CN111997597A - 一种控制地层中的甲烷侵入井筒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控制地层中的甲烷侵入井筒的方法。所述方法可包括以下步骤：通过井下烃类检测工具在钻井过程中实时监测井底是否存在地层中的甲烷侵入井筒，当没有地层甲烷侵入井筒时，维持当前工况不变，当存在地层甲烷侵入井筒时，判定井底压力小于地层压力，调整井底压力，直到不再有地层中的甲烷进入井筒，并将侵入井筒的地层甲烷排出井筒。本发明的有益效果可包括：在第一时间发现是否有地层甲烷进入井筒，通过地面控制装备快速改变井底压力，迫使甲烷不再进井筒，同时将已经进入井筒的甲烷通过地面控制装备和工艺方法有控制的排出井筒，达到安全高效钻井的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油气井钻井安全技术领域，具体地，涉及一种控制地层中的甲烷侵入井筒的方法。
背景技术
目前，钻井领域的甲烷发现主要通过地面循环系统，检测钻井液池液位的变化来确定溢流是否发生，但通过钻井液池液位变化来判断是否溢流具有严重的滞后性，因为甲烷是在运移距地面1000m左右体积才会发生剧烈变化，液面才会出现波动，实际溢流早已发生且已经十分严重。在高压气藏钻井中，出现液面变化到发生井喷时间极短，从发生溢流到井喷只有5～10min，有时甚至溢流和井喷同时发生。因此，第一时间发现井下甲烷的侵入并进行有效控制，对于减少溢流等井控时间具有颠覆性的意义。
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控制地层中的甲烷侵入井筒的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种控制地层中的甲烷侵入井筒的方法。所述方法可包括以下步骤：通过井下烃类检测工具在钻井过程中实时监测井底是否存在地层中的甲烷侵入井筒，当没有甲烷侵入井筒时，维持当前工况不变，当存在甲烷侵入井筒时，判定井底压力小于地层压力，调整井底压力，直到不再有地层中的甲烷进入井筒，并将侵入井筒的地层甲烷排出井筒。
在本发明的一个示例性实施例中，所述调整井底压力，直到不再有地层中的甲烷进入井筒可包括：
在调整井底压力之前，对井底压力进行测量得到测量值P1；
改变井底压力至井底压力大于地层压力，井筒内监测不到甲烷，对井底压力进行测量得到测量值P2；
继续调整井底压力至P3，其中，P1＜P3＜P2，检测井筒内的甲烷浓度是否大于0且不大于a％，a表示数字且0＜a＜100，无具体含义，若是，则P3为地层压力，随之调节井底压力至Px，1≤Px-P3≤3Mpa，若否，检测井筒内是否存在甲烷，
若存在，逐次增大井底压力P3至Pm，对每次增大井底压力后的井筒内的甲烷浓度进行检测，直至井筒内的甲烷浓度大于0且不大于a％，此时地层压力为Pm，随之调节井底压力至Py，1≤Py-Pm≤3Mpa，其中，Pm＜P2，m代表数字且m≥4，无具体含义；
若不存在，逐次减小井底压力P3至Pn，对每次减小井底压力后的井筒内的甲烷浓度进行检测，直至井筒内的甲烷浓度大于0且不大于a％，此时地层压力为Pn，随之调节井底压力至Pz，1≤Pz-Pn≤3Mpa，其中，P1小于Pn，n代表数字且n≥4，无具体含义。
在本发明的一个示例性实施例中，所述1.5≤Px-P3≤2Mpa，所述1.5≤Py-Pm≤2Mpa，所述1.5≤Pz-Pn≤2Mpa。
在本发明的一个示例性实施例中，所述P3＝(P1+P2)/2；
所述Pm＝(Pm-1+P2)/2，Pm-1＜Pm＜P2，Pm-1表示井底压力调整至Pm时的前一次调整的井底压力；
所述Pn＝(Pn-1+P1)/2，P1＜Pn＜Pn-1，Pn-1表示井底压力调整至Pn时的前一次调整的井底压力。
在本发明的一个示例性实施例中，可通过校核过后的水力学模型计算井底压力。
