井身结构设计中设计水泥返深的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井身结构设计中设计水泥返深的系统，它的当量泥浆密度获取模块获取相邻两级套管间各深度以及需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度；地层破裂压力数据表获取模块获取地层破裂压力数据表，通过相邻两级套管间各深度查询地层破裂压力数据表获取两级套管间各深度对应的地层破裂压力当量密度；水泥返深计算模块用于根据固井采用的固井水泥浆密度、两级套管间各深度对应的地层破裂压力当量密度和需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度计算相邻两级套管间各深度处的水泥返深。本发明专利技术考虑不同密度的水泥浆对地层薄弱处的影响，计算该密度水泥浆能够保证地层不破裂的最大返深，为选择水泥密度或水泥返深设计提供参考。度或水泥返深设计提供参考。度或水泥返深设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】
井身结构设计中设计水泥返深的系统及方法


[0001]本专利技术涉及石油钻井工业
，具体地指一种井身结构设计中设计水泥返深的系统及方法。

技术介绍

[0002]水泥返深设计是井身结构设计中的一部分。在进行井身结构设计时，水泥上返的高度往往来自于经验，例如返到油顶以上150m，返至地面、返至套管鞋以上200m等，并没有结合实际情况进行单独的计算，各井各地层的实际情况往往不同，如果只是简单的凭借经验值进行设计，可能会出现固井水泥柱压破薄弱地层引发井漏的复杂情况。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是要提供一种井身结构设计中设计水泥返深的系统及方法，本专利技术考虑不同密度的水泥浆对地层薄弱处的影响，计算该密度水泥浆能够保证地层不破裂的最大返深，为选择水泥密度或水泥返深设计提供参考。
[0004]为实现此目的，本专利技术所设计的井身结构设计中设计水泥返深的系统，它包括当量泥浆密度获取模块、地层破裂压力数据表获取模块和水泥返深计算模块；
[0005]所述当量泥浆密度获取模块用于获取相邻两级套管间各深度H以及需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度ρ
套管鞋当量密度
；
[0006]所述地层破裂压力数据表获取模块用于获取进行井身结构设计时所用的地层破裂压力数据表，地层破裂压力数据表中相邻两级套管间各深度H与地层破裂压力当量密度ρ
破裂
一一对应，通过相邻两级套管间各深度H查询地层破裂压力数据表获取两级套管间各深度H对应的地层破裂压力当量密度ρ
破裂
；
[0007]所述水泥返深计算模块用于根据固井采用的固井水泥浆密度ρ
水泥
、两级套管间各深度H对应的地层破裂压力当量密度ρ
破裂
和需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度ρ
套管鞋当量密度
利用返深算法单元计算相邻两级套管间各深度H处的水泥返深TOC(套管和井壁之间水泥上返后水泥顶面所在深度)。
[0008]本专利技术的有益效果：
[0009]本专利技术通过计算、比较，获得一个由计算得来的较为科学的水泥返深，而不是按照经验值，本专利技术不单只考虑了套管鞋处存在被上方水泥柱压裂的可能性(只计算套管鞋处的TOC)，同时还考虑了其上方所有深度的地层作为井底时存在的被上方水泥柱压裂的可能性(计算两套管间所有深度点的TOC)。
[0010]本专利技术计算两级套管间各深度地层能够承受的最大TOC并通过对所有计算出的TOC进行比较，获得一个两级套管间任一深度地层都能承受的TOC作为待设计套管的水泥返深设计。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的结构示意图；
[0012]图2为本专利技术的原理示意图。
[0013]如图2所示，深度7355ft处计算的TOC为3901ft，当超过3901ft时就会破裂，深度9161ft处计算的TOC为2631ft，超过2631ft就会破裂，因为水泥是从下往上返的，所有为了保证两深度处地层都不破裂，最多只能返到3901ft处。
具体实施方式
[0014]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0015]如图1所示的井身结构设计中设计水泥返深的系统，它包括当量泥浆密度获取模块、地层破裂压力数据表获取模块和水泥返深计算模块；
[0016]所述当量泥浆密度获取模块用于获取前期设计得到的相邻两级套管间各深度H以及需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度ρ套管鞋当量
密
度；
