一种用于控压钻井的气侵控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于控压钻井的气侵控制方法，所述方法包括以下步骤：判断当前钻井过程中是否发生气侵溢流；根据气侵溢流发生的判定结果选取气侵控制方案并实施气侵控制，其中，在确定发生气侵溢流时，选取直接循环排溢方案，或者，在不确定发生气侵溢流时，则选取包含有停泵溢流检测方案的复合排溢控制方案。本发明专利技术能够通过定量计算分析，快速准确的制定最优的控压钻井气侵控制方案，实现控压钻井气侵控制与排溢。

【技术实现步骤摘要】
一种用于控压钻井的气侵控制方法
本专利技术属于石油钻井领域，涉及到控压钻井过程中发生气侵时的气侵安全控制与排溢技术。
技术介绍
随着我国油气勘探开发逐步向深部复杂地层进军，窄安全密度窗口地层钻井越来越多，为了解决窄安全密度窗口钻井问题，控压钻井(ManagedPressureDrilling，简称MPD)技术不断得到推广应用。由于地层压力剖面很难准确获得，因此在控压钻井过程中依然存在有气侵溢流风险，特别对于埋藏深的海相碳酸盐岩储层，储集空间多为孔隙、裂缝为主，钻进过程中易发生气液重力置换，气侵溢流复杂情况频发。在控压钻井过程中，在井口安装有旋转防喷器，通过旋转防喷器，将整个井筒环空完全封闭，这样即可通过地面施加套管压力达到提高井底压力的目的。当在控压钻井过程中一旦发现气侵后，可以通过控压钻井系统采用合理的控制方法对微量、中量气侵进行有效控制并将其循环出井筒。目前，现有的控压钻井气侵安全控制方法存在以下问题：(1)控压钻井系统能够对气侵有效控制，但对于控压钻井系统的气侵控制能力、能够控制的气侵强度极限没有相关定量分析方法；(2)通常在控压钻井过程中发生气侵，直接采用提高井口回压进行溢流控制，但基于控压钻井设备自身优越性，气侵控制方法较多，如提高排量、提高井口回压，同时提高排量与回压，采用何种方法能够更安全高效的控制住气侵溢流，目前还没有相应的优选方法；(3)在整个气侵控制过程中如何进行精确控制仍没有明确的控制方法。因此，需要找到一种适用的控压钻井气侵控制能力计算与气侵控制策略优选的方法，解决当前控压钻井过程中无法安全高效控制气侵的难题，实现高气侵强度及时井控，中小气侵强度下安全循环排溢，同时结合钻井实际情况快速建立一种最优的气侵控制策略，实现气侵安全控制与排溢。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够通过定量计算分析，快速准确的制定最优的控压钻井气侵控制方案，实现控压钻井气侵控制与排溢的解决方案。为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种用于控压钻井的气侵控制方法，所述方法包括以下步骤：判断当前钻井过程中是否发生气侵溢流；根据气侵溢流发生的判定结果，选取气侵控制方案实施气侵控制，将气侵安全循环出井筒，其中，在确定发生气侵溢流时，选取直接循环排溢方案，或者，在不确定发生气侵溢流时，则选取包含有停泵溢流检测方案的复合排溢控制方案，所述直接循环排溢方案根据气侵控制过程中井口最大允许套管压力和气侵排溢过程中控制该气侵所需的期望套管压力判断是否有合适的排量值进行循环排溢以完成气侵控制；所述复合排溢控制方案进一步判定气侵溢流是否发生，在进一步判定发生气侵溢流时，根据气侵控制过程中井口最大允许套管压力和气侵排溢过程中控制该气侵所需要的期望套管压力判断是否有合适的排量值进行循环排溢以完成气侵控制。优选地，所述直接循环排溢方案进一步包括如下步骤，获取控压钻井的基础参数，基于所述基础参数计算气侵控制过程中井口最大允许套管压力；根据气侵量的大小模拟计算气侵排溢过程中当前循环排量下控制该气侵所需要的期望套管压力；判断所述期望套管压力是否小于最大允许套管压力，其中，若所述期望套管压力小于最大允许套管压力，则直接按照模拟计算的期望套管压力进行动态调节；否则，调整循环排量，模拟计算不同循环排量下的期望套管压力和立管压力，判断是否存在一循环排量下的期望套管压力小于最大允许套管压力且立管压力小于最大立管压力，若存在，则提高排量至该循环排量，并按照模拟计算的该循环排量对应的期望套管压力进行动态调节，若不存在，则关井以准备压井作业。