CN107478544A - 盐水层钻井液密度的确定方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种盐水层钻井液密度的确定方法与装置，包括：根据盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定钻井液的第一密度；根据盐水层上部地层的最低破裂压力、最低破裂压力对应的地层深度，确定钻井液的第二密度；根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、钻井液对盐水的第二容量限、钻井液流通通道对盐水的第三容量限，以及预设的盐水在钻井液中的最大侵入量，确定钻井液的第三密度；根据第一密度、第二密度和第三密度，确定钻井液的第一目标密度，进而实现对盐水层钻井液密度的准确确定，提高了钻井的安全性和钻井效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及石油天然气钻井技术，尤其涉及一种盐水层钻井液密度的确定方法与装置。
背景技术
伴随着能源需求的增长和浅层能源的过度开发，深井和超深井已成为今后钻探发展的重要方向。但是深井和超深井开采过程中的超高压问题，给工程施工、钻井工具、井下安全等带来了巨大的挑战。山前区块就属于超高压区块，超高压盐水层的压力当量泥浆密度大于2.30g/cm3，纵横方向上分布无规律，压力梯度变化较大，一旦揭开超高压盐水层，就面临着溢流的井控风险。同时超高压盐水会侵入井筒，污染钻井液，进而使钻井液的流变性和滤失性变差，降低钻井效率。
目前处理超高压盐水层的有效方法是，通过调整钻井液密度来释放超高压盐水层的地层水，从而降低地层压力，即将钻井液的密度降低到满足施工要求的压力当量钻井液密度，然后再进行钻井。但是目前还没有一种较为完善的方法来确定盐水层(尤其超高压盐水层)控压钻井液最优密度的确定方法，这给现场施工和作业带来极大的不便。
发明内容
本发明实施例提供一种盐水层钻井液密度的确定方法与装置，以解决现有技术无法准确确定盐水层钻井液的密度，进而造成钻井施工无法有效进行的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种盐水层钻井液密度的确定方法，包括：
根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度；
根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度；
根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度；
根据所述第一密度、所述第二密度和所述第三密度，确定所述钻井液的第一目标密度。
在第一方面的一种可能的实现方式中，当所述盐水层为膏岩层内的盐水层时，所述方法还包括：
根据钻井过程中地层的蠕变速率、控压放水到下套管的施工天数、下套管到固井的施工天数以及下套管到固井过程中井眼的允许变化率，确定所述钻井液的第四密度；
根据所述第一目标密度和所述第四密度，确定所述钻井液的第二目标密度。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
根据历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度之间的对应关系，获得所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系；
根据所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，确定所述第一目标密度对应的目标放水量。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度之前，所述方法还包括：
获取预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限和所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限；
所述根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度，具体包括：
将所述第一容量限、所述第二容量限和所述第三容量限中的最小值确定为目标容量限；
根据所述目标容量限与预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量之间的关系，确定所述钻井液的第三密度，其中所述目标容量限大于预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述获取预设时间内所述井口装备对所述盐水的第一容量限，具体包括：
根据所述盐水层的深度、所述井口设备的抗内压强度、所述地层压力和单位长度环空的容积，获取所述井口装备对所述盐水的第一容量限，所述井口设备包括防喷器和井口套管。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，获取预设时间内所述钻井液对所述盐水的第二容量限，具体包括：
