CN109488286B - 一种油气井井下多点压力测量溢流监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井井下多点压力测量溢流监测方法，其步骤为：循环流体通过钻具内部泵入，经钻头后沿井筒环空返回，将压力测量短节等距安装在井下钻具上，井下压力传感器实时测量井下环空循环流体压力，信息传输系统将压力初步处理后，通过MWD系统将实时测量数据传输至地面，通过井下压力分析，得到两个相邻传感器之间压差，并与根据井口泵入流量结合流量压差关系计算得到的计算压差对比，实现井下溢流快速判断，并通过压力测量短节安装位置确定井下溢流发生位置。本发明通过井下压力测量短节测量压差与根据井口泵入流量计算压差对比实现井下溢流判断识别，并结合压力测量短节安装位置与录井信息确定井下溢流发生位置。

Description

一种油气井井下多点压力测量溢流监测方法

技术领域

本发明属于油气井钻探技术领域，尤其涉及一种油气井井下多点压力测量溢流监测方法。

背景技术

目前，油气井钻探过程中，井下溢流监测通常采用泥浆池监测方法、井口流量监测、以及井下随钻监测等溢流监测方法。然而，这些溢流监测方法存在监测误差大、信息滞后等问题，并且不能确定井下溢流与漏失发生的位置，同时，不能满足对井下溢流与井漏早期监测的要求。然而，井下溢流与漏失在油气井钻探过程中频繁发生，如果不能对井下溢流与漏失早期监测，并采取有效的井控，将发生或诱发溢流事故，甚至导致井喷事故的发生，引起巨大的经济损失以及人员伤亡。为了保证油气井钻探安全进行与降低成本，因此，急需一种快速准确的井下溢流监测系统，满足井下溢流与井漏早期监测的要求。

为此，国内外石油企业及高校开展了大量的井下溢流监测系统及方法研究，并已经研制了大量的井下溢流测量系统，和提出了多种井下溢流监测方法，这些装置与方法虽然可以实现大多数井下溢流监测，但是也存在许多不足。例如，目前采用的PWD系统可以实现实时监测环空压力，并将压力信号传输至地面，但是该系统造价昂贵，推广难度大，且采用泥浆脉冲进行信息传输，泥浆脉冲信息传输方式传输速率低、受井下钻具干扰大，使得该系统对井下溢流监测精度低且存在一定的滞后。利用多点压力测量，能够提高井下溢流监测的精度，且能够确定井下溢流发生位置，与溢流运移情况。因此，设计一种井下多点压力溢流监测方法，并通过MWD系统将测量信息传输至地面处理系统对井下溢流与漏失早期监测，提高井下溢流与漏失监测精度，降低钻井作业风险具有重要意义。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种油气井井下多点压力溢流监测方法，本发明提高了井下早期溢流监测精度，能及时识别井下早期溢流，并确定井下溢流发生位置，为采取合理井控措施提供科学依据，保障油气井钻探的安全进行。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种油气井井下多点压力溢流监测方法，包括以下步骤：

步骤1、收集相应的钻井参数，再将压力测量短节等距安装在钻具上，并将信息传输系统与MWD系统连接随钻下入井下；

步骤2、利用井口泵入钻井液流量与相邻两个压力测量短节位置，以及钻井参数，通过结合流量压差关系，计算得到井口泵入流量下两个相邻压力传感器之间的计算压差，其中将钻井液流动考虑为宾汉流体结构流；

步骤3、循环流体通过钻具内部泵入，经钻头后沿井筒环空返回，流经井下压力测量短节，井下压力传感器实时测量井下环空循环流体压力，压力传感器测量信息经传输系统初步处理后，通过MWD系统将实时测量数据传输至地面系统，地面系统对测量压力信息处理分析后，得到两个相邻传感器之间的测量压差；

步骤4、通过两个相邻压力测量短节的测量压差与计算压差比较，实现井下溢流快速判断，当测量压差等于计算压差时，则继续钻井；当测量压差小于计算压差时，则井下发生溢流，系统发出警报，并结合压力测量短节位置与录井信息，确定井下溢流发生位置，并为采取合理的井控措施提供科学依据。

