一种冻土层钻井方案确定方法、装置及设备制造方法及图纸

本说明书实施例提供一种冻土层钻井方案确定方法、装置及设备。所述方法包括：获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况；基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；在所述承载力满足油气井稳定条件的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。上述方法实现了钻井相应参数的定量计算，保证了模拟过程的准确性，从而对冻土层中实际钻井过程的实施进行了有效的指导，保证了勘探开发的有效进行。开发的有效进行。开发的有效进行。

【技术实现步骤摘要】
一种冻土层钻井方案确定方法、装置及设备


[0001]本说明书实施例涉及地层勘探开发
，特别涉及一种冻土层钻井方案确定方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和发展，目前对于化石能源的消耗量逐年增加。为了满足日益增长的需求，针对不同地质中油气资源进行开发具有愈发重要的意义。而在北极、亚北极等低温区域中广泛发育着大面积冻土，其中蕴藏着丰富的油气资源。如何对冻土层中的油气资源进行开发是当前地质勘探开发领域一个重要的课题。
[0003]在冻土层进行油气开发困难重重，作业难度大、风险高、采用的工艺、技术和装备也和一般地层钻井不同。其中井口稳定性是一项关键技术难题。在冻土层钻井及后续开发过程中由于井筒和地层间的热交换，导致浅部的冻土层融化，地层的承载力和稳定性大幅下降，井口及表层导管失稳，将严重威胁作业安全。
[0004]目前在实际钻井之前，往往通过制备岩样和钻井模型，通过向钻井模型中输入一定温度的模拟钻井液，来判断是否会因为温度升高导致井身下沉或失稳等情况发生。但是，这种模拟的方式只能大致模拟钻井方案的可行性，无法定量分析确定钻井方案在应用时是否会出现井身下沉或失稳等情况，并不能排除生产事故发生的可能性。因此，为了保证在冻土层的钻井方案的有效实施，目前亟需一种能够定量分析冻土层钻井方案的可行性的方法。

技术实现思路

[0005]本说明书实施例的目的是提供一种冻土层钻井方案确定方法、装置及设备，以解决如何准确判断冻土层钻井方案可行性的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种冻土层钻井方案确定方法，包括：获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况；基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；在所述承载力满足油气井稳定条件的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。
[0007]本说明书实施例还提出一种冻土层钻井方案确定装置，包括：土体参数获取模块，用于获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；温度变化关系模拟模块，用于根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化关系；承载力计算模块，用于基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；应用钻井方案确定模块，用于在所述承载力不小于油气井自重的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。
[0008]本说明书实施例还提出一种冻土层钻井方案确定设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序指令；所述处理器，用于执行所述计算机程序指令以实现以下步骤：获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况；基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；在所述承载力满足油气井稳定条件的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。
[0009]由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例在获取到土体参数后，结合土体参数中所包含的土体初始温度和土体初始含水率，对温度变化关系进行模拟后，利用模拟得到的温度变化关系和井身结构特征，完成了对于油气井的承载力的计算，进而判断承载力是否满足油气井稳定条件来确定是否可以将所述冻土层钻井方案进行有效利用，从而完成从候选钻井方案对于目标钻井方案的筛选。基于上述方法，实现了钻井过程中相应参数的定量计算，保证了模拟过程的准确性，从而对冻土层中实际钻井过程的实施进行了有效的指导，保证了勘探开发的有效进行。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为本说明书实施例一种冻土层钻井方案确定方法的流程图；
[0012]图2A为本说明书实施例一种几何模型的示意图；
[0013]图2B为本说明书实施例一种几何模型的示意图；
[0014]图3为本说明书实施例一种模拟边界条件的示意图；
[0015]图4A为本说明书实施例一种钻井过程中表层导管周围温度场分布的示意图；
[0016]图4B为本说明书实施例一种钻井过程中表层导管周围温度场分布的示意图；
[0017]图5A为本说明书实施例一种钻井过程中冻土层温度场径向分布的示意图；
[0018]图5B为本说明书实施例一种钻井过程中冻土层温度场径向分布的示意图；
[0019]图6为本说明书实施例一种不同初始含水率井壁温度变化示意图；
[0020]图7A为本说明书实施例一种生产过程中表层导管周围温度场分布的示意图；
[0021]图7B为本说明书实施例一种生产过程中表层导管周围温度场分布的示意图；
[0022]图8A为本说明书实施例一种生产过程中冻土层温度场径向分布的示意图；
[0023]图8B为本说明书实施例一种生产过程中冻土层温度场径向分布的示意图；
[0024]图9为本说明书实施例一种钻井及生产过程中井口周围土体温度变化对比示意图；
[0025]图10为本说明书实施例一种直井受力结构的示意图；
[0026]图11为本说明书实施例一种水平井受力结构的示意图；
[0027]图12A为本说明书实施例一种冻土井口轴向荷载传递计算模型的示意图；
[0028]图12B为本说明书实施例一种冻土井口轴向荷载传递计算模型的示意图；
[0029]图13为本说明书实施例一种冻土层冻结强度轴向分布的示意图；
[0030]图14A为本说明书实施例一种钻井过程中含水率10％时表层导管周围土体纵向位移分布的示意图；
[0031]图14B为本说明书实施例一种钻井过程中含水率30％时表层导管周围土体纵向位移分布的示意图；
[0032]图15为本说明书实施例一种钻井过程中冻结强度及井口下沉变化曲线的示意图；
[0033]图16A为本说明书实施例一种生产工况下表层导管周围土体位移分布的示意图；
[0034]图16B为本说明书实施例一种生产工况下表层导管周围土体位移分布的示意图；
[0035]图17为本说明书实施例一种生产工况下井口周围冻土层沉降曲线的示意图；
[0036]图18A为本说明书实施例一种承受横向载荷的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻土层钻井方案确定方法，其特征在于，包括：获取钻井区域的土体参数；所述钻井区域包括冻土层区域；所述土体参数包括土体初始温度和土体初始含水率中的至少一种；根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况；基于油气井的井身结构特征和所述温度变化关系，利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力；所述承载力包括土体作用于油气井以使油气井维持稳定的力；在所述承载力满足油气井稳定条件的情况下，确定所述候选钻井方案为应用钻井方案。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土体参数还包括土体性质、密度、泊松比、比热容、导热系数、相变潜热、膨胀系数和相变温度中的至少一种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油气井对应有井身物理参数；所述井身物理参数包括分别对应于表层导管、套管和固井水泥环的密度、弹性模量、泊松比、比热容、导热系数、膨胀系数中的至少一种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述承载力包括竖向承载力和横向承载力；所述竖向承载力包括侧向摩擦力、侧向冻胀力、端部阻力和侧向土压力中的至少一种；所述横向承载力包括侧向土返力和侧向冻胀力中的至少一种。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述承载力包括分别对应于平稳下降段、快速下降段和稳定固结段的承载力。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据候选钻井方案和所述土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况，包括：根据所述候选钻井方案构建对应于油气井的几何模型；确定所述几何模型所对应的温度边界条件；所述温度边界条件包括温度函数、热流密度值、对流换热系数以及外界温度中的至少一种；利用所述温度边界条件，结合土体参数模拟钻井过程中的温度变化情况。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述土体参数计算对应于油气井的承载力，包括：利用公式计算承载力，式中，Q
u
为承载力，L为油气井的表层导管长度，d0为表层套管或技术套管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，柯珂，胡志强，侯绪田，李莅临，张辉，杨进，宋宇，孙挺，殷启帅，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：