CN115653536A - 一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田控压钻井工程技术领域，特别是涉及一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法及系统，井筒气侵时，将井筒通过液体胶塞分为两段，将上部井段气侵的钻井液完全循环出来后；在破碎液体胶塞循环处下部气侵的钻井液；其中液体胶塞为依次往钻具中注入凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B，经钻头返出后，在井底静置后形成的。通过本控压方法及系统，能有效解决井口井控的风险大和井控之间长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田控压钻井工程技术领域，特别是涉及一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法及系统。
背景技术
当钻机钻遇到深层复杂地层过程中，如果地层的孔隙压力和破裂压力间的窗口相对较小，常常会产生井涌、井漏、有害气体泄漏，卡钻、起下钻时间过长等问题，不仅会延长钻井时间，也会带来安全、污染等问题。如果在钻井过程中能够有效对井下压力进行控制，就能够有效缓解地层复杂等问题。
控压钻井是在钻进过程中对井筒压力及时进行控制的技术，目前属于一个较为先进的钻井技术，正在各油田逐步得到广泛应用，同时取得了良好的效果。控压钻井是对井筒压力进行精确控制，实现井底压力始终处于稳定状态。操作人员可以通过控压钻井装置控制井口回压，实现实时调整，确保井底压力始终在合理范围内。目前有以下技术措施。
1、井口回压控制
通过井口调节节流阀的通径来调节井口回压，以确保井筒压力始终保持在合理的范围内。通过对井底压力的精确控制，控压钻井既可以有效地防止钻井过程中可能发生的井漏，也可以避免发生溢流等井控险情。
2、井底压力恒定法
称为当量循环密度控制，作为一种环空水力节流压力、钻井液静柱压力的方法来精确控制井底压力。在开展设计过程中，通常是采用低于常规钻井方式的钻井液密度开展平衡钻井，在循环过程中的井底压力等于静液柱压力加上环空压耗。当关井、接钻杆时，循环压耗就会同时消失，让井底压力处于不平衡状态，之后在井口加入回压让井底压力处于平衡，这样能够避免地层流体侵入问题。理论上讲，该种情况在静止时，在井口加入回压等与循环时环空压耗。在井底压力恒定控压钻井作业过程中，在钻进、接单根、环空压力剖面，如果出现底层出现涌、漏问题，即可通过加压控制。
3、持续提高钻井液密度
在探井钻井过程中实施控压钻井工艺能及时发现产层，降低井控风险；但是长庆油田二开钻遇层位多、裸眼段长，含气层位多，地层压力各异；钻进过程中连续钻穿多套含气层，井下出现连续气侵；由于探井设计为水平井，循环处理溢流时间长，效果不明显；现场技术人员只能根据现象逐渐提高钻井液密度以期将地层压稳，由于现场情况较为急迫，钻井液密度从开始的1.2g/cm3逐渐提到1.8g/cm3之多，当地面观察井口溢流消失，认为平衡了地层压力；继续钻进下部地层的过程中时，就容易在过高密度钻井液的液柱压力下将下部薄弱地层压漏失返，井控风险加剧。
例如，某井2875米左右在马四段发现裂缝性主力气层，钻遇初期钻井液密度1.30g/cm3，气体流量、气测值均较高，显示强烈，随着裂缝压力的释放，后期钻进过程中未有明显显示，但直至完钻后钻井液密度提升至1.75g/cm3，仍不能很好的满足45～50小时的电测安全周期，钻井液提升至1.80g/cm3地层流体上窜速度才有很明显的降低，后期验证本井马四段地层压力超过设计上限1.38～1.42g/cm3，井筒过压现象明显。
分析认为：目前的控压钻井的主要设备安装在井口、地面，井下管柱还是使用的常规钻具，致使在钻进长裸眼多压力体系的地层气侵井口处理时间过长井下复杂的风险较大。即在气侵、溢流在循环置换的过程中，虽然环空的气侵泥浆被置换出来，但同时产层的气体还在源源不断地进入井底、环空，造成处理时间过长，同时，井口处的压力较高、裸眼井段长、漏层承压能力低，风险较大，一定程度上影响现场人员、设备、井下的安全。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法及系统，能有效解决井口井控的风险大和井控之间长的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.钻具的钻头钻进，观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显，若否，继续钻进，若是，进入步骤S2；
