一种精细控压钻井稳定井壁的方法及系统技术方案

一种精细控压钻井稳定井壁的方法及系统，基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；通过对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；结合循环压耗设计使用的钻井液密度值，在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力。在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力且波动不大，保证钻井作业过程中的井壁稳定。本发明专利技术可以用于油气井钻井中保持井壁稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种精细控压钻井稳定井壁的方法及系统
本专利技术涉及石油、天然气易塌易漏复杂地层钻井作业中确保井壁稳定的一种钻井液密度计算方法及保持井底压力恒定控制方法，特别是涉及一种精细控压钻井稳定井壁的方法及系统，建立一套系统的易塌易漏地层安全钻井井底压力精确控制方法，确保复杂地层窄钻井液密度窗口条件下的安全快速钻井作业。
技术介绍
石油工程中普遍应用弹性、孔隙弹性、塑性、粘弹性力学方法结合强度准则方法解释井壁坍塌和破裂压力。根据岩石本构关系、全应力应变实验数据及岩石的力学特性参数获取井壁达到临界状态时对应的井眼内支撑力，据此来计算井壁坍塌压力、破裂压力及钻井液密度窗口。中国专利（公告号CN1966934A）提出了一种所钻预测钻头底下地层坍塌压力和破裂压力的方法。通过找出同一井眼中不同层系地层的已钻井段测井结果与地震记录的关联，并根据地质分层随钻预测坍塌压力和破裂压力。以上的方法都没有提及针对易塌易漏地层合适的井底压力计算方法和井底恒定压力控制方法。对于易塌易漏地层，孔隙-裂缝共同存在，由于裂缝比岩石基质高的多的渗透性和裂缝面较低的强度参数，对井壁坍塌造成的影响是重大的。对于这种地层实际上并不存在破裂压力，只要钻井液柱压力超过地层孔隙压力及流体在地层裂缝中的流动阻力便会发生钻井液循环漏失，所以在井壁破裂之前已经发生了井壁不稳定事故，破裂压力在此情况下已经失去了意义。所以，在易塌易漏复杂地层情况下钻井，井底压力超过地层孔隙压力可能很小一个范围内便会出现井眼漏失，而且由于地层裂缝高渗透导流能力及其对岩石强度的削弱，坍塌压力也可能出现在一个较高的范围内，甚至可能高于地层孔隙压力，这种现象就会导致允许的安全钻井液密度窗口变窄。而常规钻井过程中井底压力的波动范围较大，在这种窄窗口地层钻井时极易造成喷、漏、塌、卡等钻井复杂情况。为避免上述问题，需要将精确的井底压力确定方法与精确地控制井筒压力的方法结合起来，通过岩石力学方法设计钻进易塌易漏复杂地层的时的井底压力，使用精确的压力控制技术控制各种工况下的压力波动，从而达到采用恒定的钻井液密度进行钻进，起钻，下钻，接单根等整个钻井作业过程，减少钻井过程中的井壁不稳定事故。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种精细控压钻井稳定井壁的方法及系统。一种精细控压钻井稳定井壁的方法，含有以下步骤;基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；通过对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；结合循环压耗设计使用的钻井液密度值，在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD（PressureWhileDrilling）实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力。一种精细控压钻井稳定井壁的方法，还含有以下步骤;①通过易塌易漏地层坍塌和漏失分析，据此确定合适的井底压力；②计算实际使用的钻井液密度；③通过控制环空压耗实现对井底压力的调控；用第二孔隙度，第二渗透率，第二压缩系数将裂缝明确的描述成第二孔隙连续介质；基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；对于易塌易漏地层，确保井底压力大致等于设计井底压力且波动不大，保证钻井作业过程中的井壁稳定；通过控制环空压耗实现对井底压力的调控；为了能在钻井过程中顺利实施对环空压耗的调控，使用的钻井液密度应该比设计的钻井液密度小，通过考虑环空压耗进行迭代计算实际使用的钻井液密度；在钻井中，通过在井口加装旋转控制头来密封井口，使其在钻进中能够保持一定的压力，即井口回压pb；通过调节节流阀的开度实现pb的调控，调整井口回压使井底压力瞬间发生改变，保持井底压力恒定；通过实时测量计算井底压力，并判断钻井泵的泵速、钻井液密度和其他一些引起压力瞬时改变的因素(如岩屑含量和钻杆的转速等)的当前状况，调控调节节流阀的开度控制井口回压。将易漏易塌双重介质场方程、流体在地层岩石中的扩散方程、边界条件结合计算坍塌压力pc；根据邻井漏失资料统计漏速和压差关系确定漏失方程系数，计算漏失压力pl；根据孔隙压力、坍塌压力和漏失压力确定井底压力值ρECD；将ρECD值作为初始钻井液密度ρa，计算环空压耗pf；把算得的pf当作静止时所需的井口回压pb来计算不循环时的钻井液密度ρs；判断ρa和ρs的差值是否小于设定的计算精度；如果是，此时的ρa即为设计的钻井液密度，否则将ρs再作为初始钻井液密度迭代循环，直至满足ρa和ρs的差值小于设定的计算精度，此时的ρa即为设计钻井液密度；钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值pm，过程中实时调整井口回压值以确保环空压力值pm等于循环当量钻井液密度ρECD相当压力值。