进一步的技术方案是，所述步骤2中的计算压差的具体计算过程为：

步骤21、先确定井下压力测量短节所在位置井型；

步骤22、再根据确定的井型以及钻井参数、相应井型的流量与压差关系式分别计算垂直井段、倾斜井段、水平井段的环空循环流体压差；

其中垂直井段流量与压差关系式为：

其中：δ可由下式求解；

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解；

其中：

可由下式求解；

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；ρ—循环流体密度kg/m³；r₂—内速度梯度区边界，m；r₃—外速度梯度区边界，m；

—环空循环流体平均速度，m/s；

倾斜井段流量与压差关系式为：

其中：h₁可由下式计算得到

其中：δ可由下式求解；

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解；

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；h₁—两个压力传感器之间垂直高度，m；α_i—第i段第一个压力测点井斜角，°；α_i+1—第i段第二个压力测点井斜角，°；ρ—循环流体密度kg/m³；r₂—内速度梯度区边界，m；r₃—外速度梯度区边界，m；

水平井段流量与压差关系式为：

其中：δ可由下式求解；

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解；

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；ρ—循环流体密度kg/m³；

步骤23、通过测量井口泵入流量结合步骤22中流量压差关系，得到两个相邻压力测量短接之间的计算压差。

进一步的技术方案是，所述步骤1中所述钻井参数包括压力传感器之间压降、环空循环流体流量、环空流体粘度、流核尺寸、井筒直径、钻具外径、循环流体密度、环空循环流体平均速度。

本发明能够实时、快速、精确的对井下溢流识别，并结合地面控制系统能够确定井下溢流程度以及溢流发生位置，并对井下溢流及时报警，为采取相应的措施进行井控提供科学依据，保障油气井钻探的安全进行；本系统相比于传统通过井下压力测量对井下溢流监测具有更高的精度，更高的时效性。

附图说明

图1为井下压力测量系统结构示意图；

图中所示：1、钻头；2、井筒；3、钻具；4、压力测量短节；5、防喷器组；6、回压泵；7、泥浆池；8、泥浆泵；9、井架；10、地面控制系统；a～e：不同位置压力测量短节，而短节数量根据实际情况布置。

图2为井下多点压力溢流监测系统地面计算流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1

如图1-2所示，一种油气井井下多点压力溢流监测方法，包括以下步骤：

步骤1、收集相应的钻井参数如井口泵入流量等，将压力测量短节等距安装在钻具上，并将信息传输系统与MWD系统连接随钻下入井下；

步骤2、利用井口泵入钻井液流量与相邻两个压力测量短节位置，以及钻井参数，通过结合流量压差关系，计算得到井口泵入流量下两个相邻压力传感器之间计算压差ΔP，其中将钻井液流动考虑为宾汉流体结构流。

其井下压力分析过程具体为：

步骤21、先确定井下压力测量短节所在位置井型；

步骤22、再根据确定的井形以及钻井参数、相应井形的流量与压差关系式分别计算垂直井段、倾斜井段、水平井段的环空循环流体压差；

其中垂直井段流量与压差关系式为：

其中：δ可由下式求解。

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解。

其中：

可由下式求解

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；ρ—循环流体密度kg/m³；r₂—内速度梯度区边界，m；r₃—外速度梯度区边界，m；

—环空循环流体平均速度，m/s；

倾斜井段流量与压差关系式为：

其中：h₁可由下式计算得到

其中：δ可由下式求解。

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解。

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；h₁—两个压力传感器之间垂直高度，m；α_i—第i段第一个压力测点井斜角，°；α_i+1—第i段第二个压力测点井斜角，°；ρ—循环流体密度kg/m³；r₂—内速度梯度区边界，m；r₃—外速度梯度区边界，m；