S2.上提钻具，依次往钻具中注入凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B；所述凝胶物质A和凝胶物质B分别为丙烯酰胺-丙烯酸钠与水混合后形成的混合液；
S3.恢复原有的钻井液循环，计算凝胶物质A返出钻头的时间，当凝胶物质A完全返出后，上提钻具，当隔离液和凝胶物质B依次从钻头处返出后，再次上提钻具；
S4.静置，凝胶物质B在重力作用下陆续下沉，穿过隔离液，沉降在凝胶物质A的溶液内，直至形成液体胶塞，将产气层与井筒隔离开；
S5.将液体胶塞上部环空被气侵的钻井液循环出来，直至井口监测无气侵现象，钻具下放并转动，加压转动的钻具破坏液体胶塞的完整性；同时，逐渐调整钻井液密度；
S6.将产层剩余环空气侵的钻井液和已被破坏的液体胶塞碎块循环出井口；
S7.井口连续监测气侵情况，若还有气侵，再次调整钻井液密度值；
S8.使用原钻井液循环两个周次，继续监测气侵情况；根据气侵情况小辐调节钻井液密度；
S9.若井下的阻流效果消失，继续控压钻进；若钻进过程中再次发生明显溢流，再进入步骤S2。
所述凝胶物质A中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为92：1，所述凝胶物质B中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为20：1；所述隔离液为钻井液或清水。
所述步骤S1中，观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显具体指：在地面通过旋转防喷器上的溢流管观察泥浆罐含气量变化情况，当溢流管内返出的液量增大，则溢流明显。
所述步骤S2中，所述凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B的注入量为1：1：1。
当凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B的注入量都为1方时，步骤S3中上提钻具的高度为20～25米，再次上提钻具的高度为10～15米。
所述步骤S4中，形成的液体胶塞的高度为30～40米，承压为3～5MPa。
所述步骤S3中计算凝胶物质A返出钻头的时间具体指：依据井深和钻具的排量进行计算。
所述步骤S5和步骤S6中调整钻井液密度具体指增大钻井液密度。
所述步骤S5中逐渐调整钻井液密度具体指将钻井液的密度调整到1.2～1.35g/cm3；所述步骤S6中逐渐调整钻井液密度具体指将钻井液的密度调整到1.35～1.38g/cm3。
一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压系统，其特征在于：包括钻具、旋转防喷器和注入装置；所述旋转防喷器上连接有溢流管，用于观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显；所述注入装置用于在溢流明显时往钻具中依次注入凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B，用于在井底形成液体胶塞；所述钻具用于正常钻进，当出现溢流明显的情况时，依据凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B返出钻头的时间，上提钻具，当在井底形成液体胶塞后，且井口检测无气侵现象，所述钻具下放并转动用于破坏液体胶塞的完整性。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、在井口发现溢流时，本发明通过在钻具内注入凝胶物质A、隔离液和凝胶物质B，使得在井底形成液体胶塞，阻隔储层内的天然气继续侵入井筒；同时将上部环空的溢流循环出来，再全井段循环。逐步求取平衡压力，确定出真实的钻井液密度，防止过高的钻井液密度将地层压漏。
通过上述方法，使井口井控的风险降低、下移，减少井控的整体风险，缩短井控时间，保证井控安全，堵绝井控失控的事故。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明中试验过程示意图；
图中标记：
1、钻头，2、螺杆，3、钻杆，4、旋转防喷器，5、溢流管，6、注入装置，7、阀门，8、凝胶物质A，9、凝胶物质B，10、隔离液，11、液体胶塞，12、注入泵，13、第一有机玻璃管，14、第二有机玻璃管，15、注气泵。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，包括以下步骤：
S1.常规钻具的钻头1钻进，观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显，若否，继续钻进，若是，进入步骤S2。
