CN109162707A - 一种钻井过程中漏层位置判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井过程中漏层位置判断方法，所述判断方法是利用钻井施工过程中的立管压力变化情况来计算、判断出漏层的位置。本发明利用立管压力的变化而方便、快速、准确地计算出钻井过程中井漏漏层的位置，其具有及时性强、方便容易、简单易行、准确可靠等特点，不仅有助于分析复杂的地层结构，而且能够针对井漏具体位置采取有效的抑止措施，进而能够有效、可靠地满足精细钻井的技术要求。

Description

一种钻井过程中漏层位置判断方法

技术领域：

本发明涉及油气井勘探开发过程中的井漏判断技术，具体是一种钻井过程中漏层位置的判断方法。

背景技术：

在油气井勘探开发的钻井过程中，随着正常钻进施工作业的持续，常常会遇到天然漏失通道而发生井漏，主要表现为钻井液在井口的返出量小于泵入量，或者，钻井液在井口没有返出-即失反，发生井漏的因素众多，例如，因钻下部高压层而提高钻井液密度过程中发生井漏，下钻或开泵时发生井漏，压井过程中发生井漏，关井过程中发生井漏等等。

从钻井安全角度考虑，井漏发现的越早越好，准确判断井漏的漏层位置，更有利于采取有效的措施抑止井漏，保证钻井施工作业正常、可靠、经济、安全的进行。然而，纵观国内外的钻井行业，目前的井漏检测技术仅局限于井漏状况发生的判断，尚无行之有效的、可快速且准确的判断钻井过程中井漏漏层位置的技术被披露，即目前的井漏检测技术是无法快速、准确、有效的判断井漏的漏层位置的，从而无法满足精细钻井的技术要求。

如何快速、准确的判定钻井过程中井漏的漏层位置，已成为钻井行业中亟待解决的技术难题。

发明内容：

本发明的技术目的在于：针对上述钻井过程中井漏的特殊性和现有井漏检测技术的不足，提供一种在钻井过程中能够快速、准确、有效的判断井漏漏层位置的方法。

本发明实现其技术目的所采用技术方案的理论依据是，钻井过程中的井漏是由于钻井液柱压力大于地层压力、或者超过地层破裂压力梯度而引起的，一旦发生井漏，立管压力会随之发生变化，地面仪器就能够很快检测到这些压力变化的数据。在一定条件下，立管压力变化大小取决于漏失量的大小和漏层位置的深浅，通常，漏失量越大则立管压力变化越大，漏层位置越深则立管压力变化亦越大，可见，立管压力的变化实际上反映的是因井漏而降低的沿程循环压耗，漏失量越大或漏层位置越深，漏失后沿程压耗越小，立管压力变化就越大。因此，利用立管压力的变化可以方便、快速、准确地计算出钻井过程中井漏漏层的位置。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种钻井过程中漏层位置判断方法，所述判断方法是利用钻井施工过程中的立管压力变化情况来计算、判断出漏层的位置，其根据钻井液在井口是否有返回循环工况，而按如下两种方式进行漏层位置的对应判断：

-钻井液在井口有返回工况，则漏层位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置，D为井眼直径，d_i为各段钻柱外径，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，f_i为漏层前环空压耗系数，Q₁为进口流量，f_j为漏层后环空压耗系数，Q₂为出口流量；

-钻井液在井口为失返工况，则漏层位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，B为井内钻井液动液面的井深，D为井眼直径，d_i为各段钻柱外径，Q₁为进口流量，f_i为漏层前环空压耗系数。

在钻井实践中，井漏失反工况常伴随泵压为零的情况，此时，由失返工况下的漏层位置计算模型可以判断出漏层的极限井深，所述失返工况下的漏层极限位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，B为井内钻井液动液面的井深，D为井眼直径，d_i为各段钻柱外径，Q₁为进口流量，f_i为漏层前环空压耗系数。

所述压降Δp按如下计算模型获得：

Δp＝p_p1-p_p2

式中，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，P_P1为漏层前立压，P_P2为漏层后立压。

本发明的有益技术效果是：上述判断方法利用立管压力的变化而方便、快速、准确地计算出钻井过程中井漏漏层的位置，其具有及时性强、方便容易、简单易行、准确可靠等特点，特别是在其结合现有成熟的计算机编程技术后，能够实现自动化、智能化的计算判断，效果更为优异；由此可见，上述判断方法不仅有助于分析复杂的地层结构，而且能够针对井漏具体位置采取有效的抑止措施，进而能够有效、可靠地满足精细钻井的技术要求。

具体实施方式：

本发明涉及油气井勘探开发过程中的井漏判断技术，具体是一种钻井过程中漏层位置的判断方法，下面对本发明的技术内容进行清楚、详细的说明。

本发明是利用钻井施工过程中的立管压力变化情况来计算、判断出漏层的位置，具体包括下列步骤：

步骤1.根据具体油气井及钻井施工方案，获取油气井的基本数据(包括但不限于井深、井眼直径、各段管柱外径等)、以及钻井施工参数(包括但不限于漏层前立压、漏层后立压、进口流量、出口流量等)；

