用于下套管过程中的井底压力控制系统及下套管方法技术方案

本申请公开了一种用于下套管过程中的井底压力控制系统及下套管方法，属于石油钻探完井领域。本申请在井口设置接入井筒泥浆中的控制液位管线，包括管线、质量流量计、泥浆泵、泥浆池，在下放套管的过程中，通过此管线降低井筒泥浆液面高度，从而降低井筒液柱压力，用以抵消下套管产生的摩阻和激动压力，维持井筒动态压力在安全窗口内，最终达到安全快速下套管的目的。本申请结构设计合理、方法简单，在保证套管安全下放到指定位置的同时，能够尽可能地加快下套管作业，避免井眼处于长时间的裸露状态，发生一些不可控事故。发生一些不可控事故。发生一些不可控事故。

【技术实现步骤摘要】
用于下套管过程中的井底压力控制系统及下套管方法


[0001]本申请涉及石油钻探完井领域，特别涉及一种用于下套管过程中的井底压力控制系统及下套管方法。

技术介绍

[0002]钻井过程中，井眼经常有坍塌或剥落发生，或有某些其他事故会导致井眼报废。因此，在钻达目标深度后，为保护井眼、封隔地层，以及方便后续操作，必须恰当地下套管并固井。
[0003]下套管前，井筒钻井液处于静止状态，此时井筒压力为静液柱压力维持在地层压力与地层破裂压力之间。而下套管过程中会产生波动压力，此时井筒压力为静液柱压力与波动压力之和，因此需要保证下套管时的井筒压力当量密度控制在地层压力当量密度与地层破裂压力当量密度之间，避免发生溢流、井漏事故。
[0004]在现阶段下套管作业，为保持井筒压力满足上面所述要求，主要的措施有： 1.控制下套管速度，减少波动压力的产生，从而降低下套管过程井筒压力当量密度；2.降低钻井液密度，一定程度降低静液柱压力和波动压力，从而降低下套管过程井筒压力当量密度。但以上两种方式都存在一定问题，降低套管下放速度的幅度有限，难以有效控制井筒压力，而降低钻井液密度可能不能满足井筒压力平衡条件，还需要通过控压方式弥补压力。因此，以上措施不仅控制井筒压力效果有限，还会增加时间和经济成本。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种用于下套管过程中的井底压力控制系统及下套管方法，能够提升控制井筒压力的效果。所述技术方案如下：
[0006]第一方面，提供了一种用于下套管过程中的井底压力控制系统，包括下入井筒内的管线、质量流量计、泥浆泵、泥浆池以及控制中心；
[0007]所述管线处于套管与井壁环空之间，且进液口位于液面以下，所述管线的出液口连接至所述泥浆池，在所述管线上分别设有所述质量流量计和所述泥浆泵；
[0008]所述质量流量计和所述泥浆泵均连接至所述控制中心；
[0009]所述控制中心用于接收所述质量流量计的数据以及控制所述泥浆泵的开关；
[0010]所述控制中心包括PC端、数据收集系统以及控制系统；
[0011]所述PC端包括数据输入系统、数据存储系统、显示系统、以及数据计算比较模块；
[0012]所述数据收集系统用于采集所述数据传输给所述PC端的所述数据存储系统，所述数据包括所述质量流量计记录的流量、所述套管下入液面后的下放时间；
[0013]所述控制系统为PLC，所述控制系统用于接收所述PC端发出的指令并由 PLC逻辑控制系统控制所述泥浆泵的开关；
[0014]所述数据收集系统与所述PC端的所述数据存储系统相连，所述数据存储系统分别与所述PC端内的所述数据输入系统、所述显示系统以及所述数据计算比较模块相连；
[0015]所述数据计算比较模块与所述控制系统相连；
[0016]所述质量流量计与所述控制中心的所述数据收集系统相连；
[0017]所述管线上的所述泥浆泵与所述控制中心的所述控制系统相连。
[0018]第二方面，提供了一种基于井底压力控制系统的下套管方法，所述方法应用于如第一方面所述的井底压力控制系统，所述方法包括：
[0019]根据数据输入系统输入的数据以及数据收集系统收集的数据，实时计算套管下入不同深度的井筒压力；
[0020]将计算出的所述井筒压力与地层压力、地层破裂压力进行比较，并将比较结果实时地显示在显示系统上；
[0021]当所述井筒压力超过所述地层破裂压力时，所述数据计算比较模块向控制系统发出指令；
[0022]所述控制系统响应于所述数据计算比较模块的指令，发出开泵信号，开启泥浆泵将部分钻井液泵出，此时质量流量计将所述质量流量计记录的流量通过所述数据收集系统传递给所述数据存储系统，随后所述控制系统计算调整后的液位高度及调整后的井筒压力，直到所述调整后的井筒压力能够维持在所述地层压力与所述地层破裂压力之间，则所述控制系统执行关泵信号，关闭所述泥浆泵。
[0023]在一些实施例中，所述数据输入系统输入的数据包括钻井液参数、地层压力、地层破裂压力、井身结构及尺寸、套管尺寸、套管下放速度和井筒钻井液液位高度。
[0024]在一些实施例中，所述数据收集系统收集的数据包括调整液位管线泵出泥浆流量和套管下入井筒液面以后记录的时间。
[0025]在一些实施例中，所述计算套管下入不同深度的井筒压力，包括：
[0026]计算静液柱压力与下套管过程中的波动压力之和，作为所述井筒压力。
[0027]在一些实施例中，所述计算调整后的液位高度，包括：
[0028]根据调整前环空液位高度、调整液位管线泵出泥浆的流量以及开泵后的时间，计算所述调整后的液位高度。
[0029]在一些实施例中，所述根据调整前环空液位高度、调整液位管线泵出泥浆的流量以及开泵后的时间，计算所述调整后的液位高度，包括：
[0030]采用以下公式计算所述调整后的液位高度；