根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积和所述盐水污染钻井液的最大体积分数，获取所述钻井液对所述盐水污染的第二容量限。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，获取预设时间内所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，具体包括：
根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积、所述盐水在所述钻井液中的饱和度和所述盐水层的含盐量，获取所述钻井液对所述盐水污染的第三容量限。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述钻井液的第一目标密度大于所述第一密度，且所述钻井液的第一目标密度同时小于所述第二密度、所述第三密度和预设的钻井液最大密度。
第二方面，本发明实施例提供一种盐水层钻井液密度的确定装置，包括：
第一密度确定模块，用于根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度；
第二密度确定模块，用于根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度；
第三密度确定模块，用于根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度；
第一目标密度确定模块，用于根据所述第一密度、所述第二密度和所述第三密度，确定所述钻井液的第一目标密度。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
第四密度确定模块，用于根据钻井过程中地层的蠕变速率、控压放水到下套管的施工天数、下套管到固井的施工天数以及下套管到固井过程中井眼的允许变化率，确定所述钻井液的第四密度。
第二目标密度确定模块，用于根据所述第一目标密度和所述第四密度，确定所述钻井液的第二目标密度。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
映射关系获取模块，用于根据历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度之间的对应关系，获得所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系。
目标放水量确定模块，用于根据所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，确定所述第一目标密度对应的目标放水量。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，上述第三密度确定模块还用于获取预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限和所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限。
上述第三密度确定模块，具体用于将所述第一容量限、所述第二容量限和所述第三容量限中的最小值确定为目标容量限，并根据所述目标容量限与预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量之间的关系，确定所述钻井液的第三密度，其中所述目标容量限大于预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，上述第三密度确定模块，还具体用于根据所述盐水层的深度、所述井口设备的抗内压强度、所述地层压力和单位长度环空的容积，获取所述井口装备对所述盐水的第一容量限，所述井口设备包括防喷器和井口套管。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，上述第三密度确定模块，还具体用于根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积和所述盐水污染钻井液的最大体积分数，获取所述钻井液对所述盐水污染的第二容量限。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，上述第三密度确定模块，还具体用于根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积、所述盐水在所述钻井液中的饱和度和所述盐水层的含盐量，获取所述钻井液对所述盐水污染的第三容量限。
在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述钻井液的第一目标密度大于所述第一密度，且所述钻井液的第一目标密度同时小于所述第二密度、所述第三密度和预设的钻井液最大密度。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定方法与装置，通过盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定钻井液的第一密度，通过盐水层上部地层的最低破裂压力、地层中最低破裂压力对应的地层深度，确定钻井液的第二密度，通过预设时间内井口装备对盐水的第一容量限、钻井液对盐水染的第二容量限、钻井液流通通道对盐水的第三容量限以及预设的盐水在钻井液中的最大侵入量，确定钻井液的第三密度，最后基于第一密度、第二密度和第三密度，确定钻井液的第一目标密度，进而实现对盐水层钻井液密度的准确确定，提高了钻井的安全性和钻井效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例一的流程示意图；
