一种高压气井非常规协同压井装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高压气井非常规协同压井装置及方法，属于钻井井控技术领域。安装在连接井口和防喷器的管线上的压力传感器和流量计采集压力和流量数据；不同数据采集点均与计算机连接，实时传输至计算机；计算机根据采集到的数据实时处理并分析，进而控制管线上各个阀门的开度和压井液注入泵组的功率；压井液注入泵组两端分别与压井液储罐和注入管线相连，分别将压井液注入钻杆或者是环空，进而实现高压气井安全高效压井。本发明专利技术通过结合置换法和压回法两种非常规压井方法协同来保障高压气井压井的安全性和时效性，并发明专利技术了相应的协同压井装置，为实现高压气井安全高效钻探提供保障。障。障。

【技术实现步骤摘要】
一种高压气井非常规协同压井装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种高压气井非常规协同压井装置及方法，属于钻井井控


技术介绍

[0002]现有井控方法随着国民经济的发展，我国对油气资源的需求日益增长。油气资源勘探逐渐向深层和超深层领域进军。在我国塔里木盆地、准格尔盆地、四川盆地等区域的油气田具有高产、高压甚至超高压等特点，在钻探过程中一旦发生气侵，极易引发井喷风险，面临严峻的井控问题。
[0003]高压气井安全压井是现阶段我国大部分西北、西南油气田勘探开发过程中需要亟待解决的关键技术难题。主要可以分为常规压井方法和非常规压井方法。常规压井方法包括工程师法、司钻法等，非常规压井方法包括置换法、压回法等。对于普通地层压力不高的油气井，工程师法和司钻法等常规压井方法即可满足压井要求，恢复正常钻进。而对于高压气井，侵入井筒环空的体积和压力均较高，常规压井方法可能导致井口或者套管鞋处的压力超过承压范围，引发难以更为严重的井涌或者井漏问题，故难以适用。在侵入井筒的气体较多的情况下，井口压力和地层压力差别较小，非常规压井方法中的压回法同样面临上述问题，而置换法具有效率低、时间长、操作较繁琐等问题。在高压气井钻探过程中，一旦没有及时成功压井，将会导致不可估量的经济损失，甚至造成人员伤亡，亟需展开深入研究。
[0004]综上，现有压井方法对于高压气井压井均存在一定的缺点。目前尚缺乏一种适用于高压气井的安全高效压井方法，这也是制约高压气井安全高效钻探的关键难点。为此，提出本专利技术。

技术实现思路
/>[0005]针对现有技术的不足，尤其是现有压井方法在高压气井中不适用、效率低等难题，本专利技术提出了一种高压气井非常规协同压井装置及方法，通过结合置换法和压回法两种非常规压井方法协同来保障高压气井压井的安全性和时效性，并专利技术了相应的协同压井装置，为实现高压气井安全高效钻探提供保障。
[0006]天然气水合物开采过程中产量低、持续时间短、经济性差的难题，本专利技术提出了一种天然气水合物高效增产开采方法，通过水平井压裂造缝和注入泡沫水泥浆的方法来提高储层渗流能力和稳定性，并通过水平井降压+注热开采的方法来提高天然气水合物开采产量，为未来实现商业化开采海域天然气水合物藏提供保障。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高压气井非常规协同压井装置，包括数据采集装置和压井控制装置，所述数据采集装置包括井口、防喷器、压力传感器A、压力传感器B、流量计A、流量计B和计算机；
[0009]所述压井控制装置包括压井液注入泵组、三通控制阀和压井液储罐，所述压井液注入泵组一端与三通控制阀相连，另一端与压井液储罐相连，为压井液注入提供动力，三通控制阀一端通过管线连接井口，另一端通过主管线连接防喷器，三通控制阀安装在连接井
口的管线和接防喷器主管线的交汇处，所述压力传感器A和流量计A安装在连接井口的管线上，用于采集井口压力和流经井口的流体流量；所述压力传感器B和流量计B安装在连接防喷器的主管线上，用于采集环空套压和流经环空的流体流量；
