CN111456655B - 一种起钻灌浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种起钻灌浆方法。所述起钻灌浆方法包括以下步骤：进行起钻作业，并利用雷达电磁波测速仪来确定钻柱上提移动的速度；确定出井钻具情况，并以此来确定Qin；根据所述速度确定Q1；根据Qin和Q1，向井筒内灌注钻井液；其中，Qin为应向井内灌入钻井液的体积；Q1为单位时间内应向井内灌入钻井液的体积。本发明的有益效果可包括：能够避免破坏地底压力平衡的风险，可有效避免溢流、井涌和井喷，能够及时准确灌浆，能够减少人为疏忽带来的风险，能够减轻人的劳动工作量，有利于降低HSE风险。

Description

一种起钻灌浆方法
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，特别地，涉及一种起钻灌浆方法。
背景技术
石油钻井过程中，钻杆起出后，井内泥浆液面降低，如果长时间不向井筒环空中灌入钻井液(俗称灌浆)保持液面高度，就会让井内液柱因为变短而使液柱井底压力变低，同时因为起钻过程中由于抽吸作用会形成负压，两者叠加，就会大大地破坏地底的压力平衡(地层压力和泥浆液柱压力之间的平衡)，若地层压力过大会引发溢流、井涌、井喷。起钻灌泥浆主要是防止溢流发生，用灌入得泥浆来充填减少的钻杆的体积，保持井内有较高钻井液液柱压力，来平衡地层压力，实现一次井控。
然而在现场，目前灌浆体积计算方法一般是采用起出3～5柱钻杆或1柱钻铤灌浆一次，灌浆的体积统一定为0.3m3。这种方法无法实现自动及时灌浆体积的准确计算，无法自动、及时的进行起钻灌浆，不能及时防止溢流发生，具有一定的井控风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够实现及时灌浆的起钻灌浆方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种起钻灌浆方法。
所述方法可包括步骤：进行起钻作业，并确定钻柱上提移动的速度；根据所述速度、以及正在出井钻具的内径和外径，确定Q1，其中，Q1为单位时间内应向井内灌入钻井液的体积；根据Q1，向井筒内灌注钻井液。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述确定Q1的步骤可包括：根据式1来确定Q1，
式1为：
Figure BDA0002476939060000021
其中，D1为正在出井钻具的外径，d1为正在出井钻具的内径，V为钻柱上提的速度，σ为修正系数。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：确定出井钻具情况，并以此来确定Qin，Qin为应向井内灌入钻井液的体积，出井钻具包括已出井钻具和正在出井钻具；
所述确定Qin的步骤包括：根据式2来确定，其中，
式2为：
Figure BDA0002476939060000022
其中，n为出井钻具的数量，Di为第i个出井钻具的外径，di为第i个出井钻具的内径，Li为第i个出井钻具的长度，对于正在出井的钻具，Li为钻具位于井口位置之上的长度。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，Qin和可给供技术人员参考，还可用于异常情况是否发生，例如判断井漏和/或溢流等。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，可利用服务器来确定所述Qin和/或Q1。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，在所述进行起钻作业之前，所述方法还可包括步骤：预设所述服务器，所述服务器上还预设有数据库，数据库内存储有起钻作业前井内钻具的情况。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述确定出井钻具情况的步骤可包括：利用雷达电磁波测速仪来获取钻柱上提的速度；所述服务器根据上提的速度和上提的时间，确定已上提的钻柱长度；所述服务器根据所述起钻作业前井内钻具的情况和已上提钻柱长度，确定出井钻具情况。