[0031][0032]其中：H
′
—调整后环空液位高度，m；H—调整前环空液位高度，m；Q—调整液位管线泵出泥浆的流量，m/s3；t—开泵后的时间，s。
[0033]在一些实施例中，所述根据数据输入系统输入的数据以及数据收集系统收集的数据，实时计算套管下入不同深度的井筒压力之前，所述方法还包括：
[0034]在下套管前，用软件模拟计算通过调节环空液位高度控制井筒压力的下套管过程。
[0035]在一些实施例中，所述用软件模拟计算通过调节环空液位高度控制井筒压力的下套管过程包括：
[0036]首先，P
a
＝P
h
+P
s
；
[0037]其中：P
a
—下套管过程动态井筒压力，MPa；P
h
—静液柱压力，MPa；P
s
—下套管过程中的波动压力，MPa；
[0038]P
h
＝0.00981
×
ρ
mud
×
H
[0039]其中：ρ
mud
—井筒内钻井液密度，g/cm3；H—井筒液位高度，m；
[0040][0041]层流：f＝24/Re；紊流：f＝a/Re
b
；
[0042]a＝(lgn+2.50)/12.5；b＝(1.75-lgn)/7；
[0043][0044]Re≥3470-1370n为紊流；
[0045]其中：f—摩阻系数；—套管运动引起的环空流速，m/s；L—运动套管长度，m；D—井眼直径，m；d—套管外径，m；Re—雷诺数；K—稠度系数，Pa
·
s
n
； n—流性指数；
[0046]堵口：开口：
[0047]其中：K
c
—流体粘附系数；v
p
—套管柱运动速度，m/s；Q
p
—连续灌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于下套管过程中的井底压力控制系统，其特征在于，包括下入井筒内的管线、质量流量计、泥浆泵、泥浆池以及控制中心；所述管线处于套管与井壁环空之间，且进液口位于液面以下，所述管线的出液口连接至所述泥浆池，在所述管线上分别设有所述质量流量计和所述泥浆泵；所述质量流量计和所述泥浆泵均连接至所述控制中心；所述控制中心用于接收所述质量流量计的数据以及控制所述泥浆泵的开关；所述控制中心包括PC端、数据收集系统以及控制系统；所述PC端包括数据输入系统、数据存储系统、显示系统、以及数据计算比较模块；所述数据收集系统用于采集所述数据传输给所述PC端的所述数据存储系统，所述数据包括所述质量流量计记录的流量、所述套管下入液面后的下放时间；所述控制系统为PLC，所述控制系统用于接收所述PC端发出的指令并由PLC逻辑控制系统控制所述泥浆泵的开关；所述数据收集系统与所述PC端的所述数据存储系统相连，所述数据存储系统分别与所述PC端内的所述数据输入系统、所述显示系统以及所述数据计算比较模块相连；所述数据计算比较模块与所述控制系统相连；所述质量流量计与所述控制中心的所述数据收集系统相连；所述管线上的所述泥浆泵与所述控制中心的所述控制系统相连。2.一种基于井底压力控制系统的下套管方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的井底压力控制系统，所述方法包括：根据数据输入系统输入的数据以及数据收集系统收集的数据，实时计算套管下入不同深度的井筒压力；将计算出的所述井筒压力与地层压力、地层破裂压力进行比较，并将比较结果实时地显示在显示系统上；当所述井筒压力超过所述地层破裂压力时，所述数据计算比较模块向控制系统发出指令；所述控制系统响应于所述数据计算比较模块的指令，发出开泵信号，开启泥浆泵将部分钻井液泵出，此时质量流量计将所述质量流量计记录的流量通过所述数据收集系统传递给所述数据存储系统，随后所述控制系统计算调整后的液位高度及调整后的井筒压力，直到所述调整后的井筒压力能够维持在所述地层压力与所述地层破裂压力之间，则所述控制系统执行关泵信号，关闭所述泥浆泵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据输入系统输入的数据包括钻井液参数、地层压力、地层破裂压力、井身结构及尺寸、套管尺寸、套管下放速度和井筒钻井液液位高度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据收集系统收集的数据包括调整液位管线泵出泥浆流量和套管下入井筒液面以后记录的时间。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算套管下入不同深度的井筒压力，包括：计算静液柱压力与下套管过程中的波动压力之和，作为所述井筒压力。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算调整后的液位高度，包括：
根据调整前环空液位高度、调整液位管线泵出泥浆的流量以及开泵后的时间，计算所述调整后的液位高度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据调整前环空液位高度、调整液位管线泵出泥浆的流量以及开泵后的时间，计算所述调整后的液位高度，包括：采用以下公式计算所述调整后...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，郭建华，李杰，李维，张华礼，胡锡辉，马勇，曹权，夏连彬，马旌伦，王晓娇，文春宇，徐璧华，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：