平板阀。根据控制中心传出指令调节节流阀601的开度施加井口回压。在进行钻井作业之前，首先要对节流阀进行节流实验，确定不同流量不同开度下对应的节流压力的大小，精确计算加系统运行，完成整个节流操作。
第二泥浆返出管线3包括井队自带分流管汇3，四通701出口通过第十平板阀连接至井队自带分流管汇3，所述井队自带分流管汇3的第一出口通过第十一平板阀连接放喷管线，井队自带分离管汇上还包括辅助节流管线，辅助节流管线包括常用节流管线、备用节流管线和放喷管线，节流管线由节流阀(半开)和平板阀组成。
本实施例中，本设备还包括液气分离器9和振动筛10，第一泥浆返出管线2的第六三通通过第十二平板阀连接液气分离器9，同时第六三通还通过第十三平板阀连接第七三通，第七三通连接振动筛10；井队自带分流管汇3的第二出口通过第十四平板阀连接液气分离器9。所述液气分离器9的第一出口通过第十五平板阀和第十六平板阀连接至第七三通，即液气分离器9的第一出口与振动筛10连接。所述液气分离器9的第二出口连接有点火装置，用于点燃分离的气体。所述振动筛10的的第一出口与泥浆罐802连接，振动筛10的的第二出口与岩屑池相连。
压井管线4一端通过第十七平板阀连接泥浆输入管线1上的第二三通，另一端通过第十八单流阀、第十九平板阀、第八三通和第二十平板阀与四通701进口连接。所述第八三通通过第二十一平板阀连接至放喷管线。
回压管线5上设置有第二十二平板阀。
本发明还提供了一种基于超深井钻井压力控制设备的操作方法，包括正常钻进模式、由正常钻进转换至接单根模式、由正常钻进转换至起钻模式、下钻模式和换阀芯模式；
正常钻进模型为，钻井液通过泥浆泵管线8、泥浆输入管线1进入井控装备7中，即通过方钻杆101循环后进入井控装备7中，实现方钻杆循环，井控装置7中的钻井液经过钻杆-环空循环，由第一泥浆返出管线2返出，此时第十二平板阀和第十六平板阀关闭，防止钻井液流入液气分离器9，钻井液经第十三平板阀流入振动筛10中，最终汇入泥浆罐802中。
由正常钻进模式转换到接单根模式为,钻完一根钻杆后，停转盘，活动钻杆，循环保证井眼清洁，按照正常钻进排量循环，上提到接单根位置，准备接单根。打开第二十二平板阀，即打开回压管线5，关闭第九平板阀，即使钻井液流经节流管线6，此时钻井液同时流经泥浆输入管线1、回压管线5和节流管线6，完全打开第二十二平板阀后，关闭第一平板阀、第二平板阀，打开第十二平板阀和第十六平板阀，关闭第十三平板阀。计算正常钻进过程中的循环压耗，确定转换后的井口回压补偿，调节节流阀开度，施加井口回压，之后慢慢卸掉钻杆102内压力和立管压力，通过立压表确认方钻杆101中的压力。
立压表为零后，利用观察软管再次确认，坐好吊卡，进行接单根，接单根后连接钻杆102和方钻杆101，打开方钻杆101旋塞，转动钻杆102。此时第十三平板阀，完全打开第十三平板阀的时候，缓慢关闭第二十二平板阀，将第二十二平板完全关闭后，逐渐调节节流阀601的开度，节流阀601调节至全开之后，若无溢流显示，关闭第七平板阀，打开第九平板阀，钻井液不再流经节流管线6，钻井液经第一泥浆返出管线2流经流量计12后由振动筛10返回泥浆罐802，重新开始钻进。
由正常钻进模式转换到起钻模式为，起钻前，准备一定数量的高密度泥浆作为泥浆帽，且地面有足够的罐容积进行替浆，停转盘，活动钻杆102，循环保证井眼清洁，按照正常钻进排量循环。按照接单根程序，在井口施加回压，控制中心根据井下测量系统103传输的井底数据和流量计数据计算需要施加的井口回压大小，通过调节节流阀601的开度来调整回压大小，如果抽汲压力很大，可通过提高回压来补偿抽汲压力的影响。同时钻井液经过泥浆返出管线流入环空中进行灌浆，保持井底压力连续稳定，保证实际泥浆灌入量不小于理论灌入量，否则应适当提高回压控制值。之后慢慢卸掉钻杆102内压力和方钻杆压力，通过立压表确认立压为零后，卸掉方钻杆101，通过旋转控制头起钻，起钻速度不宜过快，避免抽汲压力。
