CN111814115A - 一种裂缝性漏失地层含可信度安全钻井液密度窗口修正方法 - Google Patents

Abstract

一种含可信度安全钻井液密度窗口的修正方法，包括以下步骤：区域漏失特征分析及裂缝性漏失层位确定；邻井使用钻井液密度及井漏情况统计；邻井钻井液密度与井漏的关联性分析；漏失层位含可信度安全钻井液密度窗口修正。该方法通过统计分析区域邻井漏失情况，确定发生裂缝性漏失的具体层位，并基于漏失发生前后的钻井液密度的统计分析，得到不同井漏风险概率的安全钻井液密度窗口的修正值，可根据井漏防控需求进行调控。提高了现有含可信度安全钻井液密度窗口的可靠性及其在裂缝性漏失地层的适用性。

Description

一种裂缝性漏失地层含可信度安全钻井液密度窗口修正方法

技术领域

本发明公开一种裂缝性漏失地层含可信度安全钻井液密度窗口修正方法，属于油气钻井的技术领域。

背景技术

安全钻井液密度窗口的建立是井身结构设计的重要步骤，其准确性直接影响井身结构设计方案的可靠性。近年来，含可信度安全钻井液密度窗口以及基于此的井身结构设计方法的提出，大大提高了井身结构设计方案的可靠性。该方法基于概率统计等理论，利用邻井测井、钻井和井史等资料，构建目标井的含可信地层孔隙、破裂和坍塌压力剖面，使原来的单值压力剖面变为含有概率信息的分布带，在此基础上构建的安全钻井液密度窗口不但更为可靠，还兼具风险评估与调控功能，在我国塔里木、南海莺琼盆地等多个油田成功应用。

但由于上述方法在预测地应力等地层信息时仍采用常规的岩石力学理论，对于裂缝性漏失地层，由于其漏失机制的特殊性和难以预测性，导致其预测结果与实际存在较大差距，这也是目前常规安全钻井液密度窗口构建方法面临的挑战之一。因此，有必要针对裂缝性漏失地层建立含可信度安全钻井液密度窗口的修正方法，提升含可信度安全钻井液密度窗口以及基于此的井身结构设计方法的可靠性及适用领域。

中国专利文献CN106228267A一种快速预测钻井液安全密度窗口的方法涉及钻井液安全密度窗口预测技术领域，解决现有技术不能在钻前对新井密度窗口进行定量表示且其预测值误差大、预测速度慢等技术问题。该文献针对钻井液密度窗口计算过程中由于原始资料和计算模型存在的不确定性问题，基于可靠性理论。与此相比，本发明引入的可信度的地层压力计算方法，将原来的单值压力剖面变为了含有概率信息的压力分布区间，在深井复杂地层的井身结构设计中，减少了对单一曲线和数值的绝对依赖性。

中国专利文献CN108843313B页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法，涉及的是页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法。该文献是基于岩石力学和物理学模型的地层压力计算方法，模型中诸多参数的获取存在困难且计算值存在误差。与此相比，本发明引入的含可信度的地层压力计算方法，采用较少计算参数的经验半经验方法，通过模型组合与概率统计，建立了含有概率信息的压力区间，本方法具有更广泛的使用范围。

中国专利文献CN110593856A一种固井安全作业密度窗口测定方法提供了一种固井安全作业密度窗口测定方法，该文献能够安全、准确地确定超深井筒安全作业密度窗口，能够为固井浆柱结构、注替排量设计等提供科学、合理方案奠定基础。与此相比，本发明建立的钻井液密度窗口计算方法基于钻井风险压力约束准则，不仅适用于钻井设计，还可用于风险评估和调控。

中国专利文献CN110032777A一种基于不确定性分析的钻井液密度安全窗口估计方法，公开了通过以具体的实际数据为基础，建立数值模型并进行响应面分析，经过模拟及统计，得到钻井液密度的响应面优化函数，从而搜索得到最佳钻井液密度安全窗口，形成了一种基于不确定性分析的钻井液密度安全窗口估计方法，对指导钻井工程中钻井液密度的合理选择极具价值。该文献针对天然裂缝性漏失、地层蠕变坍塌无法通过地层压力计算模型预测的不足。与此相比，本发明在含可信度安全钻井液密度窗口计算方法的基础上，利用区块邻井资料和概率统计方法，总结分析裂缝性漏失规律，识别邻井钻井液密度与漏失的关联性，进而对安全钻井液密度窗口漏失层位进行修正。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开一种裂缝性漏失地层含可信度安全钻井液密度窗口修正方法。