[0010]所述连接井口的管线上还设置有阀门A，用于控制管线内的流量大小；连接防喷器的主管线上设置有阀门B，主管线上连接有一支管线，支管线另一端与大气相通，支管线上设置有阀门C和阀门D，所述压井液注入泵组、压力传感器A、压力传感器B、流量计A、流量计B、阀门A、阀门B、阀门C、阀门D均与计算机连接，计算机接收并处理压力传感器A、压力传感器B、流量计A、流量计B采集到的压力和流量数据，并控制阀门A、阀门B、阀门C、阀门D的开度和压井液注入泵组的启停。
[0011]上述装置的工作方法为：
[0012]安装在连接井口和防喷器的管线上的压力传感器和流量计采集压力和流量数据；不同数据采集点均与计算机连接，实时传输至计算机；计算机根据采集到的数据实时处理并分析，进而控制管线上各个阀门的开度和压井液注入泵组的功率；压井液注入泵组两端分别与压井液储罐和注入管线相连，分别将压井液注入钻杆或者是环空，进而实现高压气井安全高效压井。
[0013]本专利技术的支管线上设置有两个阀门，即阀门C和阀门D，一方面可以更加精确地控制井口回压的变化，开启时：先开阀门D，再开阀门C，并根据现场压井液注入情况和井口压力变化情况实时调整两个阀门的开度大小，以此可以减少井口压力波动，进而达到井口回压的精确控制。关闭时：先关阀门C，再关阀门D。
[0014]另一个方面可以减小井口排气产生的节流降温效应，因为：一个阀门的情况，气体直接从很高的压力突变到常压(即阀门前高压，阀门后常压)，节流降温效应很明显，往往会因此而结冰；设计两个阀门，在第一个阀门使高压气体过渡到一个较低的压力，第二个阀门再使这个较低的压力过渡到常压，虽然两个阀门处仍然会产生节流降温效应，但各自的降温效应远小于一个阀门的情况，并且两个阀门之间也有一定的距离(阀门C、D可以设计距离为5
‑
10米)，节流降温后因外界环境温度高而产生的回温效果也有助于缓解这两个地方的节流温降效应。此外，即使是现场采取加热升温措施，对于两个阀门的情况也是更容易的，有助于更快缓解阀门处的节流降温效果。
[0015]一种高压气井非常规协同压井方法，通过上述的装置实现，包括如下步骤：
[0016](1)压井液注入量计算
[0017]根据置换法压井计算公式计算置换法压井所需的压井液密度、注入流量等注入参数，快速配置对储层伤害小的无污染压井液，为尽快开展置换法压井做好准备；若是在现场来不及配制压井液的情况下，可以选择先注入钻井用的钻井液，以此尽早开展初期的置换法压井作业。
[0018](2)从钻杆中注入压井液置换环空中气体
[0019]根据步骤(1)得到的压井液注入流量，打开阀门A，压井液注入泵组的压井液注入钻杆，从钻杆向环空中注入压井液，并依次打开阀门C、阀门D排出环空中气体(现场一般是在支管线出口处将排出的气体燃烧)，以此实现环空中气体的替换；为提高置换效率，压井液注入和气体排出同时进行；监测从钻杆注入压井液的速率、压力和从环空中排出气体的流量、压力数据，并根据监测到的数据实时调整阀门A、阀门C和阀门D4的开度和压井液注入
泵组的功率；
[0020](3)从环空中注入压井液压回剩余气体
[0021]根据实时监测到的压力、流量数据，当满足压回法压井条件后，关闭阀门A停止从钻杆注入压井液，并打开阀门B，关闭阀门C和阀门D，转而通过向环空中注入压井液来将环空中剩余的气体压回地层，同时，在压回过程中实时监测压井液的流量、压力数据，实时调整压井液注入泵组的功率；
[0022](4)从钻杆向地层注入堵漏材料
[0023]当压井成功后，关闭阀门B，打开阀门A，通过钻杆向目的层位注入含堵漏材料的钻井液，利用堵漏材料颗粒之间的桥接作用封堵漏失裂缝，提高目的层位承压能力，为后期安全生产提供保障。