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，可利用自动灌浆系统向井筒内灌注钻井液，自动灌浆系统包括灌浆泵伺服器、节流阀控制器、节流阀、灌浆泵控制器、灌浆泵、节流阀控制器、节流阀和灌浆管线，其中，所述服务器根据Q1，发出钻井液排量信号；灌浆泵伺服器能够接收钻井液排量信号并发出第一控制信号和第二控制信号；节流阀控制器能够接收第一控制信号，以调整节流阀的开度大小。节流阀设置在灌浆管线上；灌浆泵控制器能够接收第二控制信号，以使灌浆泵启动或停止；灌浆泵与钻井液罐连接；灌浆管线的两端分别与灌浆泵和井筒连接。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述自动灌浆系统还可包括返流管线，返流管线的两端分别与灌浆泵和井筒连接。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述钻具情况可包括：钻头、螺杆、钻铤、钻杆和加重钻杆中至少一种钻具的外径、内径和长度。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述确定钻柱上提移动的速度的步骤可包括：通过雷达电磁波测速仪来获取钻柱上提的速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：能够避免破坏地底压力平衡的风险，可有效避免溢流、井涌和井喷，能够及时准确灌浆，能够减少人为疏忽带来的风险，能够减轻人的劳动工作量，有利于降低HSE风险。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的起钻灌浆方法。
在本发明的一个示例性实施例中，所述起钻灌浆方法可包括以下步骤：
进行起钻作业，确定钻柱上提移动的速度V。
确定应向井内灌入钻井液的体积，和/或，确定单位时间内应向井内灌入钻井液的体积。其中，可确定出井钻具情况，并以此来确定应向井内灌入钻井液的体积。可根据所述速度确定单位时间内应向井内灌入钻井液的体积，即灌浆泵的排量。出井钻具可包括已出井钻具和正在出井钻具。
根据上述确定的两个参数中至少一个，向井筒内灌注钻井液。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述起钻灌浆方法可包括以下步骤：
进行起钻作业，利用雷达电磁波自动实时识别钻杆上提的速度。
建立钻杆上提速度和所需灌浆的排量之间的关系。即根据上提速度，确定所需灌浆的排量。
确定出需要灌入钻井液的体积。
将所需灌浆的排量和需要灌入钻井液的体积数据发送给自动灌浆系统，自动灌浆系统根据上述数据调节灌浆泵的排量，实现自动及时灌浆。
在本发明的再一个示例性实施例中，所述方法可包括以下步骤：
(1)预设服务器，在服务器上预设数据库，按照入井顺序记录入井钻具情况，包括钻头、螺杆、钻铤、钻杆、加重钻杆等钻具的外径、内径和长度参数。
(2)在钻台面上安装雷达电磁波测速仪，雷达电磁波测速仪包含雷达电磁波发射器，例如可选用成熟的固态器件耿氏振荡器作为无线电波源，其发射的射频能量被聚合成一窄波束射向钻台面上的钻柱，波束的一部分被反射回发射器，发射器中的另一固态器件混频二极管将反射回来的波束与之前的发射波束进行对比，产生多普勒频率。例如发射频率为10.525×109HZ时，1m/s的地面速度产生的多普勒频率为70.2152HZ，由此可推断出钻柱起钻上提移动的速度。
(3)当起钻作业开始时，雷达电磁波测速仪开始工作，获取钻柱上提移动的速度V，并将速度V发送给服务器。
(4)服务器接收到钻柱起钻移动的速度V后，根据速度V和时间T的变化，计算出当前已经上提出井的钻柱长度Lout＝V×T，依据Lout数值，对比起钻前井内的钻具情况，获取出井的钻具的外径D、内径d和长度L参数，计算出当前出井钻柱体积Qout，即应该向井内灌入钻井液的体积Qin：
Figure BDA0002476939060000041
其中，n为出井钻具的数量，出井钻具包括已出井钻具和正在出井钻具，Di为第i个出井钻具的外径，di为第i个出井钻具的内径，Li为第i个出井钻具的长度，对于正在出井的钻具，Li为钻具位于井口位置之上的长度。