在本发明的一个示例性实施例中，可通过增大钻井液密度，从而增加井底压力，可通过增大钻井液排量，从而增加井底压力，可增大井口套压从而增加井底压力。
在本发明的一个示例性实施例中，可通过减小钻井液密度，从而减小井底压力，可通过减小钻井液排量，从而减小井底压力，可减小井口套压从而减小井底压力。
在本发明的一个示例性实施例中，所述调整井底压力，直到不再有甲烷进入井筒可包括：
以0.01～10Mpa/s的增压速度增加井口套压，从而改变井底压力，对每次增大井底压力后的井筒进行甲烷检测，直至井筒内检测到不存在甲烷。
在本发明的一个示例性实施例中，所述增压速度可为1Mpa/s。
在本发明的一个示例性实施例中，侵入井筒的甲烷可按照1～50000m3/min的速度排出井筒。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：在第一时间发现是否由地层甲烷进入井筒，通过快速改变井底压力，迫使地层甲烷不再进入井筒，同时将已经进入井筒的地层甲烷排出井筒，达到安全高效钻井的目的。
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控制地层中的甲烷侵入井筒的方法。
在地层未被钻开之前，地层内各处的地层压力保持相对平衡的状态。在钻井过程中，一旦地层被钻开并投入使用，地层压力平衡状态可能会被打破，若井底压力低于地层压力，在地层压力与井底压力之间产生的压差作用下，地层内的流体物质(石油或天然气或水等流体)就会流向井筒，此时，地层中的甲烷也会随之进入井筒。
本发明提供了一种控制地层中的甲烷侵入井筒的方法。
在本发明的一个示例性实施例中，通过井下烃类检测工具在钻井过程中实时监测井底是否有地层中的甲烷进入井筒，并能够监测甲烷的浓度或含量，并将检测结果反馈至地面，地面信号接收装置接收到井下烃类检测工具信号，当发现有地层中的甲烷进入井筒时，说明井底压力小于地层压力；当没有发现地层中的甲烷进入井筒时，说明井底压力大于地层压力，此时，维持当前工况不变即可。
在本实施例中，所述井下烃类检测工具可以是在钻井过程中检测井底是否有甲烷、乙烷等特殊气体的工具，可以包括红外光源、检测器、检测通道、解释单元等部件，井筒内的流体通过检测通道时，红外光源发射红外光谱照射流体，检测器检测透过流体通道内的流体的光谱，确定是否存在地层中的甲烷，同时也能够获得甲烷的浓度或含量，将结果传给解释单元进行分析处理，并将解释结果通过泥浆脉冲信号上传至地面，另外，除了泥浆脉冲信号，还可以通过电磁波信号传输数据。
在本实施例中，泥浆脉冲信号方式的地面信号接收装置可以包括钻机立管上的压力传感器及采集的立管压力波动解码的解码装置，电磁波信号的地面接收装置可以包括电磁波解码装置。
具体地，当发现有地层中的甲烷进入井筒时，所述方法还可以包括以下步骤：
步骤一：获取此时的井底压力并得到压力值P1，其中，P1＜地层压力。
步骤二：改变井底压力至井底压力大于地层压力，井筒内检测不到甲烷，获取井底压力并得到压力值P2，所以，此时的P2＞地层压力。
在本实施例中，可以选择的是通过增大套管压力或是增大钻井液排量或是增大钻井液密度来增大井底压力，这几个方法都可以直接或是间接增大井底压力，同时，能够实现上述几种方法的装置也可以用来在步骤二时改变井底压力，例如自动节流控制系统、自动节流管汇/装置、或是手动节流装置。
步骤三：继续调整井底压力至P3，其中，P3＝(P1+P2)/2，P1＜P3＜P2，检测井筒内的甲烷浓度是否大于0且不大于a％(a％也可以说是标定基值浓度)，a表示数字且0＜a＜100(a可以为0.1或a可以为40或a可以为99.9)，无具体含义，若是，则P3为地层压力，并将井底压力调节为Px，其中，1≤Px-P3≤3Mpa，若否，检测井筒内是否存在甲烷，此时，可存在以下两种情况：