步骤2.漏层前、后立压变化值-即压降的获取；

在漏层以下，漏失前、后的压力损耗没有发生任何的变化；而在漏层以上，因为发生了钻井液的漏失使得流量减小环空压耗降低；因此，立管的压降实质上就代表了井漏前、后漏层以上环空损耗的变化，按如下计算模型获得漏层前、后立压变化值-即压降：

Δp＝p_p1-p_p2

式中，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，P_P1为漏层前立压(单位为MPa)，P_P2为漏层后立压(单位为MPa)；

步骤3.根据钻井液在井口是否有返回循环工况，而按如下两种方式进行漏层位置的对应判断；

-当A×Q₂≥0时，即井口有钻井液的返回，能够建立循环(亦即钻井液在井口有返回工况)，假设漏层位于第一段钻杆内，则漏层位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置(单位为m)，D为井眼直径(单位为cm)，d_i为各段钻柱外径(单位为cm)，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，f_i为漏层前环空压耗系数，Q₁为进口流量(单位为L/s)，f_j为漏层后环空压耗系数，Q₂为出口流量(单位为L/s)；此外，其中i，j＝1，若X≤L₁时，则L₁即为实际井深；否则，需要进行函数逼近计算；

从上述漏层位置计算模型可以看出，在其它条件一定的情况下，立管压力变化越大，则漏层位置越深；当立管压力变化一定时，井漏前、后出口钻井液流量越大，则漏层位置也越深；反之，漏层位置越浅，此时漏层压力可以按如下计算模型获知：

式中，P_p为漏层压力(单位MPa)，λ为压力修正系数，X为漏层位置(单位为m)，f_j为漏层后环空压耗系数，Q₂为出口流量(单位为L/s)，D为井眼直径(单位为cm)，d_i为各段钻柱外径(单位为cm)；

-当B×Q₂＜0时，即井漏后钻井液失返(即钻井液在井口为失返工况)，钻井液的动液面不在井口，上述漏层位置计算模型显然是不能用的，在这种情况下，需要先确定井内钻井液动液面的井深(B,单位为m)；当漏失量大于泵排量，钻井液动液面将低于井口处于某一深度，随着动液面的降低，漏失流量将不断减小，当动液面下降到B位置时，井内液面将保持动平衡状态不再降低，此时漏失量保持稳定，且等于泵排量，这种情况下的漏层位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置(单位为m)，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，B为井内钻井液动液面的井深(单位为m)，D为井眼直径(单位为cm)，d_i为各段钻柱外径(单位为cm)，Q₁为进口流量(单位为L/s)，f_i为漏层前环空压耗系数。

在钻井实践中，井漏失反工况常伴随泵压为零的情况，此时，由失返工况下的漏层位置计算模型可以判断出漏层的极限井深，失返工况下的漏层极限位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置(单位为m)，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，B为井内钻井液动液面的井深(单位为m)，D为井眼直径(单位为cm)，d_i为各段钻柱外径(单位为cm)，Q₁为进口流量(单位为L/s)，f_i为漏层前环空压耗系数。

以上为本发明在钻井过程中井漏漏层位置的判断方法，基于本发明的此判断逻辑，可以结合现有成熟的计算机编程获得井漏漏层位置判断的软件。

上述步骤1中的漏层前立压、漏层后立压、进口流量和出口流量等钻井施工参数，可以通过在立管上设置立管压力传感器(安装在立管上的钻井液入口处)、套管上设置通过压力传感器(安装在套管上的钻井液环空出口处)、高精度钻井液流量计(安装在套管压力传感器后的管线上)等获取，即通过检测立管压力传感器和套管压力传感器接收到的泥浆摩阻变化差异来判断井下是否发生井漏现象，然后根据检测到的井口钻井液流量、套压，采用环空水力学模型等对各参数进行计算。

以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述具体技术方案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：本发明依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分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的精神和范围。

Claims (3)

1.一种钻井过程中漏层位置判断方法，其特征在于，所述判断方法是利用钻井施工过程中的立管压力变化情况来计算、判断出漏层的位置，其根据钻井液在井口是否有返回循环工况，而按如下两种方式进行漏层位置的对应判断：

-钻井液在井口有返回工况，则漏层位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置，D为井眼直径，d_i为各段钻柱外径，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，f_i为漏层前环空压耗系数，Q₁为进口流量，f_j为漏层后环空压耗系数，Q₂为出口流量；

-钻井液在井口为失返工况，则漏层位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，B为井内钻井液动液面的井深，D为井眼直径，d_i为各段钻柱外径，Q₁为进口流量，f_i为漏层前环空压耗系数。

2.根据权利要求1所述钻井过程中漏层位置判断方法，其特征在于，所述失返工况下，漏层极限井深位置按如下计算模型计算判断：

式中，X为漏层位置，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，B为井内钻井液动液面的井深，D为井眼直径，d_i为各段钻柱外径，Q₁为进口流量，f_i为漏层前环空压耗系数。

3.根据权利要求1或2所述钻井过程中漏层位置判断方法，其特征在于，所述压降Δp按如下计算模型获得：

Δp＝p_p1-p_p2

式中，Δp为漏层前、后立压变化值-即压降，P_P1为漏层前立压，P_P2为漏层后立压。