发明概述：

本发明所要解决的技术问题是针对裂缝性漏失地层漏失机制的特殊性和难以预测性的特点，通过统计分析区域已钻井的漏失情况、漏失前后钻井液使用情况、漏失层位及其分布特征等，对目标井的含可信度安全钻井液密度窗口进行修正，提高其可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种含可信度安全钻井液密度窗口的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)区域漏失特征分析及裂缝性漏失层位确定：

依据区域已钻井资料，分析发生漏失的地层层组信息及漏失特征，确定裂缝性漏失层位；假设裂缝性漏失层位为A(如二叠系、志留系、奥陶系等)；

2)邻井使用钻井液密度及井漏情况统计：

根据井史资料，统计n个邻井在裂缝性漏失层位钻进时使用的钻井液密度情况，包括：

井漏发生前和发生后的钻井液密度，邻井使用的钻井液密度，ρ∈[ρ₀,ρ₁]，其中，ρ₀表示使用的最小钻井液密度，ρ₁表示使用的最大钻井液密度；

n号邻井发生的井漏次数记为N(n)；

3)邻井钻井液密度与井漏的关联性分析：

计算步骤2)中统计的1～n号邻井所使用的钻井液密度的概率密度分布和累计概率分布，采用下式计算：

钻井液密度ρ_i的概率密度分布如下

钻井液密度ρ_i的累积概率密度分布如下

在公式(I)(II)中，ρ_i0表示1～n号邻井所使用的最小钻井液密度，ρ_i1表示1～N号邻井所使用的最大钻井液密度，σ为f(ρ_i)的标准差；

得到邻井在裂缝性漏失层位发生漏失的最小钻井液密度ρmin，其中ρmin是根据邻井井史和录井资料总结分析得出的，属于公知技术；

根据公式(II)得到所对应的累积概率P(ρ_min)；

则，在该地区裂缝性漏失层位钻井时，当钻井液密度小于等于ρ_min时不会发生漏失；当钻井液密度大于ρ_min时，对应的井漏风险为P(ρ_i)；

4)漏失层位含可信度安全钻井液密度窗口修正：

4-1)依据含可信度安全钻井液密度窗口建立方法，确定目标井可信度J条件下的安全钻井液密度窗口的上限ρ_M(h)和下限ρ_N(h)；其中，h为井深，ρ_M(h)和ρ_N(h)分别为井深h处的安全钻井液密度窗口的上限和下限；所述含可信度安全钻井液密度窗口建立方法是本技术领域所熟知的方法，已经成功在塔里木、南海莺琼盆地推广应用，可以确保本领域技术人员复现使用；所述可信度J条件是指：在含可信度的地层压力计算过程中，分别假设累计概率为A％与B％，则可以得到具有概率信息的地层压力的变化区间，区间大小变化范围的概率信息体现在计算结果上就构成了可信度(A-B)％；

4-2)确定修正后的安全钻井液密度窗口上限及其对应的井漏风险：

根据井漏防控的需要，即修正后的上限根据裂缝发育程度和现场井漏控制能力进行有选择的修正，例如溶洞型裂缝发育程度高的地层极易漏失，修正上限设为ρmin，裂缝性发育程度低的微裂缝地层，修正上限可根据现场堵漏能力根据邻井钻井液漏失密度分布范围酌情选择，对裂缝性漏失层位的安全钻井液密度窗口上限进行修正，修正后的上限为：

其中，ρ′_M(h)为修正后的安全钻井液密度窗口上限；R为对应的井漏风险；P(ρ_i)为钻井液密度ρ_i对应的井漏风险；

若裂缝性漏失层位较厚，根据需要，根据现场漏失程度和堵漏能力，需要对不同漏失层位采取不同的堵漏措施，因此，分段对ρ_M(h)进行精细修正；若裂缝性漏失层位较薄，对该层位的ρM(h)修正上限选择常数值对窗口上限进行修改进行统一修正；其中，根据现场施工经验，较薄层位系厚度为100米以下的地层，较厚层位系厚度在100米以上地层。

本发明的技术优势在于：

该方法通过统计分析区域邻井漏失情况，确定发生裂缝性漏失的具体层位，并基于漏失发生前后的钻井液密度的统计分析，得到不同井漏风险概率的安全钻井液密度窗口的修正值，可根据井漏防控需求进行调控。提高了现有含可信度安全钻井液密度窗口的可靠性及其在裂缝性漏失地层的适用性。

1、本发明引入的可信度的地层压力计算方法，将原来的单值压力剖面变为了含有概率信息的压力分布区间，在深井复杂地层的井身结构设计中，减少了对单一曲线和数值的绝对依赖性。