起钻至预定深度，连接方钻杆101，准备打入隔离液，打开第一平板阀、第二平板阀，即打开泥浆输入管线1，并关闭第二十二平板阀，即关闭回压管线5，隔离液沿泥浆泵管线8至泥浆输入管线1，经过钻柱及环空，由第一泥浆返出管线2流出，经过节流管线6和流量计11，经液气分离器9返回泥浆罐802。隔离液顶替至预定深度，打开第二十二平板阀，即打开回压管线5，关闭第一平板阀、第二平板阀。同时通过调节节流阀开度施加井口回压，保持井底压力稳定。
钻头上提至隔离液顶部时，连接方钻杆101，准备打入泥浆帽，此时打开第一平板阀、第二平板阀，关闭第二十二平板阀，钻井液沿泥浆泵管线至泥浆输入管线1，经过钻柱及环空，由泥浆返出管线流出，经过节流管线6和流量计11，经液气分离器9返回泥浆罐802。此时由泥浆泵801向环空内注入一定量隔离液，之后由泥浆泵802向环空中注入重泥浆帽，直至重泥浆返出地面。在注重泥浆过程中，根据井下测量系统103随钻测压工具显示的井底压力升高情况，逐渐调节节流阀601的开度降低井口压力。打入泥浆帽后，井口压力为0，检查进出口泥浆密度以及环空泥浆返出情况。全开节流阀601，使用循环管线上的流量计检查是否存在溢出情况。如果检查确实无溢流，按照设定速度通过旋转控制头起钻。
起钻时打开第十七平板阀、第十八单流阀、第十九平板阀和第二十二平板阀，即打开压井管线4，关闭第二平板阀、第二十二平板阀，使用泥浆泵801在压井管线4、井口、第一泥浆返出管线2和节流管线6之间低排量循环重泥浆，连续灌浆，井下钻杆全部起完时，确保井口压力为0，关闭第六平板阀，打开第十平板阀，即关闭第一泥浆返出管线2，打开第二泥浆返出管线3；移开旋转控制头总成，此时重泥浆在压井管线4，井口，第二泥浆返出管线3和辅助节流管线之间，节流阀601开度全开低排量，确保井口压力为0。当钻头起到全封闸板防喷器以上时，检查是否存在溢出情况，关闭全封剪切闸板，结束操作。
下钻模式为，下钻前，准备足够的钻井泥浆进行替浆，地面需有足够的重泥浆罐803回收泥浆帽。全封剪切闸板保持关闭状态，确认井口压力为0后，打开全封闸板，组合井下工具下钻3～5柱，测试螺杆及井下测量系统103工具，仪器信号正常后，起钻至井口，安装钻头，常规下钻。钻具组合下入后，安装旋转控制头胶芯和轴承总成，坐入外筒，关闭卡箍。使用泥浆泵在压井管线4，井口，第一泥浆返出管线2和节流管线6之间低排量循环重泥浆，连续灌浆，保证井眼情况稳定，确保井口压力为0。下钻过程中每下入10柱钻柱，使用过滤器向钻具内灌注钻井泥浆。下钻至隔离液底部，开始顶替“重泥浆帽”作业，方钻杆101与钻杆102联接，打开第一平板阀、第二平板阀，打开第八平板阀，关闭第十二平板阀、第二十六平板阀，增加泥浆泵排量，钻井液沿泥浆泵管线8至泥浆输入管线1，经过钻柱及环空，由第一泥浆返出管线2流出，经过节流管线6和流量计11，经液气分离器9返回重泥浆罐803。将重泥浆汇集到重泥浆回收罐803，流量计11实时监测流量，随着重泥浆帽的顶替，实时调节节流阀601的开度，施加井口回压。顶替后，循环钻井泥浆，确保节流系统运转正常。顶替结束后，停止循环，按照接单根程序卸开方钻杆101。按照接单根程序保持井底压力，下钻到底，接方钻杆101，按照接单根程序逐渐提高泥浆泵排量。
换阀芯模式为，按照起钻程序将钻头提到套管鞋，即打开第二十二平板阀，关闭第一平板阀、第二平板阀、第十七平板阀，完全打开第二十二平板阀后，关闭第一平板阀、第二平板阀、第十七平板阀。此时钻井液流经回压管线5后到达第三三通，由第三三通流经流量计11后到达第四三通，通过液气分离器9流回泥浆罐801。按照接单根程序，在井口施加回压，回压平衡起钻所产生的抽汲压力同时补偿泥浆输入管线1关闭后失去的循环压耗，通过调节节流阀601的开度来调整回压大小，如果抽汲压力很大，可通过提高回压来补偿抽汲压力的影响。
钻头上提套管鞋后，打开第十七平板阀、第十八单流阀、第十九平板阀、第二十平板阀，关闭第二平板阀、第二十二平板阀，打开辅助节流管线，调节节流阀开度，施加井口回压，关闭环形防喷器703，钻井液在压井管线4，井口，辅助节流管线之间循环。卸掉环形防喷器703和旋转控制头702之间的圈闭压力，当圈闭压力为0后，打开卡箍，取出轴承总成，关闭泄压管线和泄压阀，取出转盘补心，将轴承总成提至转盘上，更换轴承总成，钻杆装上新的轴承总成后，将轴承总成坐入卡箍，然后安装转盘补心，上紧旋转控制头卡箍，重新连接旋转控制头控制管线并重启液压控制器。
