用于无安全压力窗口裂缝性地层压井的五步压回法及设备制造技术

本发明专利技术涉及钻井井控技术领域，公开一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法及设备。该压井方法包括：基于侵入气体的物性参数和压井液的物性参数，控制压井液以第一排放量排入压井设备的套管与钻柱之间的环空内，以通过该压井液使侵入气体转而向下运动；检测并发送环空内井口处压井液的压力；当监测到环空内井口处压井液的压力保持不变时，确定侵入气体完全被压回地层，控制压井液停止排入并控制钻柱以预设速度向上运动；以及在钻柱向上运动的过程中，基于该钻柱的上升速度，控制压井液以第二排放量排入环空内，以保持井底的压力保持不变。本发明专利技术可极大地降低无安全压力窗口裂缝性地层压井过程中的安全风险，从而为压井作业提供安全保障。

【技术实现步骤摘要】
用于无安全压力窗口裂缝性地层压井的五步压回法及设备
本专利技术涉及钻井井控
，具体地涉及一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法及设备。
技术介绍
随着经济的发展，中国对油气资源的需求也不断增长，但由于早期主力油田大多进入开发中后期以及原油产量难有较大突破，导致近年来中国的油气对外依存度屡创新高。因此，中国的油气勘探开发逐渐向早期未引起重视的复杂地层发展，例如，裂缝性地层。目前，中国钻遇的裂缝性储层逐渐增多，探明的裂缝性油气藏的地质储量已占全国总探明储量的28％，且裂缝性储层的油气产量已超1400万吨/年。在未来，裂缝性储层的油气产量将会对中国石油工业的发展起到越来越重要的作用。裂缝性地层具有压力敏感性特征，安全钻井压力窗口非常窄，甚至有的裂缝性储层不存在安全压力窗口。在上述情况下，钻井过程中极易出现气侵情况。因此，井控问题贯穿于裂缝性地层的整个钻井过程，一旦处理不当，将可能导致井涌或井喷等严重事故。目前处理气侵的方法主要是司钻法和工程师法等常规的压井方法。而针对无安全压力窗口的裂缝性储层钻井过程中的气侵情况，若是采用这些常规的压井方法压井，极易导致一压即漏及漏完仍喷的漏喷同存现象，这不仅不能有效解决气侵或井喷问题，甚至可能会破坏储层，影响油气资源开采效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法及设备，其可极大地降低无安全压力窗口裂缝性地层压井过程中的安全风险，从而为压井作业提供安全保障。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，该压井方法包括：基于所述地层的侵入气体的物性参数和压井液的物性参数，控制所述压井液以第一排放量排入压井设备的套管与钻柱之间的环空内，以通过该压井液使所述侵入气体转而向下运动；检测并发送所述环空内井口处压井液的压力；当监测到所述环空内井口处压井液的压力保持不变时，确定所述侵入气体完全被压回所述地层，控制所述压井液停止排入并控制所述钻柱以预设速度向上运动；以及在所述钻柱向上运动的过程中，基于该钻柱的上升速度，控制所述压井液以第二排放量排入所述环空内，以保持井底的压力保持不变。可选的，所述控制所述压井液停止排入包括：以预设规律的排放量控制所述压井液减小排入，直至停止排入。可选的，所述第一排放量Q1满足以下关系式：vsA＜Q1＜Min{Q11,Q12,Q13,Q14}，其中，A为所述环空的截面积；Q11为井口处压井液注入设备最大允许的压井液排放量；Q12为套管鞋破裂压力最大允许的压井液排放量；Q13为所述套管抗内压最大允许的压井液排放量；Q14为井底破裂压力最大允许的压井液放排量；为所述地层的侵入气体在所述压井液中的滑脱上升速度，其中，g为重力加速度；ρL为所述压井液的密度；ρg为所述地层的侵入气体的密度；D为所述环空的水力直径；以及C为常数。可选的，所述常数C经由Barnea模型计算得到，C＝0.1725[(π+1)+K(π-1)]0.5，其中，Dto为所述钻柱的外径；以及Dci为所述套管的内径。可选的，所述第二排放量Q2满足以下关系式：Q2＝Q21+Q22+Q23，其中，Q21为因所述钻柱向上运动导致所述环空内液面下降而需补充的压井液的量；Q22为因所述压井液向所述地层的裂缝中漏失而需补充的压井液的量；以及Q23为因所述钻柱向上运动产生的抽汲效应而需补充的压井液的量。