CN109630046A - 一种密闭循环控压钻井井筒压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密闭循环控压钻井井筒压力控制方法，其特征在于步骤如下：利用钻井液静液柱压力、环空水力摩阻P_f及节流压力Pc动态调节，实现井底压力PBHP保持相对恒定在一个安全波动范围

Description

一种密闭循环控压钻井井筒压力控制方法

技术领域

本发明涉及含硫油气井钻井井筒压力控制领域，确切地说涉及一种用于含硫地层的密闭循环控压钻井作业井筒压力精细控压方法。

背景技术

随着油气勘探的进一步深入，我国目前已经在四川、渤海湾、鄂尔多斯、塔里木和准噶尔等深层油气层中发现了硫化氢等有害气体，严重阻碍了该类地层的勘探开发进程。目前，我国含硫气田气产量占全国气产量的60％，其中四川盆地含硫天然气产量占总产量的80％。因此，加快含硫气藏的开发应用有助于解决增大我国油气供应量、保障国家能源安全。随着油气资源的不断开采和日益衰竭，采用常规钻井技术进行含硫油气藏的钻探面临着严重井漏和钻探成功率低等问题，钻遇意外溢流，含硫油气藏中有害气体会进入井筒返至地面，目前钻探过程中地面系统处于敞开状态，含硫油气循环到地面后，有害气体会自由挥发进入空气危害人体和环境，且一旦硫化氢含量超标将无法继续循环钻进，需反推压井作业，严重影响了正常钻进作业进程，引发环保安全风险。

公开号为104563870A，公开日为2015年4月29日的中国专利文献公开了一种控压气体钻井装置及方法，装置包括空气增压系统、井口系统、空压钻机和钻机节流管汇，其中空气增压系统包括增压机和/或空压机、气体流量及压力记录仪、泄压管和/或旁通管、排空管、控制阀。装置中还包括回压系统和精细节流管汇，井口系统上设有旋转控制头，回压系统和精细节流管汇与旋转控制头连接。该发明该提出了控压气体钻井方法，包括以下步骤：通过测井资料计算地层孔隙压力；正常钻进情况下，通过井口节流阀维持地层环空压力等于地层孔隙压力；当接单根或起下钻时，用回压系统来调节和补偿井筒循环压力的损失。该发明解决了在气体钻井实施过程中，存在地层出水现象，很好的解决复杂地层安全钻进问题。

但是，以上述专利文献为代表的现有技术，钻井中井筒压力难以精确控制，油气会大量进入井筒，不能保障高风险地层控压钻井作业的安全。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种密闭循环控压钻井井筒压力控制方法，采用本方法可有效控制井下压力波动，避免油气大量进入井筒，实现高风险地层密闭循环控压钻井作业的安全。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种密闭循环控压钻井井筒压力控制方法，其特征在于步骤如下：

利用钻井液静液柱压力P_H＝ρ_mgH、环空水力摩阻P_f及节流压力Pc动态调节，实现井底压力P_BHP保持相对恒定在一个安全波动范围△C：

ρ_mgH+P_f+P_C＝P_BHP+△C (2)

根据公式(2)j时刻环空循环压耗P_f计算(j)则可以按照：

P_f计算(j)＝BHP_目标-P_C(j)-P_H(j) (3)

j时刻环空实测循环压耗P_f实测(j)则可以按照：

则：P_f实测(j)＝BHP_实测(j)-P_C(j)-P_H(j) (4)

其中：P_f实测(j)＝P_f计算(j)+f(x) (5)

f(x)＝a+bx+cx²…… (6)

f(x)为密度、排量、深度等参数的拉格朗日展开函数；

当校核循环压耗后，下一个j+1时刻，可以知道实时控制的j时刻套压Pc(j)：

P_C(j+1)＝BHP_目标-P_H(j+1)-P_f(j+1) (7)。

该控制方法，校核循环压耗时可以利用PWD前一时刻基数，但在实际实践过程中，PWD数据依靠MWD上传，接受到正确环空井底压力数据间隔时间一般3～5分钟或者更久，因此，必须用水力模型和PWD数据相互校核验证，不能单纯依靠PWD数据；当然，也可以是前一趟钻存储式压力计数据进行循环压耗修正指导下一趟钻水力学模型，因为钻井液性能、钻具组合等参数基本一致。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1.通过水力模型和PWD数据相互校核验证，不单纯依靠PWD数据，控制参数更加合理；