[0024]通过上述技术方案，针对高压气井压井困难的特点，结合非常规压井方法中置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压气井非常规协同压井装置，其特征在于，包括数据采集装置和压井控制装置，所述数据采集装置包括井口、防喷器、压力传感器A、压力传感器B、流量计A、流量计B和计算机；所述压井控制装置包括压井液注入泵组、三通控制阀和压井液储罐，所述压井液注入泵组一端与三通控制阀相连，另一端与压井液储罐相连，为压井液注入提供动力，三通控制阀一端通过管线连接井口，另一端通过主管线连接防喷器，所述压力传感器A和流量计A安装在连接井口的管线上，用于采集井口压力和流经井口的流体流量；所述压力传感器B和流量计B安装在连接防喷器的主管线上，用于采集环空套压和流经环空的流体流量；所述连接井口的管线上还设置有阀门A，用于控制管线内的流量大小；连接防喷器的主管线上设置有阀门B，主管线上连接有一支管线，支管线另一端与大气相通，支管线上设置有阀门C和阀门D，所述压井液注入泵组、压力传感器A、压力传感器B、流量计A、流量计B、阀门A、阀门B、阀门C、阀门D均与计算机连接，计算机接收并处理压力传感器A、压力传感器B、流量计A、流量计B采集到的压力和流量数据，并控制阀门A、阀门B、阀门C、阀门D的开度和压井液注入泵组的启停。2.一种高压气井非常规协同压井方法，其特征在于，通过权利要求1所述的装置实现，包括如下步骤：(1)压井液注入量计算根据置换法压井计算公式计算置换法压井所需的压井液密度、注入流量，配置对储压井液；(2)从钻杆中注入压井液置换环空中气体根据步骤(1)得到的压井液注入流量，打开阀门A，压井液注入泵组的压井液注入钻杆，从钻杆向环空中注入压井液，并依次打开阀门C、阀门D排出环空中气体，以此实现环空中气体的替换；为提高置换效率，压井液注入和气体排出同时进行；监测从钻杆注入压井液的速率、压力和从环空中排出气体的流量、压力数据，并根据监测到的数据实时调整阀门A、阀门C和阀门D4的开度和压井液注入泵组的功率；(3)从环空中注入压井液压回剩余气体根据实时监测到的压力、流量数据，当满足压回法压井条件后，关闭阀门A停止从钻杆注入压井液，并打开阀门B，关闭阀门C和阀门D，转而通过向环空中注入压井液来将环空中剩余的气体压回地层，同时，在压回过程中实时监测压井液的流量、压力数据，实时调整压井液注入泵组的功率；(4)从钻杆向地层注入堵漏材料当压井成功后，关闭阀门B，打开阀门A，通过钻杆向目的层位注入含堵漏材料的钻井液，利用堵漏材料颗粒之间的桥接作用封堵漏失裂缝。3.根据权利要求2所述的高压气井非常规协同压井方法，其特征在于，步骤(1)中，在置换法压井过程中，为维持井底压力的平衡，从钻杆向井底注入的压井液与环空中排出气体所产生的重力差等于环空压力的减小值，如下式所示：ρ
z
gh
z
‑
g(ρ
g0
h
g0
‑
ρ
g
h
g
)＝p
a0
‑
p
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，ρ
z
为从钻杆向井底注入的压井液密度，kg/m3；g为重力加速度，g/cm3；h
z
为井筒内压井液高度，m；ρ
g0
为初始时刻气体密度，kg/m3；ρ
g
为t时刻气体密度，kg/m3；h
g0
为初始时刻
井筒内气柱高度，m；h
g
为t时刻井筒内气柱高度，m；p
a0
为初始时刻套压，MPa；p
a
为t时刻套压，MPa，套压是指井口处的套管环空压力；根据物质守恒定理可知，注入压井液的体积等于排出气体的体积与因压力变化而减小的气体体积之和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑波，王志远，孙小辉，王金堂，孙宝江，孔庆文，裴继昊，陈科杉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：