可选的，所述Q21及所述Q23分别由以下关系式确定：其中，vp为所述钻柱的上升速度，Dto为所述钻柱的外径，Dci为所述套管的内径，f为所述压井液的摩阻系数；以及所述Q22与所述压井液的粘度μL、所述压井液的密度ρ、裂缝的宽度W以及所述井底与该井底处于同一水平面的地层之间的压差Δp相关。可选的，该压井方法还包括：在所述钻柱向上运动至套管鞋下方的预设位置的情况下，向所述地层的裂缝中注入含堵漏材料的钻井液。相应地，本专利技术还提供一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井设备，该压井设备包括钻柱及套管，该套管与所述钻柱之间形成环空，该压井设备还包括：第一通路，用于向所述环空注入压井液；流量调节装置，用于控制所述压井液的排放量；压力检测仪，用于检测并发送所述环空内井口处压井液的压力；以及控制装置，用于执行以下操作：基于所述地层的侵入气体的物性参数和所述压井液的物性参数，控制流量调节装置使所述压井液以第一排放量通过所述第一通路排入所述环空内，以通过该压井液使所述侵入气体转而向下运动；当监测到所述环空内井口处压井液的压力保持不变时，确定所述侵入气体完全被压回所述地层，控制所述压井液停止排入并控制所述钻柱以预设速度向上运动；以及在所述钻柱向上运动的过程中，基于该钻柱的上升速度，控制所述流量调节装置使所述压井液以第二排放量通过所述第一通路排入所述环空内，以保持井底的压力保持不变。可选的，所述控制装置还用于：以预设规律控制所述流量调节装置使所述压井液减小排入量，直至停止排入。可选的，所述第一排放量Q1满足以下关系式：vsA＜Q1＜Min{Q11,Q12,Q13,Q14}，其中，A为所述环空的截面积；Q11为井口处压井液注入设备最大允许的压井液排放量；Q12为套管鞋破裂压力最大允许的压井液排放量；Q13为所述套管抗内压最大允许的压井液排放量；Q14为井底破裂压力最大允许的压井液放排量；为所述地层的侵入气体在所述压井液中的滑脱上升速度，其中，g为重力加速度；ρL为所述压井液的密度；ρg为所述地层的侵入气体的密度；D为所述环空的水力直径；以及C为常数。可选的，所述常数C经由Barnea模型计算得到，C＝0.1725[(π+1)+K(π-1)]0.5，其中，Dto为所述钻柱的外径；以及Dci为所述套管的内径。可选的，所述第二排放量Q2满足以下关系式：Q2＝Q21+Q22+Q23，其中，Q21为因所述钻柱向上运动导致所述环空内液面下降而需补充的压井液的量；Q22为因所述压井液向所述地层的裂缝中漏失而需补充的压井液的量；以及Q23为因所述钻柱向上运动产生的抽汲效应而需补充的压井液的量。可选的，所述Q21及所述Q23分别由以下关系式确定：其中，vp为所述钻柱的上升速度，Dto为所述钻柱的外径，Dci为所述套管的内径，f为所述压井液的摩阻系数；以及所述Q22与所述压井液的粘度μL、所述压井液的密度ρ、裂缝的宽度W以及所述井底与该井底处于同一水平面的地层之间的压差Δp相关。可选的，该压井设备还包括：第二通路，用于向所述钻柱内注入含堵漏材料的钻井液；所述控制装置还用于在所述钻柱向上运动至套管鞋下方的预设位置的情况下，控制通过所述第二通路向所述地层的裂缝中注入所述含堵漏材料的钻井液。可选的，所述流量调节装置为注液泵，所述控制装置还用于通过调节所述注液泵的泵冲控制所述压井液的排放量。通过上述技术方案，本专利技术创造性地根据气液两相流动理论、井口处压井液的压力以及钻柱的上升速度，控制在压井不同阶段时的压井液排放量，从而有效降低无安全压力窗口裂缝性地层压井过程中的安全风险，从而为压井作业提供安全保障。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，该压井方法包括：基于所述地层的侵入气体的物性参数和压井液的物性参数，控制所述压井液以第一排放量排入压井设备的套管与钻柱之间的环空内，以通过该压井液使所述侵入气体转而向下运动；检测并发送所述环空内井口处压井液的压力；当监测到所述环空内井口处压井液的压力保持不变时，确定所述侵入气体完全被压回所述地层，控制所述压井液停止排入并控制所述钻柱以预设速度向上运动；以及在所述钻柱向上运动的过程中，基于该钻柱的上升速度，控制所述压井液以第二排放量排入所述环空内，以保持井底的压力保持不变。