水平井段流量与压差关系式为：

其中：δ可由下式求解。

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解。

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；ρ—循环流体密度kg/m³；

步骤23、通过测量井口泵入流量结合步骤22中流量压差关系，得到两个相邻压力测量短接之间计算压差ΔP；

步骤3、循环流体通过钻具内部泵入，经钻头后沿井筒环空返回，流经井下压力测量短节，井下压力传感器实时测量井下环空循环流体压力，压力传感器测量信息经传输系统初步处理后，通过MWD系统将实时测量数据传输至地面系统，地面系统对测量压力信息处理分析后，得到两个相邻传感器之间的测量压差Δ；

步骤4、通过两个相邻压力测量短节的测量压差Δ与计算压差ΔP比较，实现井下溢流快速判断，若测量压差Δ等于计算压差ΔP，则继续钻井；当测量压差Δ小于计算压差ΔP时，井下发生溢流，系统发出警报，并结合压力测量短节位置与录井信息，确定井下溢流发生位置，并为采取合理的井控措施提供科学依据。

上述实例通过测量压差Δ与计算压差ΔP对井下溢流判断识别，并结合压力传感器安装位置与录井信息，确定井下溢流发生位置。地面系统并发出溢流警报，为采取合理的井控措施提供科学依据，保障油气井钻探的安全进行。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种油气井井下多点压力溢流监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、收集相应的钻井参数，再将压力测量短节等距安装在钻具上，并将信息传输系统与MWD系统连接随钻下入井下；

步骤2、利用井口泵入钻井液流量与相邻两个压力传感器位置，以及钻井参数，并结合流量压差关系，计算得到井口泵入钻井液流量下两个相邻压力传感器之间的计算压差；

步骤3、循环流体通过钻具内部泵入，经钻头后沿井筒环空返回，流经井下压力测量短节，井下压力传感器实时测量井下环空循环流体压力，压力传感器测量信息经传输系统初步处理后，通过MWD系统将实时测量数据传输至地面系统，对测量压力信息处理分析后，得到两个相邻传感器之间的测量压差；

步骤4、通过两个相邻压力测量短节的实时测量压差与计算压差比较，实现井下溢流快速判断，当测量压差等于计算压差时，则继续钻井；当测量压差小于计算压差时，井下发生溢流，系统发出警报，并结合压力测量短节位置与录井信息，确定井下溢流发生位置，并为采取合理的井控措施提供科学依据；

所述步骤2中计算压差的具体计算过程为：

步骤21、先确定井下压力测量短节所在位置井型；

步骤22、再根据确定的井型以及钻井参数、相应井型的流量与压差关系式分别计算垂直井段、倾斜井段、水平井段的环空循环流体压差；

其中垂直井段流量与压差关系式为：

其中：δ可由下式求解；

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过下面两个式子求解；

其中：

可由下式求解；

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；ρ—循环流体密度kg/m³；r₂—内速度梯度区边界，m；r₃—外速度梯度区边界，m；

—环空循环流体平均速度，m/s；

倾斜井段流量与压差关系式为：

其中：h₁可由下式计算得到

其中：δ可由下式求解；

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过下面两个式子求解；

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；h₁—两个压力传感器之间垂直高度，m；α_i—第i段第一个压力测点井斜角，°；α_i+1—第i段第二个压力测点井斜角，°；ρ—循环流体密度kg/m³；r₂—内速度梯度区边界，m；r₃—外速度梯度区边界，m；

水平井段流量与压差关系式为：

其中：δ可由下式求解；

δ＝r₃-r₂

其中：r₂、r₃可以通过以下两式求解；

式中：ΔP—压力测量短节之间压降，MPa；Q—环空循环流体流量，m³/min；L—两个压力传感器之间距离，m；η_P—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D₀—井筒直径，m；D₁—钻具外径，m；ρ—循环流体密度kg/m³；

步骤23、通过测量井口泵入钻井液流量结合步骤22中流量压差关系，得到两个相邻压力测量短接之间的计算压差。

2.根据权利要求1所述的一种油气井井下多点压力溢流监测方法，其特征在于，所述步骤1中所述钻井参数包括井口泵入钻井液流量、压力传感器之间压降、环空循环流体流量、环空流体粘度、流核尺寸、井筒直径、钻具外径、循环流体密度、环空循环流体平均速度。

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