图2为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例二的流程示意图；
图3为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例三的流程示意图；
图4为基于某一盐水层的历史钻井数据获得的钻井液密度和放水量之间的回归曲线图；
图5为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例四的流程示意图；
图6为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定装置施例一的结构示意图；
图7为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定装置施例二的结构示意图；
图8为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定装置施例三的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的技术方案适用于盐水层，尤其适用于超高压盐水层钻井液密度的确定。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定方法，通过钻井液密度对井口安全性的影响、钻井液密度对盐水层上部地层安全性的影响，以及钻井液密度对盐水在钻井液中的最大侵入量的影响，确定出该盐水层对应的钻井液第一目标密度，以使工作人员使用该第一目标密度的钻井液进行钻井工作，进而提高了超高压盐水层钻井工作的可靠性和钻井效率。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例一的流程示意图。本实施例的执行主体可以是具有确定盐水层钻井液密度功能的装置，例如盐水层钻井液密度的确定装置(以下简称确定装置)。本实施例涉及的是确定装置根据钻井液密度对井口安全性和盐水层上部地层安全性的影响，以及钻井液密度对盐水在钻井液中的最大侵入量的影响，确定出该盐水层对应的钻井液第一目标密度的具体过程。如图1所示，本实施例的方法包括：
S101、根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度。
该步骤主要是基于钻井液密度对井口安全性的影响，确定钻井液的第一密度。
在实际钻井过程中，需要保证井口设备的正常运行，而钻井液的密度对井口设备的安全性存在一定的影响，因此在确定钻井液的密度时，需要考虑钻井液密度对井口设备安全性的影响。
井口设备主要有井口防喷器和井口套管等，而井口防喷器和井口套管各自对应有抗内压强度的极限值，当施加在井口防喷器和井口套管上的压力超过其抗内压强度的极限值时，井口防喷器和井口套管可能被压裂损坏，使得钻井工作无法继续进行。因此，本实施例施加给井口防喷器和井口套管上的压力应该不超过其抗内压强度的极限值。
在钻井过程中，井口防喷器和井口套管承受的压力主要来自于地层的压力和钻井液的压力。为了保证井口防喷器和井口套管的安全性，地层施加给井口设备的压力以及钻井液施加给井口设备的压力之和不应该超过井口设备的抗内压强度极限值。而钻井液施加给井口设备的压力为钻井液在整个盐水层深度方向上产生的压力，因此，可以根据盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，获得钻井液的第一密度。
S102、根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度。
该步骤主要是基于钻井液密度对盐水层上部地层安全性的影响，确定钻井液的第二密度。
在实际钻井过程中，盐水层上部地层包括最低破裂压力地层，如果钻井液施加给最低破裂压力对应的地层上的压力大于该地层的破裂压力时，该最低破裂压力地层会发生破裂，进而发生上漏下溢的工况，给施工带来极大的风险。
因此，为了保证盐水层上部地层安全性，钻井液在最低破裂压力地层产生的压力不能超过该最低破裂压力地层的破裂压力，而钻井液在最低破裂压力地层上的压力与钻井液的密度和该最低破裂压力地层的深度相关，因此可以根据盐水层上部地层的最低破裂压力(即为最低破裂压力地层的破裂压力)、地层中最低破裂压力对应的地层深度获得钻井液的第二密度。
S103、根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度。
该步骤主要是基于钻井液密度对盐水在钻井液的最大侵入量的影响，确定钻井液的第三密度。
上述预设时间可以是一个迟到时间，每个钻井液密度对应一个超高压盐水的侵入速率，那么在该速率下一个迟到时间内盐水侵入的体积应该小于一个迟到时间内最大的盐水侵入容量限，否则会对井口装备、钻井液的性能以及钻井液的流动通道造成影响。
