随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法技术

本发明专利技术公开了一种随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，包括如下步骤：1）确定指示性添加剂的种类及加入剂量；2）在靠近钻头的钻具部分成对加装放射性探测器和导电性探测器，用于检测探测范围内的随着钻具外侧与被钻头破碎后裸露的地层切削面之间的外环空，及放射性20厘米或导电性2米纵深的地层范围内的指示性添加剂含量变化情况；3）建立根据探测器放射性和导电性读数变化情况判断携带指示性添加剂的钻井液通过漏失现象进入地层情况的判别模式；4）判定钻井液漏失位置并确定漏失强度。本发明专利技术通过在钻井近钻头和远钻头的钻具加装成对放射性探测器对钻井过程中钻井液井漏进行检测和判别的评价方法。

Active detection method of drilling fluid leakage into formation while drilling

The invention discloses an active detection method for the situation of drilling fluid leakage entering the formation while drilling, which includes the following steps: 1) determining the type and dosage of the indicative additive; 2) installing a radioactive detector and a conductivity detector in pairs on the drilling tool part close to the drill bit to detect the cutting surface of the exposed formation after the outside of the drilling tool and the broken by the drill bit within the detection range The change of the content of the indicative additives in the outer annulus between the two zones and in the formation with a depth of 20cm or 2m of radioactivity or conductivity; 3) establish a discrimination mode to judge the drilling fluid carrying the indicative additives entering the formation through the leakage phenomenon according to the change of the readings of radioactivity and conductivity of the detector; 4) determine the leakage position of the drilling fluid and determine the leakage intensity. The invention provides an evaluation method for detecting and distinguishing the drilling fluid lost circulation in the drilling process by adding a pair of radioactive detectors to the drilling tools near and far from the drilling bit.

【技术实现步骤摘要】
随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法
本专利技术涉及钻井过程中钻井液漏失情况的判定方法，属于机电领域石油天然气工业勘探开发钻井液生产应用

