CN102661146A - 一种非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充气钻井中非连续获取井下压力脉冲的方法。本发明提供一种既能获取井下压力脉冲，又能使井底处于欠平衡的方法，包括以下步骤：A、注液量不变，逐渐增大注气量，井下无压力脉冲反馈信号时，该条件下的最大持气率即为临界持气率上限；B、检测设备无法接收到信号时，打开放气阀门，停止注气，注入钻井液。计算合理停气时间，若在仪器允许最大持气率范围内的极限停气时间保证井底欠平衡，则可获取井下脉冲信号，否则需更换持气率门限值更高的随钻测量设备；C、检测设备接收到脉冲信号后，关闭放气阀门，以停气前最后时刻相同的注气量注入气体。本发明采取以上步骤可以准确获取井下参数，提高了钻井效率，指导现场安全快速钻井。

Description

一种非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法

技术领域

本发明涉及一种在充气钻井施工中获取井下压力脉冲的方法，尤其是一种非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，为获取随钻测量信号、安全定向钻进提供了依据。

背景技术

随着多种类型的油气资源不断被开发利用，低压低渗油气田的勘探开发越来越受到人们的重视，因此欠平衡钻井技术得到了前所未有的发展。充气钻井是欠平衡钻井中最经济适用的一种方式，它是一种在钻进过程中通过空压机将一定量的可压缩气体（主要是空气和氮气）注入到钻井液中作为循环介质的工艺技术，降低泥浆的当量密度，以此来达到降低井底压力的目的，主要用于实现窄密度窗口条件下的安全钻进。其具有提速增效和储层保护的优点，目前已成为我国油气田开发的主导技术之一，尤其适用于超深井、大位移定向井等。由于充气钻井施工时在钻井液中混入气相，使得井下压力脉冲能量在传播中大幅度降低，当脉冲信号衰减到低于地面传感器的检测精度时就无法获取有效的井眼轨迹参数。因此，气体注入量对信号接收的影响显得异常重要，在钻井的过程中气相所占的比例需要严格的进行控制，气相所占的比例需保持在较低的水平，这样虽然可以持续地获得脉冲信号，但会使得钻井效率无法得到显著的提高。研究表明：当环空持气率高于12%时（不同的随钻测量设备，该值不同），地面传感器无法有效地接收脉冲信号。因此，有必要针对充气钻井的特点，当MWD信号传输允许的最大注气量不能满足欠平衡钻井的需求时，发明一种能够在保证井底处于欠平衡条件下有效获取井下压力脉冲的方法，指导现场实时获取井下各项参数：压力、方位、井斜等，保证安全定向钻进。

发明内容

为了解决钻杆内部在较高持气率情况下地面检测设备不能接收脉冲信号的问题，本发明提供了一种非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，该方法采用间断注气的方式，通过计算合理的停气时间，既可以保证信号传输的要求，又可满足井底始终处于欠平衡状态。

本发明解决其技术问题所采用的非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，包括以下步骤：

A、保持注液量不变，逐渐增大注气量。待无井下压力脉冲反馈信号时，该注气量条件下的最大持气率即为临界持气率上限，即随钻测量设备的持气率门限值；

B、当地面检测设备无法接收到信号时，打开放气阀门排出气体，立即停止注气，保持注入钻井液；

C、当地面检测设备可以接收到脉冲信号，关闭放气阀门，以停气前最后时刻相同的注气量注入气体。

进一步的是，在A步骤中，增大注气量是按时间段间隔调整的。

进一步的是，每调整一次注气量的间隔时间段为：信号下行时间+信号上行时间+信号反馈时间+稳定测试时间。

进一步的是，在A步骤中，钻进液和气体首先经过混合器充分混合后再注入。

进一步的是，在B步骤中，需要计算合理的停气时间。若在仪器允许的最大持气率范围内的极限停气时间能保证井底的欠平衡状态，则利用合理的停气时间可以获取井下脉冲信号，否则需更换持气率门限值更高的随钻测量设备。

进一步的是，注液是通过往复式泥浆机注入的，注气是通过气体增压机注入的。

本发明的有益效果是：一种非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法针对随钻测量工具通过保持注液量和改变注气量的方法，判断在该注气量下地面信号的接收情况，以获取该工具所允许的临界持气率上限。临界持气率上限范围内设定充气钻井相关参数：钻井液排量、注气量和立压等，保证井底处于欠平衡状态的同时，也确保地面检测设备准确实时接收到井下压力脉冲信号。在进行上述操作时，钻井液和气体首先经过混合器充分混合后再注入，避免气体产生滑脱形成段塞流而影响信号的接收。该技术方法解决了钻杆内部在高持气率下无法获取井下压力脉冲难题的同时，又保证了井底处于欠平衡状态，提高了钻井效率，也指导现场实时获取井下各项参数：压力、方位、井斜等，保证安全定向钻进。

附图说明

图1是本发明所涉及的设备示意图；

图中零部件、部位及编号：钻井液1、往复式泥浆机2、混合器3、立管管道4、三相旋塞阀5、单向阀6、流量计7、针阀8、放气管9、气体增压机10、气源11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明包括以下步骤：