2、本发明引入的含可信度的地层压力计算方法，采用较少计算参数的经验半经验方法，通过模型组合与概率统计，建立了含有概率信息的压力区间，本发明具有更广泛的使用范围。

3、本发明建立的钻井液密度窗口计算方法基于钻井风险压力约束准则，不仅适用于钻井设计，还可有于风险评估和调控。

4、本发明在含可信度安全钻井液密度窗口计算方法的基础上，利用区块邻井资料和概率统计方法，总结分析裂缝性漏失规律，识别邻井钻井液密度与漏失的关联性，进而对安全钻井液密度窗口漏失层位进行修正。

附图说明

图1为各邻井发生的井漏次数及井漏发生前后所使用的钻井液密度情况图。

图2为邻井所使用的钻井液密度的概率密度分布和累计概率分布图，柱状图为邻井奥陶系钻井液密度概率分布，其中绿色部分为未发生漏失的钻井液密度，红色部分为发生漏失的钻井液密度，可知最小漏失钻井液密度为1.21。折线图为邻井奥陶系钻井液密度累计概率分布，可知最小漏失钻井液密度1.21的累计概率分布为18％。

图3为目标井可信度95％条件下的安全钻井液密度窗口。

图4为R＝0时修正后的含可信度安全钻井液密度窗口。

图5为R＝20％时修正后的含可信度安全钻井液密度窗口。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例、

以某区块裂缝性漏失地层A为例，该区块拥有27口已钻邻井，分别标记为1号邻井、2号邻井…i号邻井…27号邻井。

一种含可信度安全钻井液密度窗口的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)区域漏失特征分析及裂缝性漏失层位确定：

依据区域已钻井资料，分析发生漏失的地层层组信息及漏失特征，确定裂缝性漏失层位；依据该区块1号～17号邻井已钻井的井史资料，发现裂缝性漏失均发生在奥陶系，井深范围是7294m～7650m，各邻井在该层位发生漏失的次数统计如图1所示；

2)邻井使用钻井液密度及井漏情况统计：

根据井史资料，统计n个邻井在裂缝性漏失层位钻进时使用的钻井液密度情况，包括：

井漏发生前和发生后的钻井液密度，邻井使用的钻井液密度，ρ∈[ρ₀,ρ₁]，其中，ρ₀表示使用的最小钻井液密度，ρ₁表示使用的最大钻井液密度；

n号邻井发生的井漏次数记为N(n)；

其中，统计各邻井在奥陶系钻进时使用的钻井液密度情况，包括井漏发生前和发生后的钻井液密度，得到所使用的钻井液密度在1.14g/cm³～1.4g/cm³之间。各邻井发生的井漏次数及井漏发生前后所使用的钻井液密度情况，如图1所示；

3)邻井钻井液密度与井漏的关联性分析：

计算步骤2)中统计的1～n号邻井所使用的钻井液密度的概率密度分布和累计概率分布，采用下式计算：

统计的1～17号邻井所使用的钻井液密度的概率密度分布和累计概率分布，如图2所示，采用下式计算：

钻井液密度ρ_i的概率密度分布：

钻井液密度ρ_i的累积概率密度分布：

则可以得到邻井在奥陶系发生漏失的最小钻井液密度为1.21g/cm³，其所对应的累积概率P(1.21)＝18％。其实际意义为，在该地区奥陶系钻井时，钻井液密度小于1.21g/cm³时不会发生漏失，而大于1.21g/cm³时，对应的井漏风险为P(ρ_i)。

4)漏失层位含可信度安全钻井液密度窗口修正：

4-1)依据含可信度安全钻井液密度窗口建立方法，确定目标井可信度J条件下的安全钻井液密度窗口的上限ρ_M(h)和下限ρ_N(h)；其中，h为井深，ρ_M(h)和ρ_N(h)分别为井深h处的安全钻井液密度窗口的上限和下限；所述含可信度安全钻井液密度窗口建立方法是本技术领域所熟知的方法，已经成功在塔里木、南海莺琼盆地推广应用，可以确保本领域技术人员复现使用；所述可信度J条件是指：在含可信度的地层压力计算过程中，分别假设累计概率为A％与B％，则可以得到具有概率信息的地层压力的变化区间，区间大小变化范围的概率信息体现在计算结果上就构成了可信度(A-B)％；

4-2)确定修正后的安全钻井液密度窗口上限及其对应的井漏风险：

根据井漏防控的需要，即修正后的上限根据裂缝发育程度和现场井漏控制能力进行有选择的修正，例如溶洞型裂缝发育程度高的地层极易漏失，修正上限设为ρmin，裂缝性发育程度低的微裂缝地层，修正上限可根据现场堵漏能力根据邻井钻井液漏失密度分布范围酌情选择，对裂缝性漏失层位的安全钻井液密度窗口上限进行修正，修正后的上限为：