技术介绍
钻井液在钻完井过程中通过裸露的地层或缺失破损的套管流失到地层或其他夹层中的现象统称为钻井液漏失，简称井漏。本专利技术针对钻井过程中被钻头切削破碎后裸露于充满钻井液和地层流体混合液系统中发生的钻井液通过切削面由于压力差脱离混合液体系进入地层并失去钻井液循环系统控制进入地层发生漏失的情况。井漏诱发的井壁失稳、因漏致塌、致喷问题是长期以来制约油气勘探开发速度的主要技术瓶颈，井漏的发生不仅会给钻井工程带来损失，也为油气资源的勘探开发带来极大困难。如果井漏发现不及时或不清楚井漏深度，常会引发井涌或井喷，造成生命财产损失，同时也极大影响钻井工期，增大钻井成本。井漏对于钻井过程的质量和安全控制如此重要，如何快速、准确地发现井漏因此成为行业关注的焦点问题，但由于缺乏成熟可靠的判识技术，因此，一直以来，井漏的发现和检测被看作是钻井工程的世界性难题之一。而解决井漏判别问题的关键在于两点：确定井漏的位置和计算井漏的强度。如果能基于上述关键点切入井漏判识研究，在及时发现井漏的基础上，确定井漏位置并计算井漏级别，则可有效地发现、评价井漏，为采取相应措施阻止或减缓井漏对钻井的影响，防范钻井事故，增加钻井安全、提效增速。现今分析钻井液漏失位置通常采用综合分析法，不具备准确并及时定位井漏位置的能力，为堵漏增加了难度，如果需要确定井漏位置，多采用仪器测定法，即螺旋流量计法、井温测定法、电阻率测定法等等，这些方法普遍欠缺及时性，会极大延长工期，增加钻井成本。另外，中国专利公开号“108729868A”公开了一种深海钻井溢流和井漏监测方法，公开日为2018-11-02，其存在的主要问题在于：1、为被动式发现和探测、发现时间较滞后。2、检测载体仅有原装或混入地层流体的钻井液一种，不能根据不同的地层性质进行调整和切换。3、通过加装质量流量计并进行钻井液体积计量，系单一的物理性质计量，由于整个计量系统和待检测流体-钻井液的循环管汇体系较为庞大，准确计量有一定难度。4、由于计量设备安装在地面，其受控的影响因素来自井下和地面等多个方面，系间接测量和检测方法，难以实现井漏位置的准确定位。5、由于计量设备安装在地面，用体积计量来判断井漏，由于仪器安装在井口，如果曾漏层发生复漏，无法确定是正钻层在漏还是曾漏层复漏。因此急需一种能迅速、准确判定钻井液在井筒内漏失到地层的位置和漏失情况的判别方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法。本专利技术以在相对稳定的钻井液体系中添加放射性氢列元素或与地层背景电阻率值差异较大的高或低电阻率物质为前提，通过在钻井近钻头和远钻头的钻具加装成对放射性探测器对钻井过程中钻井液井漏进行检测和判别的评价方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定指示性添加剂的种类及加入剂量；2)在靠近钻头的钻具部分成对加装放射性探测器和导电性探测器，用于检测探测范围内的随着钻具外侧与被钻头破碎后裸露的地层切削面之间的外环空，及放射性10-30厘米或导电性1-3米纵深的地层范围内的指示性添加剂含量变化情况；3)建立根据探测器放射性和导电性读数变化情况判断携带指示性添加剂的钻井液通过漏失现象进入地层情况的判别模式；4)判定钻井液漏失位置并确定漏失强度。所述指示性添加剂设定为等量的两种性质的不同试剂，包括放射性指示性添加剂和导电性指示性添加剂。所述导电性指示性添加剂为电阻大于地层平均电阻的高电阻率导电性指示性添加剂或电阻小于地层平均电阻的低电阻率导电性指示性添加剂。两种指示性添加剂加入井筒钻井液的剂量根据待测地层性质和添加剂与采用探测器探测放射性和导电性的物理性质差异确定。所述放射性指示性添加剂须满足以下条件：导电性指示性添加剂须满足以下条件：其中，待测地层电阻率为Rd，地层自然放射性平均值为Gd，放射性指示性添加剂自然放射性为Gt，导电性指示性添加剂电阻率为Rt，地层与添加剂放射性差异系数为Dg，导电性差异系数为De。所述步骤1)中，首先通过模拟试验，在地表封闭的不受环境放射性和电磁影响的容器中饱和钻井液，测定能够检测到混入放射性指示性添加剂的最低剂量体积百分比体积百分比浓度Mgg及导电性指示性添加剂的最低剂量体积百分比体积百分比浓度Mgr，设井筒泵入循环钻井液包括井下循环和地面待泵部分体积总量为为U，则：确保达到探测体积百分比体积百分比浓度的放射性特征指示性添加剂质量Mg为Mg＝Mgg·U确保达到探测体积百分比体积百分比浓度的导电性特征指示性添加剂质量Mr为Mr＝Mgr·U。所述步骤2)中，在靠近钻头的钻具部分成对加装放射性探测器和导电性探测器，放射性探测器和导电性探测器均具有成对探头，包括钻头远端探头和钻头近端探头，其中，导电性探测器的远、近端探头各包括一个深探测范围探头和一个浅探测范围探头。基于放射性探测器的井漏判别模式如下：设发生井漏时刻为t0，钻头钻揭当前深度为H0，放射性探测器近端探头接触时间为t1、接触深度为H1，放射性探测器远端探头接触时间为t2、接触深度为H2，待检测某米疑似发生井漏的井深H处近端探头读数记录为Xj，远端探头读数记录为Xy，远端和近端探头安装间距为L；a1、正常钻进未发生井漏的情形对于疑似发生井漏的井深H处近端和远端探头读数存在以下关系：Xj＝Xya2、钻进时首次在某深度点发生井漏的情形设疑似井漏发生时间t0早于放射性探测器近端探头到达井漏发生井深的时间t1，则近端探测器将比实际井漏发生时间延迟t1-t0，相应地，远端探头延迟时间为t2-t1、延迟行程为L，此时，将会出现近端探头读数和远端探头读数存在一定差值的情况，且有：Xj＞Xy由此，判定该井段疑似发生井漏。所述步骤a2中，需进一步确定疑似井漏发生段是否达到井漏标准：设正常钻进未发生流体交换的致密层具有自然放射性矿物的体积百分比为Lg，对应放射性探测器远近端探头的理想读数记录差值为LAPI，体积百分比浓度稳定为Mgg的钻井液对应探测器读数记录为GAPI，则有GAPI＝b·LYAPI＝b·LJ′API地层所含自然放射性矿物的体积百分比体积百分比浓度与放射性探测器读数呈正相关关系，则有Lg＝(1+b)·Mgg设放射性探测器有效探测距离为ra，钻头半径为rd，则当井漏发生时，对应某米有效探测地层体积为设混有标准浓度的放射性指示性添加剂的地层内自然放射性物质的体积百分比为Lg′，对应放射性探测器的远、近端探头的读数记录差值为L′API，设地层流体并未进入井筒混染钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)确定指示性添加剂的种类及加入剂量；/n2)在靠近钻头的钻具部分成对加装放射性探测器和导电性探测器，用于检测探测范围内的随着钻具外侧与被钻头破碎后裸露的地层切削面之间的外环空，及放射性10—30厘米或导电性1—3米纵深的地层范围内的指示性添加剂含量变化情况；/n3)建立根据探测器放射性和导电性读数变化情况判断携带指示性添加剂的钻井液通过漏失现象进入地层情况的判别模式；/n4)判定钻井液漏失位置并确定漏失强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定指示性添加剂的种类及加入剂量；
2)在靠近钻头的钻具部分成对加装放射性探测器和导电性探测器，用于检测探测范围内的随着钻具外侧与被钻头破碎后裸露的地层切削面之间的外环空，及放射性10—30厘米或导电性1—3米纵深的地层范围内的指示性添加剂含量变化情况；
3)建立根据探测器放射性和导电性读数变化情况判断携带指示性添加剂的钻井液通过漏失现象进入地层情况的判别模式；
4)判定钻井液漏失位置并确定漏失强度。