S2.上提钻具，依次往钻具中注入凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9。所述凝胶物质A8和凝胶物质B9分别为丙烯酰胺-丙烯酸钠与水混合后形成的混合液。
S3.恢复原有的钻井液循环，计算凝胶物质A8返出钻头1的时间，当凝胶物质A8完全返出后，上提钻具，当隔离液10和凝胶物质B9依次从钻头1处返出后，再次上提钻具。
S4.静置，凝胶物质B9在重力作用下陆续下沉，穿过隔离液10，沉降在凝胶物质A8的溶液内，直至形成液体胶塞11，将产气层与井筒隔离开。
S5.将液体胶塞11上部环空被气侵的钻井液循环出来，直至井口监测无气侵现象，钻具下放并转动，加压转动的钻具破坏液体胶塞11的完整性；同时，逐渐调整钻井液密度。
S6.将产层剩余环空气侵的钻井液和已被破坏的液体胶塞11碎块循环出井口。
S7.井口连续监测气侵情况，若还有气侵，再次调整钻井液密度值。
S8.使用原钻井液循环两个周次，继续监测气侵情况；根据气侵情况小辐调节钻井液密度。其中，钻井液从井口的钻具内流动，经过井底钻头，到井口环空，成为一个周次。
S9.若井下的阻流效果消失，继续控压钻进。若钻进过程中再次发生明显溢流，再进入步骤S2。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，包括以下步骤：
S1.钻具的钻头1钻进，观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显，若否，继续钻进，若是，进入步骤S2。
S2.上提钻具，依次往钻具中注入1:1:1的凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9。所述凝胶物质A8和凝胶物质B9分别为丙烯酰胺-丙烯酸钠与水混合后形成的混合液。更为具体的，所述凝胶物质A8中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为92：1，所述凝胶物质B9中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为20：1。所述隔离液10为清水。
S3.恢复原有的钻井液循环，计算凝胶物质A8返出钻头1的时间，当凝胶物质A8完全返出后，上提钻具，当隔离液10和凝胶物质B9依次从钻头1处返出后，再次上提钻具。
S4.静置，凝胶物质B9在重力作用下陆续下沉，穿过隔离液10，沉降在凝胶物质A8的溶液内，直至形成液体胶塞11，将产气层与井筒隔离开。
S5.将液体胶塞11上部环空被气侵的钻井液循环出来，直至井口监测无气侵现象，钻具下放并转动，加压转动的钻具破坏液体胶塞11的完整性；同时，逐渐调整钻井液密度，更为具体的，将钻井液的密度调整到1.2～1.35g/cm3。
S6.将产层剩余环空气侵的钻井液和已被破坏的液体胶塞11碎块循环出井口。
S7.井口连续监测气侵情况，若还有气侵，再次调整钻井液密度值，将钻井液的密度调整到1.35～1.38g/cm3。
S8.循环两个周次，继续监测气侵情况；根据气侵情况小辐调节钻井液密度。其中，钻井液从井口的钻具内流动，经过井底钻头，到井口环空，称为一个周次。
S9.若井下的阻流效果消失，继续控压钻进；若钻进过程中再次发生明显溢流，再进入步骤S2。
实施例3
作为本发明另一较佳实施方式，本发明包括一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压系统，包括钻具、旋转防喷器4和注入装置6。所述旋转防喷器4上连接有溢流管5，用于观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显。所述注入装置6用于在溢流明显时往钻具中依次注入凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9，用于在井底形成液体胶塞11。所述钻具用于正常钻进，当出现溢流明显的情况时，依据凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9返出钻头1的时间，上提钻具，当在井底形成液体胶塞11后，且井口检测无气侵现象，所述钻具下放并转动用于破坏液体胶塞11的完整性。
实施例4
作为本发明最佳实施方式，本发明包括一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，参照说明书附图1，具体包括以下步骤：