当检测到存在甲烷进入井筒时，则表明此时的井底压力P3＜地层压力，且此时的甲烷的浓度是大于a％的，增大井底压力P3至P4，其中，P4＝(P3+P2)/2，检测井筒内的甲烷的浓度，如果满足大于0且不大于a％，则P4为地层压力，并将井底压力调节至[P4+1，P4+3]Mpa；如果不满足，则继续增大井底压力P4至P5，其中，P5＝(P4+P2)/2，检测井筒内的甲烷的浓度，如果满足大于0且不大于a％，则P5为地层压力，并将井底压力调节至[P5+1，P5+3]Mpa；如果不满足则继续依次增大井筒内的压力至P6、P7……直到Pm，对每次增大井底压力后的井筒进行甲烷浓度的检测，其中，Pm-1＜Pm＜P2，m代表数字且m≥8，没有具体的含义，Pm-1表示井底压力调整至Pm时的前一次调整的井底压力，当井底压力为Pm且此时井筒内甲烷浓度大于0且不大于a％，此时，地层压力为Pm，将井底压力调节至Py，其中，1≤Py-Pm≤3Mpa；
当检测到不存在甲烷进入井筒时，则表明此时的井底压力P3＞地层压力，减小井底压力P3至P4，其中，P4＝(P3+P1)/2，检测井筒内的甲烷的浓度，如果满足大于0且不大于a％，则P4为地层压力，并将井底压力调节至[P4+1，P4+3]Mpa；如果不满足，则继续减小井底压力P4至P5，其中，P5＝(P4+P1)/2，检测井筒内甲烷的浓度，如果满足大于0且不大于a％，则P5为地层压力，并将井底压力调节至[P5+1，P5+3]Mpa；如果不满足则继续减小井底压力至P6、P7……直到Pn，对每次减小井底压力后的井筒进行甲烷浓度检测，其中，P1＜Pn＜Pn-1，其中，n代表数字且n≥8，无具体含义，Pn-1表示井底压力调整至Pn时的前一次调整的井底压力，当井底压力为Pn且此时井筒内甲烷浓度大于0且不大于a％，此时，地层压力为Pn，将井底压力调节至Pz，其中，1≤Pz-Pn≤3Mpa。
在本实施例中，所述Pm＝(Pm-1+P2)/2，所述Pn＝(Pn-1+P1)/2。
另外，我们可以选择的是当调整井底压力到没有甲烷再进入井筒后，检测此时的井底压力是否小于漏失压力，从而保证井下能够实现既没有甲烷进入又不会发生井漏的稳定。
步骤四：侵入井筒的甲烷按照1～50000m3/min(例如20000m3/min或1000m3/min)的速度排出井筒。
在本实施例中，排出率可以达到95％以上，甚至可以达到99％。
在本实施例中，可以通过校核过后的水力学模型对井底压力进行计算，相比较其他计算方法，具备精度高、使用方便等优点。
另外，当发现有地层甲烷进入井筒时，所述方法也可以包括以下步骤：
以0.01～10Mpa/s的增压速度增加井口套压，从而改变井底压力，对每次增大井底压力后的井筒进行地层甲烷检测，直至井筒内检测到不存在地层甲烷；
侵入井筒的甲烷按照1～50000m3/min(例如1000m3/min)的速度排出井筒。
在本实施例中，增压速度可以为0.5Mpa/s、1Mpa/s或2～5Mpa/s。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
本发明的具体工作过程：
第一步：井下烃类检测工具发现甲烷(浓度大于0.5％)，通过泥浆脉冲将结果传送至地面。
第二步：地面控制装置接收到甲烷进入井筒信号，通过地面装置快速调整井底压力(井底压力大于地层压力1.8MPa)，制止地层甲烷继续进入井筒；
第三步：已经侵入井筒的地层甲烷通过地面控制装备按照800m3/min的排出速度排出地面，达到安全环保的钻井目的。
综上所述，本发明的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法的优点可包括：
(1)通过井下烃类检测能够第一时间发现井下是否出现甲烷，通过地面控压装置快速改变井底压力，使地层甲烷不再持续进入井筒；
(2)进入井筒的地层甲烷，通过地面控制装备和工艺方法能够得到有效控制并安全排出井筒，从而达到安全钻井目的，降低钻井作业风险；
(3)本发明方法对于甲烷侵入到排出井筒的处理时间可以达到5分钟以内，并且排出率在95％以上，甚至能够达到99％。
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 (10)