2.根据权利要求1所述的随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于：所述指示性添加剂设定为等量的两种性质的不同试剂，包括放射性指示性添加剂和导电性指示性添加剂；所述导电性指示性添加剂为电阻大于地层平均电阻的高电阻率导电性指示性添加剂或电阻小于地层平均电阻的低电阻率导电性指示性添加剂；两种指示性添加剂加入井筒钻井液的剂量根据待测地层性质和添加剂与采用探测器探测放射性和导电性的物理性质差异确定。


3.根据权利要求1或2所述的随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于：所述放射性指示性添加剂须满足以下条件：



导电性指示性添加剂须满足以下条件：



其中，待测地层电阻率为Rd，地层自然放射性平均值为Gd，放射性指示性添加剂自然放射性为Gt，导电性指示性添加剂电阻率为Rt,地层与添加剂放射性差异系数为Dg,导电性差异系数为De。


4.根据权利要求3所述的随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于：所述步骤1)中，首先通过模拟试验，在地表封闭的不受环境放射性和电磁影响的容器中饱和钻井液，测定能够检测到混入放射性指示性添加剂的最低剂量体积百分比体积百分比浓度Mgg及导电性指示性添加剂的最低剂量体积百分比体积百分比浓度Mgr，设井筒泵入循环钻井液包括井下循环和地面待泵部分体积总量为为U，则：
确保达到探测体积百分比体积百分比浓度的放射性特征指示性添加剂质量Mg为
Mg＝Mgg·U
确保达到探测体积百分比体积百分比浓度的导电性特征指示性添加剂质量Mr为
Mr＝Mgr·U。


5.根据权利要求1、2或4所述的随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于：所述步骤2)中，在靠近钻头的钻具部分成对加装放射性探测器和导电性探测器，放射性探测器和导电性探测器均具有成对探头，包括钻头远端探头和钻头近端探头，其中，导电性探测器的远、近端探头各包括一个深探测范围探头和一个浅探测范围探头。


6.根据权利要求5所述的随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于：基于放射性探测器的井漏判别模式如下：
设发生井漏时刻为t0,钻头钻揭当前深度为H0，放射性探测器近端探头接触时间为t1、接触深度为H1，放射性探测器远端探头接触时间为t2、接触深度为H2，待检测某米疑似发生井漏的井深H处近端探头读数记录为Xj，远端探头读数记录为Xy，远端和近端探头安装间距为L；
a1、正常钻进未发生井漏的情形
对于疑似发生井漏的井深H处近端和远端探头读数存在以下关系：
Xj＝Xy
a2、钻进时首次在某深度点发生井漏的情形
设疑似井漏发生时间t0早于放射性探测器近端探头到达井漏发生井深的时间t1，则近端探测器将比实际井漏发生时间延迟t1-t0，相应地，远端探头延迟时间为t2-t1、延迟行程为L，此时，将会出现近端探头读数和远端探头读数存在一定差值的情况,且有：
Xj＞Xy
由此，判定该井段疑似发生井漏。


7.根据权利要求1、2、4或6所述的随钻钻井液漏失进入地层情况的主动式检测方法，其特征在于：所述步骤a2中，需进一步确定疑似井漏发生段是否达到井漏标准：
设正常钻进未发生流体交换的致密层具有自然放射性矿物的体积百分比为Lg，对应放射性探测器远近端探头的理想读数记录差值为LAPI,体积百分比浓度稳定为Mgg的钻井液对应探测器读数记录为GAPI，则有
GAPI＝b·LYAPI＝b·LJ′API
地层所含自然放射性矿物的体积百分比体积百分比浓度与放射性探测器读数呈正相关关系，则有
Lg＝(1+b)·Mgg
设放射性探测器有效探测距离为ra,钻头半径为rd，则当井漏发生时,对应某米有效探测地层体积为



设混有标准浓度的放射性指示性添加剂的地层内自然放射性物质的体积百分比为Lg′，对应放射性探测器的远、近端探头的读数记录差值为L′API，设地层流体并未进入井筒混染钻井液，且出口处对钻井液放射性指标进行检测和保持，体积百分比稳定为Mgg的钻井液对应探测器读数记录为GAPI，且
GAPI＝a·L′...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨孛，伍翊嘉，赵磊，任兴国，戴勇，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51