连接方钻杆102，打开第二十二平板阀，此时钻井液同时流经泥浆输入管线1和回压管线5，完全打开第二十二平板阀后，关闭第十七平板阀、第十八单流阀、第十九平板阀、第二十平板阀，即关闭压井管线4，关闭第二平板阀。此时钻井液流经回压管线5后经过第六平板阀到达第三三通，由第三三通流经节流管线6，通过液气分离器9流回泥浆罐802。此时套压表和立压表实时监测压力，并将数据传回数据控制中心，控制中心通过计算，调节节流阀601开度，使旋转控制头702内压力和套压相同，压力平衡后，打开环形防喷器703，按照下钻程序下钻到底。
按照此钻井模式进行工作时，无论是正常钻进还是在停钻过程中都不会有发生溢流的风险，当井底压力大于地层压力发生井漏时，如发生的是微漏失时不影响钻井操作，可继续钻进；如发生的是漏失量较大的井漏事故时，则停钻进行堵漏操作，同时调节钻井液的密度。使用本实施例所述的钻井工艺，可减小井漏程度，降低堵漏难度，满足我国石油天然气标准，达到安全钻井的目的。
图2为为本申请方案与其他钻井工艺对比示意图。如图2所示，常规钻井方法在钻井液设计时附加5MPa的安全压力来保持井底的正压差，开泵循环后，由于循环压耗作用，使井底的过平衡度过大，有发生井漏事故的风险；精细控压钻井在钻井液设计时要求在钻井过程中井底压力等于地层压力，由于井底压力波动，在井口加回压，保证井底压力恒定，由于地质条件的不确定性和井下测量工具的可靠性待提高，有发生溢流事故的风险，设备损耗大；本文提出的超深井钻井压力控制方法在钻井液设计时要求在停泵状态下钻井液在井底的静液柱压力等于地层压力，同时在井口加回压，保证井底的正压差，在钻井过程中，由于循环压耗作用，可保持井下正压差，满足安全钻井要求，减小设备损耗，降低钻井成本。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (11)
1.一种超深井钻井压力控制方法，其特征在于，按照以下条件设计钻井液密度：
停泵状态下：
Pbh＝Pp；Pbh＝ρmgh；
正常钻进状态下：
Pbh＝ρmgh+Pfa；Pfa≥5MPa；
式中，Pp为地层孔隙压力，Pbh为井底压力，Pfa为环空循环压耗，ρm为钻井液密度，h为井底垂深,g为重力加速度；
在停止钻井液循环时，井口加回压，平衡地层压力和上提钻柱产生的抽汲压力，保证井底正压差；正常钻进过程时，利用循环压耗作用保证井底至少5MPa的正压差。
2.一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，包括泥浆输入管线(1)、第一泥浆返出管线(2)、第二泥浆返出管线(3)、压井管线(4)、回压管线(5)、节流管线(6)和井控装置(7)；所述井控装置(7)包括四通(701)、旋转控制头(702)、环形防喷器(703)和双闸板防喷器(704)；所述泥浆输入管线(1)通过井控装置(7)伸入井内，井控装置旋转控制头(702)的第一出口连接第一泥浆返出管线(2)，四通(701)出口连接第二泥浆返出管线(3)；所述压井管线(4)一端连接四通(701)，另一端连接泥浆输入管线(1)；泥浆输入管线(1)和第一泥浆返出管线(2)之间设置有回压管线(5)；所述第一泥浆返出管线(2)上设置有节流管线(6)，所述节流管线(6)用于控制回压管线(5)的压力。
3.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，所述泥浆输入管线(1)包括方钻杆(101)和钻杆(102)，方钻杆(101)与钻杆(102)连接，钻杆(102)的下方设有井下测量系统PWD(103)，钻杆(102)外通过表层套管设有井控装置(7)。
4.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，还包括放喷管线，所述放喷管线分别与第二泥浆返出管线(3)的第一出口和压井管线(4)连接。