具体的，当盐水侵入井口装备，在预设时间内(例如一个迟到时间内)井口装备保证正常工作时，井口装备中能侵入的盐水的最大量即为井口装备对盐水侵入的第一容量限。当盐水侵入钻井液，在预设时间内(例如一个迟到时间内)钻井液的性能正常，可以正常钻井时，钻井液中能侵入的盐水的最大量为钻井液对盐水污染的第二容量限。当盐水侵入钻井液流通通道，在预设时间内(例如一个迟到时间内)在钻井液流通通道(例如井口或者在井筒)上析出的结晶盐，没有堵塞钻井液流通通道时，该钻井液流通通道中能侵入的盐水的最大量为钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限。
上述第一容量限、第二容量限和第三容量限均与钻井液的密度相关，为了保证井口设备、钻井液和钻井液通道的正常工作，则钻井液中侵入的盐水的最大量不应超过第一容量限、第二容量限和第三容量限中的最小值。而第一容量限、第二容量限和第三容量限中的最小值与预设的盐水在所述钻井液中的最大侵入量进行比较，即可获得钻井液的第三密度。
S104、根据所述第一密度、所述第二密度和所述第三密度，确定所述钻井液的第一目标密度。
确定装置基于上述步骤获得的钻井液的第一密度、第二密度和第三密度，确定该盐水层对应的钻井液的第一目标密度，例如，将第一密度、第二密度和第三密度中的最小值作为钻井液的第一目标密度，或者将其的平均值作为第一目标密度，本实施例对此不做限制，具体根据实际情况确定。
可选的，根据上述第一密度、第二密度和第三密度确定的第一目标密度可以为取值区间，位于该区间内的任一密度值均可以作钻井液的第一目标密度。
本实施例的方法，在确定钻井液的密度时，考虑了钻井液密度对井口安全性的影响、钻井液密度对盐水层上部地层安全性的影响以及钻井液密度对盐水在钻井液中的最大侵入量的影响，进而使得最终获得的钻井液密度可以保证井口的安全性、上部地层的安全性、钻井液的有效性和钻井液流通通道的通畅性等，从而实现对盐水层钻井液最优密度的准确确定，提高了石油或天然气开采的安全性和开采效率，并且节省了不必要的成本支出。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定方法，通过盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定钻井液的第一密度，通过盐水层上部地层的最低破裂压力、地层中最低破裂压力对应的地层深度，确定钻井液的第二密度，通过预设时间内井口装备对盐水的第一容量限、钻井液对盐水染的第二容量限、钻井液流通通道对盐水的第三容量限以及预设的盐水在钻井液中的最大侵入量，确定钻井液的第三密度，最后基于第一密度、第二密度和第三密度，确定钻井液的第一目标密度，进而实现对盐水层钻井液密度的准确确定，提高了钻井的安全性和钻井效率。
图2为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例二的流程示意图。在上述实施例的基础上，当所述盐水层为膏岩层内的盐水层时，本实施例的方法还可以包括：
S201、根据钻井过程中地层的蠕变速率、控压放水到下套管的施工天数、下套管到固井的施工天数以及下套管到固井过程中井眼的允许变化率，确定所述钻井液的第四密度。
S202、根据所述第一目标密度和所述第四密度，确定所述钻井液的第二目标密度。
基于上述实施例获得钻井液的第一密度、第二密度和第三密度，在实际开采中，对于膏岩层内的超高压盐水层来说，钻井液的密度影响着地层的蠕变速率，而地层的蠕变对后期的下套管和固井施工有很大的影响，因此应该考虑钻井液密度与地层蠕变的关系。
假设地层的蠕变速率为ε，1/d，下套管到固井施工时间为N1天，控压放水到下套管施工时间N2天，下套管到固井施工允许的井眼变化率为a，地层处于稳定蠕变阶段则应满足下式：
ε·(N1+N2)≤a
岩石的稳态蠕变可以很好的利用幂指数本构模型来描述，即
ε＝A*(σ1-σ3)
其中，A为材料常数，在考虑温度的影响下系数A可以扩展为考虑温度影响的函数；σ1为最大主应力、σ3为最小主应力。通常在蠕变地层，液柱压力要大于地层压力为最大主应力，考虑到地层蠕变，则σ1＝p地-ρmud4*gh，h为蠕变地层的深度，g为重力加速度，最小主应力可用测井参数计算获得，则可得：
根据上式可以得到一个钻井液的第四密度ρmud4。
接着根据上述S104获得的第一目标密度和第四密度，获得当盐水层为膏岩层内的盐水层时所对应的钻井液的密度，将该密度称为第二目标密度。也就是说，当盐水层为膏岩层内的盐水层时，需要确定的钻井液的第二目标密度，并使用第二密度的钻井液进行钻井。
在上述S104的一种可能的实现方式中，所述钻井液的第一目标密度大于所述第一密度，且所述钻井液的第一目标密度同时小于所述第二密度、所述第三密度和预设的钻井液最大密度。
上述预设的钻井液最大密度是根据现场工作经验确定的，当钻井液的密度超过钻井液最大密度时，钻井液维护难度增大。这样由于如果钻井液的密度过高，则需要加的加重材料越多，进而增加钻井液的固相含量和钻井成本，而固相含量的增加对调整钻井液粘、切、流变性都有影响，增加了钻井液的处理难度。同时，钻井液中过多的固相含量也加重了对设备的冲蚀作用，降低了钻速。因此，上述确定的目标钻井液还需要小于预设的钻井液最大密度。
举例说明，假设根据上述步骤获得的钻井液的第一密度为ρmud1，钻井液的第二密度为ρmud2，钻井液的第三密度为ρmud3，预设的钻井液最大密度为2.4g/cm3，则钻井液的第一目标密度ρ1mud的取值范围为：ρmud1≤ρ1mud≤min(2.4,ρmud2,ρmud3)。