1.一种控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过井下烃类检测工具在钻井过程中实时监测井底是否存在地层中的甲烷侵入井筒，当没有甲烷侵入井筒时，维持当前工况不变，当存在甲烷侵入井筒时，判定井底压力小于地层压力，调整井底压力，直到不再有地层中的甲烷进入井筒，并将侵入井筒的地层甲烷排出井筒。
2.根据权利要求1所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，所述调整井底压力，直到不再有地层中的甲烷进入井筒包括：
在调整井底压力之前，对井底压力进行测量得到测量值P1；
改变井底压力至井底压力大于地层压力，井筒内监测不到甲烷，对井底压力进行测量得到测量值P2；
继续调整井底压力至P3，其中，P1＜P3＜P2，检测井筒内的甲烷浓度是否大于0且不大于a％，a表示数字且0＜a＜100，无具体含义，若是，则P3为地层压力，随之调节井底压力至Px，1≤Px-P3≤3Mpa，若否，检测井筒内是否存在甲烷，
若存在，逐次增大井底压力P3至Pm，对每次增大井底压力后的井筒内的甲烷浓度进行检测，直至井筒内的甲烷浓度大于0且不大于a％，此时地层压力为Pm，随之调节井底压力至Py，1≤Py-Pm≤3Mpa，其中，Pm＜P2，m代表数字且m≥4，无具体含义；
若不存在，逐次减小井底压力P3至Pn，对每次减小井底压力后的井筒内的甲烷浓度进行检测，直至井筒内的甲烷浓度大于0且不大于a％，此时地层压力为Pn，随之调节井底压力至Pz，1≤Pz-Pn≤3Mpa，其中，P1＜Pn，n代表数字且n≥4，无具体含义。
3.根据权利要求2所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，所述1.5≤Px-P3≤2Mpa，所述1.5≤Py-Pm≤2Mpa，所述1.5≤Pz-Pn≤2Mpa。
4.根据权利要求2所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，所述P3＝(P1+P2)/2；
所述Pm＝(Pm-1+P2)/2，Pm-1＜Pm＜P2，Pm-1表示井底压力调整至Pm时的前一次调整的井底压力；
所述Pn＝(Pn-1+P1)/2，P1＜Pn＜Pn-1，Pn-1表示井底压力调整至Pn时的前一次调整的井底压力。
5.根据权利要求2所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，通过校核过后的水力学模型计算井底压力。
6.根据权利要求2所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，通过增大钻井液密度，从而增加井底压力，通过增大钻井液排量，从而增加井底压力。
7.根据权利要求2所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，通过减小钻井液密度，从而减小井底压力，通过减小钻井液排量，从而减小井底压力。
8.根据权利要求1所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，所述调整井底压力，直到不再有甲烷进入井筒包括：
以0.01～10Mpa/s的增压速度增加井口套压，从而改变井底压力，对每次增大井底压力后的井筒进行甲烷检测，直至井筒内检测到不存在甲烷。
9.根据权利要求8所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，所述增压速度为1Mpa/s。
10.根据权利要求1所述的控制地层中的甲烷侵入井筒的方法，其特征在于，侵入井筒的甲烷按照1～50000m3/min的速度排出井筒。
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