5.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，还包括泥浆泵管线(8)，所述泥浆泵管线(8)包括泥浆泵(801)和泥浆罐(802)，所述泥浆罐(802)通过阀门连接泥浆泵(801)。
6.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，还包括液气分离器(9)和振动筛(10)，第一泥浆返出管线(2)末端分别与液气分离器(9)和振动筛(10)连接；第二泥浆返出管线(3)的第二出口与液气分离器(9)连接，液气分离器(9)第一出口与入口连接振动筛(10)；振动筛(10)的第一出口与泥浆罐(802)连接。
7.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，第二泥浆返出管线(3) 上还设置有辅助节流管汇，辅助节流管线由三条管线组成，一条管线为井队常用节流管线、一条管线为备用节流管线、一条管线为放喷管线，当发生井涌关井后，利用节流阀启闭程度的不同，控制套管压力，维持井下压力恒定，节流管汇由节流阀和平板阀构成。
8.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，所述泥浆泵管线(8)还包括重泥浆罐(803)和隔离液罐(804)，所述重泥浆罐(803)和隔离液罐(804)均通过阀门连接泥浆泵(801)，泥浆泵(801)通过第一流量计(11)与泥浆输入管线(1)连接。
9.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，还包括第二流量计(12)，所述第二流量计(12)设置于回压管线(6)与第一泥浆返出管线(2)连接处和节流管线(6)与第一泥浆返出管线(2)连接处之间。
10.根据权利要求2所述的一种超深井钻井压力控制设备，其特征在于，所述节流管线(6)包括节流阀(601)，所述节流阀(601)两端通过阀门与第一泥浆返出管线(2)连接。在进行钻井作业之前，首先要对节流阀进行节流实验，确定不同流量不同开度下对应的节流压力，精确计算加系统运行完成整个节流操作。在钻井过程中根据实验所得的数据调节节流阀的开度，控制井口回压的大小。
11.根据权利要求2-10所述设备的超深井钻井压力控制设备操作方法，其特征在于，包括正常钻进模式、由正常钻进转换至接单根模式、由正常钻进转换至起钻模式、下钻模式和换阀芯模式；
所述的正常钻进模式：打开泥浆输入管线(1)，钻井液通过泥浆输入管线(1)进入井控装备(7)，经过方钻杆-钻杆-环空循环后，由第一泥浆返出管线(2)返出；
所述的正常钻进转换至接单根模式为：关闭泥浆输入管线(1)，打开回压管线(5)，打开节流管线(6)，计算正常钻进时的循环压耗，确定转换后的回压补偿，调节节流阀(601)的开度，施加回压，在立管压力为零后接单根；
所述由正常钻进模式转换到起钻模式：先由正常钻进模式转换到接单根模式，计算正常钻进时的循环压耗和起钻过程中抽汲压力，调节节流阀(601)开度，施加回压，上提钻柱至注隔离液位置，打开泥浆输入管线(1)，关闭回压管线(5)，注入预定量的隔离液；完成后进行卸压，在立管压力为零后，起钻至隔离液顶部，准备注入重泥浆，随着重泥浆的不断注入，井口回压不断降低，当降为零时，打开压井管线(4)和第二泥浆返出管线(3)，低排量循环重泥浆；
所述下钻模式为：钻头下至隔离液底部，打开泥浆输入管线(1)，关闭回压管线(5)，进行顶替重泥浆，随着重泥浆的不断排出，不断调节节流阀(601)的开度施加回压；泥浆顶替结束后，关闭泥浆输入管线(1)，打开回压管线(5)，调节井口回压，在接单根模式下下钻到井底；
所述换阀芯模式为：所述由正常钻进转换至接单根模式，计算正常钻进时的循环压耗，确定回压补偿，关闭第一泥浆返出管线(2)、回压管线(5)和双闸板防喷器(704)，打开第二泥浆返出管线，对井控装置(7)进行卸压，更换旋转控制头(702)的阀芯。
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