当盐水层为膏岩层内的盐水层时，根据上述步骤获得的钻井液的第四密度为ρmud4，在上述S202中，钻井液的第二目标密度ρ2mud的取值范围为：max(ρmud1,ρmud4)≤ρ2mud≤min(2.4,ρmud2,ρmud3)。
在本实施例的一种可能的实现方式中，上述S101根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度的一种可能的实现方式可以是：
根据公式确定所述钻井液的第一密度；
其中，所述H为所述盐水层的深度，单位为m；所述ρmud1的单位为g/cm3；所述PF为所述井口防喷器的抗内压强度，单位为MPa；所述PT为所述井口套管的抗内压强度，单位为MPa；所述g为重力加速度，单位为m/s2；所述PR为所述初始地层压力，单位为MPa。
上述S102根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度的一种可能的实现方式可以是：
根据公式确定所述钻井液的第二密度；
其中，所述PP为盐水层上部地层的最低破裂压力，单位为MPa；所述ρmud2的单位为g/cm3；所述HP为所述最低破裂压力对应的地层深度，单位为m。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定方法，当盐水层为膏岩层内的盐水层时，需要根据钻井过程中地层的蠕变速率、控压放水到下套管的施工天数、下套管到固井的施工天数以及下套管到固井过程中井眼的允许变化率，确定钻井液的第四密度，并根据钻井液的第一密度、第二密度、第三密度和第四密度确定钻井液的第二目标密度，进而实现膏岩层内的盐水层钻井液密度的准确确定，为膏岩层内的盐水层钻井工作提供了保障。
图3为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例三的流程示意图。在上述实施例的基础上，本实施例涉及的是确定装置获取第一目标钻井液对应的放水量的具体过程。如图3所述，本实施例的方法还可以包括：
S301、根据历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度之间的对应关系，获得所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系。
S302、根据所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，确定所述第一目标密度对应的目标放水量。
上述历史钻井数据可以是本实施例研究的盐水层附近的盐水层的钻井数据，该盐水层与其附近的盐水层的函盐水量以及压力基本相同，因此这些历史钻井技术具有一定的参考性。
该历史钻井数据中包括不同油气井的钻井数据，不同的油气井在钻井时使用的钻井液的密度和放水量可以不同，但之间具有一定的规律。因此，本实施例通过分析这些历史钻井数据中不同放水量和不同钻井液密度之间的对应关系，获得该盐水层所在的区域上的放水量和钻井液密度之间的对应关系。
接着，基于该放水量和钻井液密度之间的对应关系，确定该盐水层钻井液的第一目标密度所对应的放水量，以使工作人员利用钻井液的第一目标密度进行控压放水施工。
可选的，当盐水层为膏岩层内的盐水层时，基于该放水量和钻井液密度之间的对应关系，确定该盐水层钻井液的第二目标密度所对应的放水量，以使工作人员利用钻井液的第二目标密度进行控压放水施工。
可选的，本实施例利用统计学非线性回归分析和SPSS(Statistical Product andService Solutions，统计产品与服务解决方案)软件，对历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度进行统计学非线性回归分析，并借助SPSS软件获得钻井液密度与放水量之间的映射关系。
举例说明，假设本实施例研究的盐水层的历史钻井数据如下表1所示：
表1
利用SPSS软件对表1中的数据进行非线性回归分析，结果如图4所示，并获得钻井液密度与放水量之间的映射关系如下式：
ρ＝2.582-0.002v+2.185×10-5v2-8.162×10-8v3
将上述步骤获得钻井液的第一目标密度带入上式即可获得该第一目标密度对应的放水量，以使工作人员根据该钻井液的第一目标密度和目标放水量进行控压放水施工，进而提高了超高压盐水层钻井的有效性。或者将第二目标密度代入上式获得第二目标密度对应的放水量。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定方法，通过历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度之间的对应关系，获得钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，并通过钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，确定第一目标密度对应的目标放水量，以使工作人员根据该钻井液的第一目标密度和目标放水量进行控压放水施工，进而提高了超高压盐水层钻井的有效性。