其中，ρ′_M(h)为修正后的安全钻井液密度窗口上限；R为对应的井漏风险；P(ρ_i)为钻井液密度ρ_i对应的井漏风险；

若裂缝性漏失层位较厚，根据需要，根据现场漏失程度和堵漏能力，需要对不同漏失层位采取不同的堵漏措施，因此，分段对ρ_M(h)进行精细修正；若裂缝性漏失层位较薄，对该层位的ρM(h)修正上限选择常数值对窗口上限进行修改进行统一修正；其中，根据现场施工经验，较薄层位系厚度为100米以下的地层，较厚层位系厚度在100米以上地层；

在本实施例中：

①依据含可信度安全钻井液密度窗口建立方法，确定目标井可信度95％条件下的安全钻井液密度窗口，如图3所示；

②确定修正后的安全钻井液密度窗口上限及其对应的井漏风险；

由于奥陶系层位较薄，对其进行统一修正；

根据井漏防控的需要，若奥陶系需要完全规避井漏风险，即R＝0，则修正后的安全钻井液密度窗口上限ρ′_M(h)修正为1.21g/cm³；若奥陶系允许存在一定的井漏风险，如R＝20％，则修正后的ρ′_M(h)＝1.24g/cm³。

R＝0和R＝20％时修正后的含可信度安全钻井液密度窗口分别如图4和图5所示。

具体地：如图3所示，为目标井可信度95％条件下的安全钻井液密度窗口，虽然实际钻井液密度在安全钻井液密度窗口内，但奥陶系(井深7294m～7650m)发生了严重的井漏事故，表明现有方法得到的窗口对于裂缝性漏失地层的奥陶系具有较大的误差。

通过本发明方法的修正，如图4和图5所示，无论是井漏风险为0、还是20％，修正后的奥陶系安全钻井液密度窗口上限均小于实际使用的钻井液密度，表明若采用设计的钻井液密度在奥陶系钻进，必然发生井漏。同时，通过选择合理的井漏风险(现有技术装备可控范围内)，可以对安全钻井液密度窗口进行有针对性的调整，有利于窄压力窗口地层的井身结构优化设计和安全高效施工。

Claims (1)

1.一种含可信度安全钻井液密度窗口的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)区域漏失特征分析及裂缝性漏失层位确定：

依据区域已钻井资料，确定裂缝性漏失层位；

2)邻井使用钻井液密度及井漏情况统计：

统计n个邻井在裂缝性漏失层位钻进时使用的钻井液密度情况，包括：

井漏发生前和发生后的钻井液密度，邻井使用的钻井液密度，ρ∈[ρ₀,ρ₁]，其中，ρ₀表示使用的最小钻井液密度，ρ₁表示使用的最大钻井液密度；

n号邻井发生的井漏次数记为N(n)；

3)邻井钻井液密度与井漏的关联性分析：

计算步骤2)中统计的1～n号邻井所使用的钻井液密度的概率密度分布和累计概率分布，采用下式计算：

钻井液密度ρ_i的概率密度分布如下

钻井液密度ρ_i的累积概率密度分布如下

在公式(I)(II)中，ρ_i0表示1～n号邻井所使用的最小钻井液密度，ρ_i1表示1～N号邻井所使用的最大钻井液密度，σ为f(ρ_i)的标准差；

得到邻井在裂缝性漏失层位发生漏失的最小钻井液密度ρmin，其中ρmin是根据邻井井史和录井资料总结分析得出的，属于公知技术；

根据公式(II)得到所对应的累积概率P(ρ_min)；

则，在该地区裂缝性漏失层位钻井时，当钻井液密度小于等于ρ_min时不会发生漏失；当钻井液密度大于ρ_min时，对应的井漏风险为P(ρ_i)；

4)漏失层位含可信度安全钻井液密度窗口修正：

4-1)依据含可信度安全钻井液密度窗口建立方法，确定目标井可信度J条件下的安全钻井液密度窗口的上限ρ_M(h)和下限ρ_N(h)；其中，h为井深，ρ_M(h)和ρ_N(h)分别为井深h处的安全钻井液密度窗口的上限和下限；

4-2)确定修正后的安全钻井液密度窗口上限及其对应的井漏风险：

对裂缝性漏失层位的安全钻井液密度窗口上限进行修正，修正后的上限为：

其中，ρ′_M(h)为修正后的安全钻井液密度窗口上限；R为对应的井漏风险；P(ρ_i)为钻井液密度ρ_i对应的井漏风险；

若裂缝性漏失层位较厚，根据需要，根据现场漏失程度和堵漏能力，需要对不同漏失层位采取不同的堵漏措施，因此，分段对ρ_M(h)进行精细修正；若裂缝性漏失层位较薄，对该层位的ρM(h)修正上限选择常数值对窗口上限进行修改进行统一修正。

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