CN109577891B - 一种深水油气井溢流监测方法 - Google Patents

一种深水油气井溢流监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深水油气井溢流监测方法，其步骤为：压力传感器根据水深等距安装在隔水管上，实时测量隔水管中循环流体压力，然后将压力传感器实时测量的压力信息实时传输到地面控制系统，地面系统通过对隔水管段压力传感器测量信息进行处理与分析，得到两个相邻传感器之间测量压差。地面系统通过井口泵入钻井液流量，结合流量压差关系计算得到相邻两个传感器之间的压差，并将压力传感器测量压差与流量压差关系计算压差实时对比，实现在隔水管中对溢流监测与识别，并发出警报提供合理的井控措施。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，确定溢流流体在隔水管中位置，并采取合理井控措施，保障油气井钻探的安全进行。

Description

一种深水油气井溢流监测方法
技术领域
本发明属于石油天然气钻井工程中的生产安全监控技术领域，尤其涉及一种深水油气井溢流监测方法。
背景技术
目前，深水油气井钻探过程中，由于海洋特殊的环境，深水井控受钻井水深、深水低温、天然气水合物、节流管线较长、钻井液安全密度窗口窄等影响，使深水井控问题较浅水钻井井控、陆地钻井井控更复杂、风险更大。因此，深水钻井需要采取更加有效的井控措施，而最有效的井控措施是对井下溢流早期监测，如果不能对井下溢流与漏失早期监测，并采取有效的井控，溢流事故将持续发生，最终导致不可控溢流发生，甚至导致井喷事故的发生，引起巨大的经济损失、人员伤亡以及海洋污染。为了海洋保证油气井钻探安全进行，因此，急需一种快速准确深水油气井溢流监测系统。
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深水油气井溢流测量系统及方法，和提出了多种溢流监测方法，这些系统与方法虽然可以实现大多数井下流量监测，但是也存在许多不足。例如，《中国海上油气》，2016年第28卷第1期“深水钻井隔水管超声波气侵实时监测技术研究”，该方法通过在隔水管接头处安装超声波装置对隔水管内流量实时测量，实现对井下溢流监测，但是该方法测量精度低，受钻具干扰大，成本较高，且只针对隔水管气侵监测。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种测量精度高的深水油气井溢流监测方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种深水油气井溢流监测方法，包括以下步骤：
步骤1、收集钻井参数，并将压力传感器采用多点布置方式安装在隔水管接头处，并确定各个压力传感器之间的距离；
步骤2、利用井口钻井液泵入流量与相邻两个压力传感器安装位置，并结合流量与压差关系，计算得到不同流量下两个压力传感器之间计算压差，其中将环空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，当循环流体流经隔水管时，隔水管接头处压力传感器实时测量隔水管中循环流体压力，并通过信息传输系统将实时测量数据传输至地面；为了减小钻井平台以及隔水管晃动对压力传感器测量的影响，压力传感器测量压力信息传输至地面后进行滤波处理，利用滤波处理后的压力计算相邻两个压力传感器之间的测量压差；
步骤4、将测量压差与通过流量压差关系计算得到的计算压差对比，判断溢流发生，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，则发生溢流；；
步骤5、地面控制系统发出警报，根据压力传感器安装位置，确定溢流流体在隔水管中位置，并为提供合理的井控指导。
进一步的技术方案是，所述步骤2中隔水管压力数据实时分析与判断过程为：
步骤21、收集钻井参数，再根据钻井参数以及流量压差关系计算相邻两个压力传感器之间压差；
Figure GDA0002658334580000021
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；
Figure GDA0002658334580000031
Figure GDA0002658334580000032
其中：
Figure GDA0002658334580000033
可由下式求解；
Figure GDA0002658334580000034
式中：ΔP—压力传感器之间压差，MPa；Q—井口钻井液泵入流量，m3/min；L—两个压力传感器之间距离，m；ηP—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D0—隔水管内径，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；
Figure GDA0002658334580000035
—环空循环流体平均速度，m/s；
步骤22、通过测量井口钻井液泵入流量结合步骤21中流量压差关系，得到两个相邻压力传感器之间计算压差。
进一步的技术方案是，所述步骤1中当水深小于1000m时，压力传感器布置间隔为50m；水深为1000～2000m，压力传感器布置间隔为100m；水深大于2000m时，压力传感器布置间隔为100～150m。
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。
本发明相对与传统的地面溢流监测方法，具有更高的时效性，采用多点压力传感器布置方式，大大提高了溢流监测的精度，与随钻测量相比成本较低；并结合地面控制系统能够确定溢流流体在隔水管中位置，并对井下溢流及时报警，提供相应的措施进行井控，保障深水油气井钻探的安全进行。
附图说明
图1为隔水管溢流监测结构及原理示意图；
图2为隔水管溢流监测流程图。
图中所示：1、钻井平台，2、隔水管，3、压力传感器，4、海底防喷器，5、井眼，6、地层。
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和图2所示，压力传感器3根据水深等距安装在隔水管2上，实时测量隔水管环空循环流体压力，然后，将压力传感器实时测量的压力信息实时传输到地面控制系统，地面系统对隔水管段压力传感器测量信息进行处理，得到相邻两个压力传感器测量压差Δ，与流量压差关系实时计算得到的计算压差ΔP对比，对溢流程度判断识别，并发出警报提供合理的井控措施。
其中当水深小于1000m时，压力传感器布置间隔为50m；水深为1000～2000m，压力传感器布置间隔为100m；水深大于2000m时，压力传感器布置间隔为100～150m。
具体是的一种深水油气井溢流监测方法，包括以下步骤：
步骤1、收集钻井参数，并将压力传感器采用多点布置方式安装在隔水管接头处，确定各个压力传感器之间的距离；
步骤2、利用井口钻井液泵入流量与相邻两个压力传感器安装位置，以及钻井参数，并结合流量与压差关系，计算得到井口钻井液泵入流量下两个相邻压力传感器之间的计算压差；
其具体包括以下步骤：
步骤21、收集钻井参数，再根据钻井参数以及下列流量压差关系计算相邻两个压力传感器之间压差；
Figure GDA0002658334580000051
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。
Figure GDA0002658334580000052
Figure GDA0002658334580000053
其中：
Figure GDA0002658334580000054
可通过下式求解。
Figure GDA0002658334580000055
式中：ΔP—压力传感器之间压差，MPa；Q—井口钻井液泵入流量，m3/min；L—两个压力传感器之间距离，m；ηP—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D0—隔水管内径，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；
Figure GDA0002658334580000056
—环空循环流体平均速度，m/s；
步骤22、通过测量井口钻井液泵入流量结合步骤21中流量压差关系，得到两个相邻压力传感器之间计算压差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，当循环流体流经隔水管段时，隔水管接头处压力传感器实时测量隔水管中循环流体压力，并通过信息传输系统将实时测量数据传输至地面，为了减小钻井平台以及隔水管晃动对压力传感器测量的影响，压力传感器测量压力信息传输至地面后进行滤波处理，利用滤波处理后的压力计算相相邻两个压力传感器之间的测量压差Δ；
步骤4、将测量压差Δ计算压差ΔP与对比，判断溢流发生；若测量压差Δ等于计算压差ΔP时，则继续钻井；若测量压差Δ小于计算压差ΔP时，则发生溢流，则是发生溢流，需要关井或者动态压井；
步骤5、溢流发生后地面控制系统发出警报，根据压力传感器安装位置，确定溢流流体在隔水管中位置，并为提供合理的井控指导。
本发明提高井下早期溢流监测精度，及时识别井下早期溢流，并结合压力传感器安装位置，确定隔水管中溢流流体位置，并发出警报，采取合理井控措施，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做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 (4)