优选地，所述复合排溢控制方案的停泵溢流检测方案进一步包括如下步骤，计算当前循环排量下的环空压降，判断回压泵是否能提供当前井口回压、当前循环排量环空压降引起的井底压力增加值和安全系数之和的井口回压；若回压泵不能提供所述井口回压，则关井以准备压井作业，否则停泵并监测流量变化，在井筒有钻井液流出时，确定发生气侵溢流。优选地，在进一步判定发生气侵溢流时，执行如下步骤：获取控压钻井的基础参数，基于所述基础参数计算气侵控制过程中井口最大允许套管压力；根据气侵量的大小模拟计算气侵排溢过程中停泵前循环排量下控制该气侵所需的期望套管压力；判断所述期望套管压力是否小于最大允许套管压力，其中，若所述期望套管压力小于最大允许套管压力，则启泵并进行按照模拟计算的期望套管压力进行动态调节；否则，调整循环排量，模拟计算不同循环排量下的期望套管压力和立管压力，判断是否存在一循环排量下的期望套管压力小于最大允许套管压力且立管压力小于最大立管压力，若存在，则启泵提高排量至该循环排量，并按照模拟计算的该循环排量对应的期望套管压力进行动态调节，若不存在，则关井以准备压井作业。优选地，在计算气侵控制过程中井口最大允许套管压力的步骤中，进一步：计算循环控制气侵和停止循环时避免压破套管鞋的井口最大允许套管压力和井下薄弱地层的最大允许套管压力；比较循环控制气侵和停止循环的所述避免压破套管鞋的井口最大允许套管压力、井下薄弱地层的最大允许套管压力和地面控压钻井系统设备压力级别，确定最大允许套管压力。优选地，基于套鞋处的地层破裂或地层漏失压力梯度ρf,shoe、停止循环时套管鞋处的静态当量泥浆密度ESDshoe、套管鞋处的垂深TVDshoe和套管鞋处由于循环压降引起的附加当量密度ΔECDshoe计算循环控制气侵和停止循环时的井口最大允许套管压力。优选地，利用如下表达式计算循环控制气侵和停止循环时井口的最大允许套管压力：Pc,Max-shoe-s＝0.00981(ρf,shoe-ESDshoe)TVDshoePc,Max-shoe-c＝0.00981(ρf,shoe-ESDshoe-ΔECDshoe)TVDshoe其中，Pc,Max-shoe-s为停止循环时避免压破套管鞋的最大允许套管压力，Pc,Max-shoe-c为正常循环情况下避免压破套管鞋的最大允许套管压力。优选地，基于井下薄弱地层的地层破裂或地层漏失压力梯度ρf,BH1、停止循环时井下薄弱地层的静态当量泥浆密度ESDBH1、薄弱地层垂深TVDBH1和井下薄弱地层由于环空压降引起的附加当量密度ΔECDBH1计算各气侵控制方式下井下薄弱地层的最大允许套管压力。优选地，利用如下表达式计算循环控制气侵和停止循环时井下薄弱地层的最大允许套管压力：Pc,Max-BH1-s＝0.00981(ρf,BH1-ESDBH1)TVDBH1Pc,Max-BH1-c＝0.00981(ρf,BH1-ESDBH1-ΔECDBH1)TVDBH1其中，Pc,Max-BH1-s为停止循环时避免井下薄弱地层被压破或压漏的最大允许套管压力，Pc,Max-BH1-c为正常循环下避免井下薄弱地层被压破或压漏的最大允许套管压力。优选地，在模拟计算控制该气侵所需要的期望套管压力的步骤中，利用如下表达式来计算：Pc,Exp-s＝Pc,init+ΔPaf,bh+ΔPsfPc,Exp-c＝Pc,init+0.00981ΔρUBTVDBH+ΔPstatic+ΔPsf+ΔPaf,ΔQ其中，Pc,Exp-s为停泵状态下发生气侵后所需的期望套管压力，Pc,Exp-c为循环状态下所需的期望套管压力，Pc,init为气侵发生前的初始套管压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控压钻井的气侵控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：判断当前钻井过程中是否发生气侵溢流；根