S1.钻具的钻头1钻进，通过井口的旋转防喷器4进行井口控压措施，控制在1～4MPa。同时，在地面通过旋转防喷器4上的溢流管5观察泥浆罐含气量变化情况，判断是否溢流明显，若否，继续钻进，若是，进入步骤S2。其中，当溢流管5内返出的液量增大，溢流明显，井控的风险加大。其中，所述钻具为常规钻具，下钻水平井钻进。所述钻具的结构可以包括215.9mmPDC钻头1、165mm螺杆2、212mm扶正器、短节、MWD、加重钻杆3以及钻杆3。
S2.上提钻具3～5米，启动注入装置6，通过注入装置6依次往钻具中注入1方凝胶物质A8、1方隔离液10和1方凝胶物质B9。其中注入装置6可以接在钻台的立管上，所述注入装置6通过管道与钻具连通，该管道上还设有对应的阀门7。所述凝胶物质A8和凝胶物质B9分别为丙烯酰胺-丙烯酸钠与水混合后形成的混合液，更为具体的，所述凝胶物质A8中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为92：1，所述凝胶物质B9中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为20：1；所述隔离液10为钻井液。
S3.完成后，关闭钻台上的注入装置6，恢复原有的钻井液循环。依据井深和排量计算凝胶物质A8通过钻杆3、MWD、螺杆2，返出钻头1时间。由于凝胶物质A8和凝胶物质B9中间有钻井液的隔离作用，二者不会相互融合。当1方凝胶物质A8完全返出后，上提钻具20～25米。当隔离液10和凝胶物质B9依次从钻头1处返出后，再次上提钻具10～15米。
S4.静置10～15分钟，凝胶物质B9在重力作用下陆续下沉，穿过中间的隔离液10，沉降在凝胶物质A8的溶液内，10～15分钟，形成30～40米液体胶塞11，承压3～5MPa。将产气层与井筒隔离开。
S5.地面的循环泵开始小排量开泵循环，将液体胶塞11上部环空被气侵的钻井液循环出来，直至井口监测无气侵现象，钻具下放转动到井底，转动，加压转动的钻具破坏液体胶塞11的完整性。同时，逐渐调整钻井液密度到1.2～1.35g/cm3。
S6.将产层剩余环空气侵的钻井液和已被破坏的液体胶塞11碎块循环出井口。
S7.井口连续监测气侵情况，若还有气侵，再次调整钻井液密度值到1.35～1.38g/cm3。
S8.使用原钻井液循环两个周次，继续监测气侵情况；根据气侵情况小辐调节钻井液密度，其中气侵情况具体指井口出现气泡的多少。钻井液从井口的钻具内流动，经过井底钻头，到井口环空，称为一个周次。
S9.若井下的阻流效果消失，通过井口防喷器继续进行控压措施的钻进。若钻进过程中再次发生明显溢流，再进入步骤S2。
一种用于钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法的系统，包括钻具、旋转防喷器4和注入装置6。所述旋转防喷器4上连接有溢流管5，用于观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显。所述注入装置6用于在溢流明显时往钻具中依次注入凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9，用于在井底形成液体胶塞11。所述钻具用于正常钻进，当出现溢流明显的情况时，依据凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9返出钻头1的时间，上提钻具，当在井底形成液体胶塞11后，且井口检测无气侵现象，所述钻具下放并转动用于破坏液体胶塞11的完整性。
上述方法和系统，与现有常规的控压方法相比，对比如下表所示：
对于上述控压方法，参照说明书附图2，进行了室内模拟试验：
在室内纵向固定1个外径50mm、厚度5mm、长度1500mm的第一有机玻璃管13；选择1个长度1400mm、外径10mm、厚度4mm的第二有机玻璃管14。将第二有机玻璃管14插入第一有机玻璃管13内，距离底部100mm。第一有机玻璃管13的上部与清水注入泵连接；第一有机玻璃管13的底部与注气泵15连接。开清水注入泵12循环清水，同时底部的注气泵15注入空气。第一有机玻璃管13的上部可观察到环空返出有气泡的水。
上提第二有机玻璃管14高度100mm。注入泵12分别注入凝胶物质A8、隔离液10和凝胶物质B9。凝胶物质A8沉积在第一有机玻璃管13的底部；凝胶物质A8的上部分别是隔离液10和凝胶物质B9。2-3分钟，凝胶物质A8和凝胶物质B9混合反应，形成液体胶塞11。第二有机玻璃管14注入清水；带出上部环空的气泡；将第二有机玻璃管14下放；循环，将液体胶塞11和底部剩余的气泡完全循环出来。