1.一种深水油气井溢流监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、收集钻井参数，并将压力传感器采用多点布置方式安装在隔水管接头处，并确定各个压力传感器之间的距离；
步骤2、利用井口钻井液泵入流量与相邻两个压力传感器安装位置，以及钻井参数，并结合流量压差关系，计算得到井口钻井液泵入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，当循环流体流经隔水管时，隔水管接头处压力传感器实时测量隔水管中循环流体压力，并通过信息传输系统将实时测量数据传输至地面；为了减小钻井平台以及隔水管晃动对压力传感器测量的影响，压力传感器测量压力信息传输至地面后进行滤波处理，利用滤波处理后的压力计算相邻两个压力传感器之间的测量压差；
步骤4、将测量压差与通过流量压差关系计算得到的计算压差对比，判断溢流发生，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，则发生溢流；
步骤5、地面控制系统发出警报，根据压力传感器安装位置，确定溢流流体在隔水管中位置，并为提供合理的井控指导。
2.根据权利要求1所述的一种深水油气井溢流监测方法，其特征在于，所述步骤2中隔水管压力数据实时分析与判断过程为：
步骤21、根据钻井参数以及流量压差关系计算相邻两个压力传感器之间压差；
Figure FDA0002755124330000011
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；
Figure FDA0002755124330000021
Figure FDA0002755124330000022
其中：
Figure FDA0002755124330000023
可由下式求解；
Figure FDA0002755124330000024
式中：ΔP—压力传感器之间压差，MPa；Q—井口钻井液泵入流量，m3/min；L—两个压力传感器之间距离，m；ηP—环空流体粘度，mPa·s；δ—流核尺寸，m；D0—隔水管内径，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；
Figure FDA0002755124330000025
—环空循环流体平均速度，m/s；
步骤22、通过井口钻井液泵入流量结合步骤21中流量压差关系，得到两个相邻压力传感器之间的计算压差。
3.根据权利要求1所述的一种深水油气井溢流监测方法，其特征在于，所述步骤1中当水深小于1000m时，压力传感器布置间隔为50m；水深为1000～2000m，压力传感器布置间隔为100m；水深大于2000m时，压力传感器布置间隔为100～150m。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的一种深水油气井溢流监测方法，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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