图5为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定方法施例四的流程示意图。在上述实施例的基础上，本实施例涉及的是确认装置根据预设时间内井口装备对盐水侵入的第一容量限、所述钻井液对所述盐水污染的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的盐水在所述钻井液中的侵入量，确定所述钻井液的第三密度的具体过程。如图5所示，上述S103具体包括：
S401、获取预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限和所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限。
在上述S103之前首先需要获取预设时间内井口装备对盐水侵入的第一容量限，该第一容量限可以是经验值，也可以是根据相关的平衡关系确定的，即外界施加给井口设备上的压力不应该超过井口设备所能承受的压力的最大值。例如，盐水、钻井液以及地层施加给井口设备的外部压力应该小于井口设置的最大承受压力。
在第一容量限的一种可能的确定方式中，确定装置可以根据所述盐水层的深度、所述井口设备的抗内压强度、地层压力和单位长度环空的容积，获取所述井口装备对所述盐水侵入的第一容量限。
具体是，初始地层对井口设备的压力减去钻井液对井口设备的压力和盐水对井口设备的压力应该小于或等于井口设备所能承受的压力的最大值。假设井口设备包括井口套管和井口防喷器时，可以根据下述公式确定井口装备对盐水侵入的第一容量限：
PR-ρsg(Vmax1/V)/1000-ρmudg(H-Vmax1/V)/1000≤min(PT,PF)
对上式化简可得：
同理，在上述S103之前还需要获取预设时间内钻井液对所述盐水污染的第二容量限，该第二容量限可以是经验值，或根据实验法获得该第二容量。
超高压盐水侵入钻井液会对钻井液的流变性、沉降稳定性、破乳电压等产生影响，可能会导致摩阻和扭矩的增大、卡钻、钻速降低等事故发生。因此有必要确定钻井液对盐水污染的容量限。可以通过室内对地层水侵入钻井液的实验来获得钻井液对盐水污染容量限，例如，利用现场的油基钻井液和现场配制的模拟井下地层的盐水来进行侵入模拟实验，实验用的盐水应根据溢流的盐水样品进行配制，其盐含量、固相含量、密度、氯离子含量、盐水流变性与地层盐水接近。
在第二容量限的一种可能的确定方式中，可以根据盐水层的深度、单位长度环空的容积和所述盐水污染钻井液的最大体积分数，获取钻井液对所述盐水污染的第二容量限。
例如，根据下述公式计算第二容量限：
Vmax2＝H*V*C1
其中，C1为盐水污染钻井液的最大体积分数，可以通过实验确定，H为盐水层的深度，单位为m；V为单位长度环空的容积，单位为m3/m。
同理，在上述S103之前还需要获取预设时间内所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，该第三容量限可以是经验值，或根据实验法获得该第三容量。
超高压盐水侵入到钻井液中，会被钻井液从井底携带至井口，在这个过程中受井筒温度、压力的变化，溶解度会下降，在井口或者在井筒可能会析出结晶盐，堵塞环空流动通道，也会堵塞节流管汇，因此要盐水结晶对盐水污染的容量限。
在第三容量限的一种可能的确定方式中，可以根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积、所述盐水在所述钻井液中的饱和度和所述盐水层的含盐量，获取所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限。
取井口的钻井液，在保持井口钻井液温度的条件下向钻井液中加入NaCl，直至氯化钠不再溶解，确定出盐水的饱合度C2。
接着，根据下述公式获得第三容量限：
Vmax3C3＝H*V*C2
化简可得：
其中，Vmax3为一个迟到时间内钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，单位m3，H为盐水层的深度，单位m，V为单位长度环空的容积，单位m3/m，C2为盐水在所述钻井液中的饱和度，kg/m3，C3为盐水层的含盐量，kg/m3。
S402、将所述第一容量限、所述第二容量限和所述第三容量限中的最小值确定为目标容量限。
即根据公式Vmax＝min(Vmax1,Vmax2,Vmax3)确定目标容量限。
S403、根据所述目标容量限与预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量之间的关系，确定所述钻井液的第三密度，其中所述目标容量限大于预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量。
通过监测一个迟到时间内泥浆循环罐内液体体积的增减量，可以得出该密度钻井液密度在一个迟到时间内盐水侵入的体积V侵入，也可以通过实验获得相关的数据，则盐水侵入体积要小于一个迟到时间内最大盐水侵入容量限Vmax，关系式如下：
V侵入≤Vmax
假设盐水的侵入速率和钻井液密度的关系成线性关系，a为系数常量，关系式如下
V侵入＝a*ρmud3