同时判断出当前井口位置的钻具外径D0、内径d0，则当前单位时间内应该向井内灌入钻井液的体积，即灌浆泵的排量Q0，
Figure BDA0002476939060000042
由于起钻时，钻柱会携带一部分钻井液出井，造成井内钻井液的损耗，因此，实际灌入的钻井液应大于实际出井的钻柱体积，可通过修正系数σ来校正灌浆泵所需排量Q1，σ取值范围为1.05～1.2。
Figure BDA0002476939060000043
(5)将上述排量数据(即Q1)发送给灌浆泵伺服器，伺服器接收到排量数据后，启动灌浆泵，抽取钻井液罐的钻井液，调节节流阀，控制排量为Q1，向井筒内灌注钻井液，若有返流，则通过返流管线将多余的钻井液引入钻井液罐。
(6)当起钻暂停或终止时，Q1为0，伺服器关闭灌浆泵，关闭节流阀，灌浆结束等待下一个排量指令数据。
综上所述，本发明的起钻灌浆方法的优点可包括：
(1)本发明能够实时识别钻杆上提的速度，并能够以此调节灌浆泵的排量，实现自动及时灌浆。
(2)本发明可以避免长时间不向井筒灌入钻井液带来的破坏地底的压力平衡的风险，可有效避免溢流、井涌和井喷。
(3)本发明能够实现自动准确计算，及时灌浆，减少人为疏忽带来的风险，减轻人的体力劳动工作量，有利于降低HSE风险。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (8)

1.一种起钻灌浆方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
进行起钻作业，并确定钻柱上提移动的速度；
根据所述速度、以及正在出井钻具的内径和外径，确定Q1，其中，Q1为单位时间内应向井内灌入钻井液的体积；
根据Q1，向井筒内灌注钻井液；
所述确定Q1的步骤包括：根据式1来确定Q1，
式1为：
Figure FDA0003536335610000011
其中，D1为正在出井钻具的外径，d1为正在出井钻具的内径，V为钻柱上提的速度，σ为修正系数，σ取值范围为1.05～1.2；
所述方法还包括步骤：确定出井钻具情况，并以此来确定Qin，Qin为应向井内灌入钻井液的体积，出井钻具包括已出井钻具和正在出井钻具；
所述确定Qin的步骤包括：根据式2来确定，其中，
式2为：
Figure FDA0003536335610000012
其中，n为出井钻具的数量，Di为第i个出井钻具的外径，di为第i个出井钻具的内径，Li为第i个出井钻具的长度，对于正在出井的钻具，Li为钻具位于井口位置之上的长度。
2.根据权利要求1所述的起钻灌浆方法，其特征在于，利用服务器来确定所述Qin和/或Q1。
3.根据权利要求2所述的起钻灌浆方法，其特征在于，在所述进行起钻作业之前，所述方法还包括步骤：
预设所述服务器，所述服务器上还预设有数据库，数据库内存储有起钻作业前井内钻具的情况。
4.根据权利要求3所述的起钻灌浆方法，其特征在于，所述确定出井钻具情况的步骤包括：
利用雷达电磁波测速仪来获取钻柱上提的速度；
所述服务器根据上提的速度和上提的时间，确定已上提的钻柱长度；
所述服务器根据所述起钻作业前井内钻具的情况和已上提钻柱长度，确定出井钻具情况。
5.根据权利要求2所述的起钻灌浆方法，其特征在于，利用自动灌浆系统向井筒内灌注钻井液，自动灌浆系统包括灌浆泵伺服器、节流阀控制器、节流阀、灌浆泵控制器、灌浆泵和灌浆管线，其中，
所述服务器根据Q1，发出钻井液排量信号；
灌浆泵伺服器能够接收钻井液排量信号并发出第一控制信号和第二控制信号；
节流阀控制器能够接收第一控制信号，以调整节流阀的开度大小；
节流阀设置在灌浆管线上；
灌浆泵控制器能够接收第二控制信号，以使灌浆泵启动或停止；
灌浆泵与钻井液罐连接；
灌浆管线的两端分别与灌浆泵和井筒连接。
6.根据权利要求5所述的起钻灌浆方法，其特征在于，所述自动灌浆系统还包括返流管线，返流管线的两端分别与灌浆泵和井筒连接。
7.根据权利要求1所述的起钻灌浆方法，其特征在于，所述钻具情况包括：钻头、螺杆、钻铤、钻杆和加重钻杆中至少一种钻具的外径、内径和长度。
8.根据权利要求1所述的起钻灌浆方法，其特征在于，所述确定钻柱上提移动的速度的步骤包括：
通过雷达电磁波测速仪来获取钻柱上提的速度。
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