2.在没有PWD工具的情况下，还可以利用存储式压力计数据进行循环压耗修正，指导下一趟钻水力学模型，经济适用。

具体实施方式

作为本发明的最佳实施方式，本发明针对常规钻井中井筒压力难以精确控制控制的问题，因为井底压力受井筒内诸多因素的影响，难以精确计算和控制，如：钻井液密度ρL、粘度μL、井口回压P_C、流道尺寸和井身轨迹，其相应的数学表达式为：

BHP＝f(Q_L,Q_G,ρ_L,μ_L,P_c,△Q_KL,H_KL,T_KL,OD,ID,L,α…)

(1)

其中：BHP为井底压力，ΔQ_KL为地层流体进入井筒量或者漏失量；H_KL溢流和漏失深度，OD为钻柱外径，ID为套管内径或裸眼井径，L井深，α为井斜角。

本发明设计了一种适用于精细控压钻井作业的井筒压力精确控制方法，可有效控制井下压力波动，避免油气大量进入井筒，实现高风险地层密闭循环控压钻井作业的安全。

本发明包括下列步骤：

利用钻井液静液柱压力P_H＝ρ_mgH、环空水力摩阻Pf及节流压力Pc动态调节，实现井底压力P_BHP保持相对恒定在一个安全波动范围△C：

ρ_mgH+P_f+P_C＝P_BHP+△C (2)

因此，井底压力在某一时刻的准静态情况下，可以认为液柱压力和套压均保持稳定，所有的不确定波动考虑到循环压耗中，那么根据公式(2)j时刻环空循环压耗P_f计算(j)则可以按照：

P_f计算(j)＝BHP_目标-P_C(j)-P_H(j) (3)

j时刻环空实测循环压耗P_f实测(j)则可以按照：

则：P_f实测(j)＝BHP_实测(j)-P_C(j)-P_H(j) (4)

其中：P_f实测(j)＝P_f计算(j)+f(x) (5)

f(x)＝a+bx+cx²…… (6)

f(x)为密度、排量、深度等参数的拉格朗日展开函数。

当校核循环压耗后，下一个j+1时刻，可以知道实时控制的j时刻套压Pc(j)：

P_C(j+1)＝BHP_目标-P_H(j+1)-P_f(j+1) (7)

该控制方法，校核循环压耗时可以利用PWD前一时刻基数，但在实际实践过程中，PWD数据依靠MWD上传，接受到正确环空井底压力数据间隔时间一般3～5分钟或者更久，因此，必须用水力模型和PWD数据相互校核验证，不能单纯依靠PWD数据；当然，也可以是前一趟钻存储式压力计数据进行循环压耗修正指导下一趟钻水力学模型，因为钻井液性能、钻具组合等参数基本一致。

Claims (1)

1.一种密闭循环控压钻井井筒压力控制方法，其特征在于步骤如下：

利用钻井液静液柱压力P_H＝ρ_mgH、环空水力摩阻P_f及节流压力Pc动态调节，实现井底压力P_BHP保持相对恒定在一个安全波动范围△C：

ρ_mgH+P_f+P_C＝P_BHP+△C (2)

根据公式(2)j时刻环空循环压耗P_f计算(j)则可以按照：

P_f计算(j)＝BHP_目标-P_C(j)-P_H(j) (3)

j时刻环空实测循环压耗P_f实测(j)则可以按照：

P_f实测(j)＝BHP_实测(j)-P_C(j)-P_H(j) (4)

则：

P_f实测(j)＝P_f计算(j)+f(x) (5)

其中：

f(x)＝a+bx+cx²…… (6)

f(x)为密度、排量、深度等参数的拉格朗日展开函数；

当校核循环压耗后，下一个j+1时刻，可以知道实时控制的j时刻套压Pc(j)：

P_C(j+1)＝BHP_目标-P_H(j+1)-P_f(j+1) (7)。