可以得到一个钻井液的最大密度值ρmud3。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定方法，根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度、地层压力和单位长度环空的容积，获取井口装备对盐水侵入的第一容量限，根据盐水层的深度、单位长度环空的容积和盐水污染钻井液的最大体积分数，获取钻井液对盐水污染的第二容量限，根据盐水层的深度、单位长度环空的容积、盐水在所述钻井液中的饱和度和盐水层的含盐量，获取钻井液对盐水污染的第三容量限。并将第一容量限、第二容量限和第三容量限中的最小值确定为目标容量限，根据目标容量限与预设的盐水在钻井液中的侵入量之间的关系，确定钻井液的第三密度，进而实现对第三密度的准确确定，使得基于第三密度确定的钻井液的第一目标密度更加准确。
图6为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定装置施例一的结构示意图。该确定装置可以通过软件、硬件或者软硬结合的方式实现。如图6所示，本实施例的确定装置可以包括：
第一密度确定模块10，用于根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度。
第二密度确定模块20，用于根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度。
第三密度确定模块30，用于根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度。
第一目标密度确定模块40，用于根据所述第一密度、所述第二密度和所述第三密度，确定所述钻井液的第一目标密度。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定装置，可以用于执行上述所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图7为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定装置施例二的结构示意图。在上述实施例的基础上，本实施例的装置还包括：
第四密度确定模块50，用于根据钻井过程中地层的蠕变速率、控压放水到下套管的施工天数、下套管到固井的施工天数以及下套管到固井过程中井眼的允许变化率，确定所述钻井液的第四密度。
第二目标密度确定模块60，用于根据所述第一目标密度和所述第四密度，确定所述钻井液的第二目标密度。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定装置，可以用于执行上述所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图8为本发明提供的盐水层钻井液密度的确定装置施例三的结构示意图。在上述实施例的基础上，本实施例的装置还包括：
映射关系获取模块70，用于根据历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度之间的对应关系，获得所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系。
目标放水量确定模块80，用于根据所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，确定所述第一目标密度对应的目标放水量。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定装置，可以用于执行上述所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
在本实施例的一种可能实现方式中，上述第三密度确定模块30还用于获取预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限和所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，并将所述第一容量限、所述第二容量限和所述第三容量限中的最小值确定为目标容量限，并根据所述目标容量限与预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量之间的关系，确定所述钻井液的第三密度，其中所述目标容量限大于预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量。
在本实施例的另一种可能实现方式中，上述第三密度确定模块30，还具体用于根据所述盐水层的深度、所述井口设备的抗内压强度、所述地层压力和单位长度环空的容积，获取所述井口装备对所述盐水的第一容量限，所述井口设备包括防喷器和井口套管。
在本实施例的另一种可能实现方式中，上述第三密度确定模块30，还具体用于根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积和所述盐水污染钻井液的最大体积分数，获取所述钻井液对所述盐水污染的第二容量限。
在本实施例的另一种可能实现方式中，上述第三密度确定模块30，还具体用于根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积、所述盐水在所述钻井液中的饱和度和所述盐水层的含盐量，获取所述钻井液对所述盐水污染的第三容量限。
在本实施例的另一种可能实现方式中，所述钻井液的第一目标密度大于所述第一密度，且所述钻井液的第一目标密度同时小于所述第二密度、所述第三密度和预设的钻井液最大密度。