【技术特征摘要】
1.一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，该压井方法包括：基于所述地层的侵入气体的物性参数和压井液的物性参数，控制所述压井液以第一排放量排入压井设备的套管与钻柱之间的环空内，以通过该压井液使所述侵入气体转而向下运动；检测并发送所述环空内井口处压井液的压力；当监测到所述环空内井口处压井液的压力保持不变时，确定所述侵入气体完全被压回所述地层，控制所述压井液停止排入并控制所述钻柱以预设速度向上运动；以及在所述钻柱向上运动的过程中，基于该钻柱的上升速度，控制所述压井液以第二排放量排入所述环空内，以保持井底的压力保持不变。2.根据权利要求1所述的用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，所述控制所述压井液停止排入包括：以预设规律的排放量控制所述压井液减小排入，直至停止排入。3.根据权利要求1所述的用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，所述第一排放量Q1满足以下关系式：vsA＜Q1＜Min{Q11,Q12,Q13,Q14}，其中，A为所述环空的截面积；Q11为井口处压井液注入设备最大允许的压井液排放量；Q12为套管鞋破裂压力最大允许的压井液排放量；Q13为所述套管抗内压最大允许的压井液排放量；Q14为井底破裂压力最大允许的压井液放排量；为所述地层的侵入气体在所述压井液中的滑脱上升速度，其中，g为重力加速度；ρL为所述压井液的密度；ρg为所述地层的侵入气体的密度；D为所述环空的水力直径；以及C为常数。4.根据权利要求3所述的用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，所述常数C经由Barnea模型计算得到，C＝0.1725[(π+1)+K(π-1)]0.5，其中，Dto为所述钻柱的外径；以及Dci为所述套管的内径。5.根据权利要求1所述的用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，所述第二排放量Q2满足以下关系式：Q2＝Q21+Q22+Q23，其中，Q21为因所述钻柱向上运动导致所述环空内液面下降而需补充的压井液的量；Q22为因所述压井液向所述地层的裂缝中漏失而需补充的压井液的量；以及Q23为因所述钻柱向上运动产生的抽汲效应而需补充的压井液的量。6.根据权利要求5所述的用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，所述Q21及所述Q23分别由以下关系式确定：其中，vp为所述钻柱的上升速度；Dto为所述钻柱的外径；Dci为所述套管的内径；f为所述压井液的摩阻系数，以及所述Q22与所述压井液的粘度μL、所述压井液的密度ρ、裂缝的宽度W以及所述井底与该井底处于同一水平面的地层之间的压差Δp相关。7.根据权利要求1所述的用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井方法，其特征在于，该压井方法还包括：在所述钻柱向上运动至套管鞋下方的预设位置的情况下，向所述地层的裂缝中注入含堵漏材料的钻井液。8.一种用于无安全压力窗口裂缝性地层的压井设备，该压井设备包括钻柱及套管，该套管与所述钻柱之间形成环空，其特征在于，所述压井设备还包括：第一通路，用于向所述环空注入压井液；流量调节装置，用于控制所述压井液的排放量；压力检测仪，用于检测并发送所述环空内井口处...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝江，滕学清，张耀明，王志远，刘洪涛，张剑波，廖友强，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37