据气侵溢流发生的判定结果，选取气侵控制方案实施气侵控制，将气侵安全循环出井筒，其中，在确定发生气侵溢流时，选取直接循环排溢方案，或者，在不确定发生气侵溢流时，则选取包含有停泵溢流检测方案的复合排溢控制方案，所述直接循环排溢方案根据气侵控制过程中井口最大允许套管压力和气侵排溢过程中控制该气侵所需的期望套管压力判断是否有合适的排量值进行循环排溢以完成气侵控制；所述复合排溢控制方案进一步判定气侵溢流是否发生，在进一步判定发生气侵溢流时，根据气侵控制过程中井口最大允许套管压力和气侵排溢过程中控制该气侵所需要的期望套管压力判断是否有合适的排量值进行循环排溢以完成气侵控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于控压钻井的气侵控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：判断当前钻井过程中是否发生气侵溢流；根据气侵溢流发生的判定结果，选取气侵控制方案实施气侵控制，将气侵安全循环出井筒，其中，在确定发生气侵溢流时，选取直接循环排溢方案，或者，在不确定发生气侵溢流时，则选取包含有停泵溢流检测方案的复合排溢控制方案，所述直接循环排溢方案根据气侵控制过程中井口最大允许套管压力和气侵排溢过程中控制该气侵所需的期望套管压力判断是否有合适的排量值进行循环排溢以完成气侵控制；所述复合排溢控制方案进一步判定气侵溢流是否发生，在进一步判定发生气侵溢流时，根据气侵控制过程中井口最大允许套管压力和气侵排溢过程中控制该气侵所需要的期望套管压力判断是否有合适的排量值进行循环排溢以完成气侵控制。2.根据权利要求1所述的气侵控制方法，其特征在于，所述直接循环排溢方案进一步包括如下步骤，获取控压钻井的基础参数，基于所述基础参数计算气侵控制过程中井口最大允许套管压力；根据气侵量的大小模拟计算气侵排溢过程中当前循环排量下控制该气侵所需要的期望套管压力；判断所述期望套管压力是否小于最大允许套管压力，其中，若所述期望套管压力小于最大允许套管压力，则直接按照模拟计算的期望套管压力进行动态调节；否则，调整循环排量，模拟计算不同循环排量下的期望套管压力和立管压力，判断是否存在一循环排量下的期望套管压力小于最大允许套管压力且立管压力小于最大立管压力，若存在，则提高排量至该循环排量，并按照模拟计算的该循环排量对应的期望套管压力进行动态调节，若不存在，则关井以准备压井作业。3.根据权利要求1或2所述的气侵控制方法，其特征在于，所述复合排溢控制方案的停泵溢流检测方案进一步包括如下步骤，计算当前循环排量下的环空压降，判断回压泵是否能提供当前井口回压、当前循环排量环空压降引起的井底压力增加值和安全系数之和的井口回压；若回压泵不能提供所述井口回压，则关井以准备压井作业，否则停泵并监测流量变化，在井筒有钻井液流出时，确定发生气侵溢流。4.根据权利要求3所述的气侵控制方法，其特征在于，在进一步判定发生气侵溢流时，执行如下步骤：获取控压钻井的基础参数，基于所述基础参数计算气侵控制过程中井口最大允许套管压力；根据气侵量的大小模拟计算气侵排溢过程中停泵前循环排量下控制该气侵所需的期望套管压力；判断所述期望套管压力是否小于最大允许套管压力，其中，若所述期望套管压力小于最大允许套管压力，则启泵至停泵前排量并进行按照模拟计算的期望套管压力进行动态调节；否则，调整循环排量，模拟计算不同循环排量下的期望套管压力和立管压力，判断是否存在一循环排量下的期望套管压力小于最大允许套管压力且立管压力小于最大立管压力，若存在，则启泵提高排量至该循环排量，并按照模拟计算的该循环排量对应的期望套管压力进行动态调节，若不存在，则关井以准备压井作业。5.根据权利要求1～4任一项所述的气侵控制方法，其特征在于，在计算气侵控制过程中井口最大允许套管压力的步骤中，进一步：计算循...

【专利技术属性】
技术研发人员：周号博，牛新明，范红康，王果，刘建华，孙连忠，刘卫东，张建龙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11