本发明实施例提供的盐水层钻井液密度的确定装置，可以用于执行上述所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种盐水层钻井液密度的确定方法，其特征在于，包括：
根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度；
根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度；
根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度；
根据所述第一密度、所述第二密度和所述第三密度，确定所述钻井液的第一目标密度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述盐水层为膏岩层内的盐水层时，所述方法还包括：
根据钻井过程中地层的蠕变速率、控压放水到下套管的施工天数、下套管到固井的施工天数以及下套管到固井过程中井眼的允许变化率，确定所述钻井液的第四密度；
根据所述第一目标密度和所述第四密度，确定所述钻井液的第二目标密度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据历史钻井数据中不同的放水量与不同的钻井液密度之间的对应关系，获得所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系；
根据所述钻井液密度与所述放水量之间的映射关系，确定所述第一目标密度对应的目标放水量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度之前，所述方法还包括：
获取预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限和所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限；
所述根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度，具体包括：
将所述第一容量限、所述第二容量限和所述第三容量限中的最小值确定为目标容量限；
根据所述目标容量限与预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量之间的关系，确定所述钻井液的第三密度，其中所述目标容量限大于预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取预设时间内所述井口装备对所述盐水的第一容量限，具体包括：
根据所述盐水层的深度、所述井口设备的抗内压强度、所述地层压力和单位长度环空的容积，获取所述井口装备对所述盐水的第一容量限，所述井口设备包括防喷器和井口套管。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取预设时间内所述钻井液对所述盐水的第二容量限，具体包括：
根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积和所述盐水污染钻井液的最大体积分数，获取所述钻井液对所述盐水污染的第二容量限。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取预设时间内所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，具体包括：
根据所述盐水层的深度、单位长度环空的容积、所述盐水在所述钻井液中的饱和度和所述盐水层的含盐量，获取所述钻井液对所述盐水污染的第三容量限。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井液的第一目标密度大于所述第一密度，且所述钻井液的第一目标密度同时小于所述第二密度、所述第三密度和预设的钻井液最大密度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井口设备包括井口防喷器和井口套管，所述根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度，具体包括：
根据公式确定所述钻井液的第一密度；
其中，所述H为所述盐水层的深度，单位为m；所述ρmud1的单位为g/cm3；所述PF为所述井口防喷器的抗内压强度，单位为MPa；所述PT为所述井口套管的抗内压强度，单位为MPa；所述g为重力加速度，单位为m/s2；所述PR为所述地层压力，单位为MPa。
10.一种盐水层钻井液密度的确定装置，其特征在于，包括：
第一密度确定模块，用于根据所述盐水层的深度、井口设备的抗内压强度和地层压力，确定所述钻井液的第一密度；
第二密度确定模块，用于根据所述盐水层上部地层的最低破裂压力、所述最低破裂压力对应的地层深度，确定所述钻井液的第二密度；
第三密度确定模块，用于根据预设时间内所述井口装备对盐水的第一容量限、所述钻井液对所述盐水的第二容量限、所述钻井液流通通道对所述盐水的第三容量限，以及预设的所述盐水在所述钻井液中的最大侵入量，确定所述钻井液的第三密度；
第一目标密度确定模块，用于根据所述第一密度、所述第二密度和所述第三密度，确定所述钻井液的第一目标密度。
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