试验证明本技术方案是可行的。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1. 钻具的钻头（1）钻进，观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显，若否，继续钻进，若是，进入步骤S2；
S2. 上提钻具，依次往钻具中注入凝胶物质A（8）、隔离液（10）和凝胶物质B（9）；所述凝胶物质A（8） 和凝胶物质B（9）分别为丙烯酰胺-丙烯酸钠与水混合后形成的混合液；
S3. 恢复原有的钻井液循环，计算凝胶物质A（8）返出钻头（1）的时间，当凝胶物质A（8）完全返出后，上提钻具，当隔离液（10）和凝胶物质B（9）依次从钻头（1）处返出后，再次上提钻具；
S4. 静置，凝胶物质B（9）在重力作用下陆续下沉，穿过隔离液（10），沉降在凝胶物质A（8）的溶液内，直至形成液体胶塞（11），将产气层与井筒隔离开；
S5. 将液体胶塞（11）上部环空被气侵的钻井液循环出来，直至井口监测无气侵现象，钻具下放并转动，加压转动的钻具破坏液体胶塞（11）的完整性；同时，逐渐调整钻井液密度；
S6. 将产层剩余环空气侵的钻井液和已被破坏的液体胶塞（11）碎块循环出井口；
S7. 井口连续监测气侵情况，若还有气侵，再次调整钻井液密度值；
S8. 使用原钻井液循环两个周次，继续监测气侵情况；根据气侵情况小辐调节钻井液密度；
S9. 若井下的阻流效果消失，继续控压钻进；若钻进过程中再次发生明显溢流，再进入步骤S2。
2.根据权利要求1所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述凝胶物质A（8）中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为92：1，所述凝胶物质B（9）中，丙烯酰胺-丙烯酸钠与水的质量比为20：1；所述隔离液（10）为钻井液或清水。
3.根据权利要求2所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述步骤S1中，观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显具体指：在地面通过旋转防喷器（4）上的溢流管（5）观察泥浆罐含气量变化情况，当溢流管（5）内返出的液量增大，则溢流明显。
4.根据权利要求2所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述凝胶物质A（8）、隔离液（10）和凝胶物质B（9）的注入量为1：1：1。
5.根据权利要求4所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：当凝胶物质A（8）、隔离液（10）和凝胶物质B（9）的注入量都为1方时，步骤S3中上提钻具的高度为20~25米，再次上提钻具的高度为10~15米。
6.根据权利要求5所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述步骤S4中，形成的液体胶塞（11）的高度为30~40米，承压为3~5MPa。
7.根据权利要求1所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述步骤S3中计算凝胶物质A（8）返出钻头（1）的时间具体指：依据井深和钻具的排量进行计算。
8.根据权利要求1所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述步骤S5和步骤S6中调整钻井液密度具体指增大钻井液密度。
9. 根据权利要求8所述的一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压方法，其特征在于：所述步骤S5中逐渐调整钻井液密度具体指将钻井液的密度调整到1.2~1.35 g/cm3；所述步骤S6中逐渐调整钻井液密度具体指将钻井液的密度调整到1.35~1.38 g/cm3。
10.一种钻井过程中液体胶塞封隔产层循环控压系统，其特征在于：包括钻具、旋转防喷器（4）和注入装置（6）；所述旋转防喷器（4）上连接有溢流管（5），用于观察泥浆罐含气量变化，判断是否溢流明显；所述注入装置（6）用于在溢流明显时往钻具中依次注入凝胶物质A（8）、隔离液（10）和凝胶物质B（9），用于在井底形成液体胶塞（11）；所述钻具用于正常钻进，当出现溢流明显的情况时，依据凝胶物质A（8）、隔离液（10）和凝胶物质B（9）返出钻头（1）的时间，上提钻具，当在井底形成液体胶塞（11）后，且井口检测无气侵现象，所述钻具下放并转动用于破坏液体胶塞（11）的完整性。
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