[0017]所述地层破裂压力数据表获取模块用于获取进行井身结构设计时所用的地层破裂压力数据表，地层破裂压力数据表中相邻两级套管间各深度H与地层破裂压力当量密度ρ
破裂
一一对应，通过相邻两级套管间各深度H查询地层破裂压力数据表获取两级套管间各深度H对应的地层破裂压力当量密度ρ
破裂
；
[0018]所述水泥返深计算模块用于根据固井采用的固井水泥浆密度ρ
水泥
、两级套管间各深度H对应的地层破裂压力当量密度ρ
破裂
和需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度ρ
套管鞋当量密度
利用返深算法单元计算相邻两级套管间各深度H处的水泥返深TOC。
[0019]上述技术方案中，所述水泥返深计算模块用于在相邻两级套管间各深度H处的水泥返深TOC中选择选择水泥返深最大值TOC
max
作为待设计套管的水泥返深设计结果。
[0020]上述技术方案中，所述返深算法单元为：
[0021]TOC＝H
×
(ρ
水泥
‑
ρ
破裂
)/(ρ
水泥
‑
ρ
套管鞋当量密度
)。
[0022]上述技术方案中，所述返深算法单元根据如下计算单元演算获取：
[0023]第一计算单元：
[0024]ρ
破裂
gH＝ρ
水泥
gH
水泥柱
+ρ
套管鞋当量密度
gH
钻井液柱
[0025]其中，ρ
破裂
为相邻两级套管间各深度H处对应的地层破裂压力当量密度(已知值)；H为相邻两级套管间各深度H，默认为该次计算的井底深度，H与ρ
破裂
在地层破裂压力表中一一对应，为本次计算开始前就已获知的数据；ρ
水泥
为固井采用的固井水泥浆密度，可根据需要设置，本文取16ppg；ρ
套管鞋当量密度
为需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量密度，通过前期其它设计可知；H
水泥柱
为固井施工中从底部上返的固井水泥柱高度，为未知值，在上式中只是用来进行等式的表达；H
钻井液柱
为固井施工中水泥顶面到地面的钻井液柱高度，在数值上等同于水泥顶面的深度，即TOC；g为重力加速度；
[0026]第二计算单元：
[0027]H
水泥柱
＝H
‑
TOC；
[0028]第三计算单元：
[0029]H
钻井液柱
＝TOC；
[0030]将第二计算单元和第三计算单元带入第一计算单元，得到第四计算单元：
[0031]ρ
破裂
gH＝ρ
水泥
g*(H
‑
TOC)+ρ
套管鞋当量密度
g*TOC；
[0032]对第四计算单元进行拆分合并得到返深算法单元
[0033]TOC＝H
×
(ρ
水泥
‑
ρ
破裂
)/(ρ
水泥
‑
ρ
套管鞋当量密度
)。
[0034]地层被压裂的原因是承受的上部压力大于该地层的破裂压力，第一计算单元“ρ
破裂
gH＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井身结构设计中设计水泥返深的系统，其特征在于：它包括当量泥浆密度获取模块、地层破裂压力数据表获取模块和水泥返深计算模块；所述当量泥浆密度获取模块用于获取相邻两级套管间各深度H以及需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度ρ
套管鞋当量密度
；所述地层破裂压力数据表获取模块用于获取进行井身结构设计时所用的地层破裂压力数据表，地层破裂压力数据表中相邻两级套管间各深度H与地层破裂压力当量密度ρ
破裂
一一对应，通过相邻两级套管间各深度H查询地层破裂压力数据表获取两级套管间各深度H对应的地层破裂压力当量密度ρ
破裂
；所述水泥返深计算模块用于根据固井采用的固井水泥浆密度ρ
水泥
、两级套管间各深度H对应的地层破裂压力当量密度ρ
破裂
和需要进行水泥返深设计的该级套鞋处当量泥浆密度ρ
套管鞋当量密度
利用返深算法单元计算相邻两级套管间各深度H处的水泥返深TOC。2.根据权利要求1所述的井身结构设计中设计水泥返深的系统，其特征在于：所述水泥返深计算模块用于在相邻两级套管间各深度H处的水泥返深TOC中选择选择水泥返深最大值TOC
max
作为待设计套管的水泥返深设计结果。3.根据权利要求1所述的井身结构设计中设计水泥返深的系统，其特征在于：所述返深算法单元为：TOC＝H
×
(ρ
水泥
‑
ρ
破裂
)/(ρ
水泥
‑
ρ
套管鞋当量密度
)。4.根据权利要求1所述的井身结构设计中设计水泥返深的系统，其特征在于：所述返深算法单元根据如下计算单元演算获取：第一计算单元：ρ
破裂
gH＝ρ
水泥
gH
水泥柱
+ρ
套管鞋当量密度
gH
钻井液柱
其中，ρ
破裂
为相邻两级套管间各深度H处对应的地层破裂压力当量密度，ρ
水泥
为固井采用的固井水泥浆密度，ρ
套管鞋当量密度
为需要进行水泥返深设计的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于本志，何志军，王晨阳，吴梦瑶，
申请(专利权)人：武汉时代地智科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：