A、保持注液量不变，逐渐增大注气量。待无井下压力脉冲反馈信号时，该注气量条件下的最大持气率即为临界持气率上限，即随钻测量设备的持气率门限值；

B、当地面检测设备无法接收到信号时，打开放气阀门排出气体，立即停止注气，保持注入钻井液；

C、当地面检测设备可以接收到脉冲信号，关闭放气阀门，以停气前最后时刻相同的注气量注入气体。

钻井采用常规的充气钻井方法，一般而言所采用的设备可参考图1所示的设备，钻井液1经往复式泥浆机2增压与气源11中的气体经过气体增压机10增压经过混合器3充分混合后输送至立管管道4，单位时间内流过钻杆内过流断面两相流体总体积中气相所占的份额即为钻杆内部的持气率。

在充气钻井过程中，参考图1所示的设备，打开针阀8，调节注气量，随着注气量的增加，井底由过平衡状态逐渐转变为欠平衡状态，过平衡状态为井底流动压力大于地层压力，欠平衡状态为井底流动压力小于地层压力。利用地面检测设备检测井下压力脉冲信号，地面检测设备即随钻检测设备，在井下压力脉冲信号接收正常的情况下，三向旋塞阀5的放气阀门关闭，利用往复式泥浆机2增压输送钻井液1，利用气体增压机10输出气源11中的气体，再通过混合器3将气液注入到钻杆内部，随钻杆内持气率增大，井下压力脉冲信号衰减程度也随之增加，当钻杆内的持气率达到一定值后，地面检测设备将无法接收到信号，这个值被称为临界持气率上限，此时，打开三向旋塞阀5的放气阀门，停止注气，保持注入钻井液；当地面检测设备可以接收到脉冲信号后即关闭三向旋塞阀5的放气阀门，重新增大至原来的注气量，即在地面检测设备无法接收到信号时的注气量，也就是停气前最后时刻的注气量，继续进行充气钻井施工作业。在上述注气过程中，钻井液与气体通过混合器3的剪切装置将气体与液体充分混合，避免气体产生滑脱，避免形成段塞流而影响信号的接收。

上述的A步骤即为获取随钻测量设备持气率门限值的方法，保持注液量不变，逐渐增大注气量，待无井下压力脉冲反馈信号时，该注气量条件下的最大持气率即为临界持气率上限，即随钻测量设备的持气率门限值。不同的随钻测量设备具有不同的持气率门限值，一旦获得该随钻测量设备的持气率门限值，即可利用该值来控制注气，即在需要获取压力脉冲时，如果此时的持气率大于随钻测量设备的持气率门限值，此时即可进行上述的B、C步骤，由此非连续的获得压力脉冲。

由于脉冲信号在传递中需要时间，为了更准确的获得脉冲信号，在A步骤中，增大注气量是按时间段间隔调整的。也就是注气量的增大是阶梯状的增大，注气量的变化与时间的关系是分段函数关系，相同的注气量会持续一段时间。这样在相同注气量这段时间内接收不到脉冲信号，说明在此注气量下的持气率已达到或超过了临界持气率上限。这种分段式的增加注气量可以留出足够的时间供信号传递和设备检测，从而更准确的获得脉冲信号。避免在达到临界持气率上限时仍然在增加注气量，这就保证了钻杆中持气率的稳定性，避免了钻杆中持气率波动过大

在充气钻井钻进过程中需要多次获取井下脉冲信号，待上次注入的纯液体完全排出井口后，重复以上B、C操作步骤即可，此时不需要重复测量随钻测量设备的持气率门限值，即无需再进行A步骤。

实例应用：以某钻井为例，采用本发明方法后的参数结果如下表，下表参数均为可接受到脉冲信号的状态：

在上表中，每点总测试周期即为测试的时间范围；密度即为钻井排出泥浆密度；泥浆排量即为钻井时的泥浆排量；充气量即向钻杆中的注气量；欠压值即井底动压减去地层压力；管内最大持气率即测试周期内钻杆内的最大持气率；管内最小持气率即测试周期内钻杆内的最小持气率；管外最大持气率即为在测试周期内环空的最大持气率；管外的最小持气率即为在测试周期内环空的最小持气率；下行时间即为信号传递到井底所需的时间；上行时间即信号传递到地面所需的时间；立压即为立管压力。

研究表明：当环空持气率高于12%时（不同的随钻测量设备，该值不同），地面传感器无法有效地接收脉冲信号。而在本例中，钻杆内的持气率最高可达11.9%，几乎接近了脉冲信号传递的极限，在此测试周期的最小持气率也能达到6.3%，整个测试周期内平均持气率较高，这在获得井下各项参数：压力、方位、井斜等，保证安全定向钻进的同时，也能最大限度的保证钻井的效率。

Claims (5)

1.一种非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A保持注液量不变，逐渐增大注气量，待无井下压力脉冲反馈信号时，该注气量条件下的最大持气率即为临界持气率上限，即随钻测量设备的持气率门限值；

B、当地面检测设备无法接收到信号时，打开放气阀门排出气体，立即停止注气，保持注入钻井液；

C、当地面检测设备可以接收到脉冲信号时，关闭放气阀门，以停气前最后时刻相同的注气量注入气体。

2.如权利要求1所述的非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，其特征在于：在A步骤中，增大注气量是按时间段间隔调整的。

3.如权利要求2所述的非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，其特征在于：每调整一次注气量的间隔时间段为：信号下行时间+信号上行时间+信号反馈时间+稳定测试时间。

4.如权利要求1所述的非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，其特征在于：在A步骤中，钻进液和气体首先经过混合器充分混合后再注入。

5.如权利要求1至5任一权利要求所述的非连续获取充气钻井井下压力脉冲的方法，其特征在于：注液是通过往复式泥浆机（2）注入的，注气是通过气体增压机（10）注入的。