一种精细控压钻井稳定井壁的系统，液气分离器连接点火装置、振动筛和自动节流管汇；振动筛连接循环罐；循环罐连接钻井泵；钻井泵连接立柱；立柱连接井底钻具；井底钻具连接环空压力测量装置，通过环空压力测量装置将井底压力传至井口；井口连接专用节流管汇给自动节流管汇，自动节流管汇连接回压泵调节井口回压。本专利技术的优点是将裂缝-孔隙介质看作为双重孔隙和双重渗透率连续介质，忽略单个裂缝的特性，采用第二孔隙度，第二渗透率，第二压缩系数将裂缝明确的描述成第二孔隙连续介质。基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力。通过对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值。结合循环压耗设计使用的钻井液密度值，在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力且波动不大，保证钻井作业过程中的井壁稳定。本专利技术可以用于油气井钻井中保持井壁稳定。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，如图其中：图1是本专利技术方法流程图；图2是本专利技术井底压力控制工艺流程图。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。具体实施方式实施例1：如图1、图2所示，本专利技术提出的一种精细控压钻井稳定井壁的方法，步骤如下：①确定易塌易漏层段的坍塌压力和漏失压力；将双重介质本构方程与应力平衡方程、和几何方程结合，得到易漏易塌地层场方程。由流体含量本构方程、运移方程、质量守恒方程得到易漏易塌地层岩石中的扩散方程。地层外边界(r=R0)无位移(ur=0)和流体流动在井壁，位移ur=0，通过井壁的总体流量为通过基质和裂缝网流量的和基质和裂缝流体压力相等pI=pΠ。根据场方程、扩散方程及边界条件结合破坏准则计算坍塌压力pc。根据邻井漏失资料统计漏速和压差关系确定漏失方程系数，计算漏失压力pl。pl=pp+AQn(4)②根据孔隙压力、坍塌压力和漏失压力确定井底压力值，换算为循环当量钻井液密度ρECD；max(ρc，ρp)<ρECD<ρl(5)③将循环当量钻井液密度ρECD值作为初始钻井液密度ρa，计算环空压耗pf；④把算得的pf当作静止时所需的井口回压pb来计算不循环时的钻井液密度ρs；ps=ph+pb(7)⑤判断ρa和ρs的差值是否小于设定的计算精度。如果是，此时的ρa即为设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精细控压钻井稳定井壁的方法，其特征在于含有以下步骤：基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；通过对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；结合循环压耗设计使用的钻井液密度值，在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力。

【技术特征摘要】
1.一种精细控压钻井稳定井壁的方法，其特征在于含有以下步骤：基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；通过对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；结合循环压耗设计使用的钻井液密度值，在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力；所述精细控压钻井稳定井壁的方法，含有以下步骤；①通过易塌易漏地层坍塌和漏失分析，据此确定合适的井底压力；②计算实际使用的钻井液密度；③通过控制环空压耗实现对井底压力的调控；用第二孔隙度，第二渗透率，第二压缩系数将裂缝明确的描述成第二孔隙连续介质；基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；对于易塌易漏地层，确保井底压力大致等于设计井底压力且波动不大，保证钻井作业过程中的井壁稳定；通过控制环空压耗实现对井底压力的调控；为了能在钻井过程中顺利实施对环空压耗的调控，使用的钻井液密度应该比设计的钻井液密度小，通过考虑环空压耗进行迭代计算实际使用的钻井液密度；在钻井中，通过在井口加装旋转控制头来密封井口，使其在钻进中能够保持一定的压力，即井口回压pb；通过调节节流阀的开度实现pb的调控，调整井口回压使井底压力瞬间发生改变，保持井底压力恒定；通过实时测量计算井底压力，并判断钻井泵的泵速、钻井液密度和其他一些引起压力瞬时改变的因素的当前状况，调控调节节流阀的开度控制井口回压。2.根据权利要求1所述一种精细控压钻井稳定井壁的方法，其特征在于：将易漏易塌双重介质场方程、流体在地层岩石中的扩散方程、边界条件结合计算坍塌压力pc；根据邻井漏失资料统计漏速和压差关系确定漏失方程系数，计算漏失压力pl；根据孔隙压力、坍塌压力和漏失压力确定井底压力值ρECD；将ρECD值作为初始钻井液密度ρa，计算环空压耗pf；把算得的pf当作静止时所需的井口回压pb来计算不循环时的钻井液密度ρs；判断ρa和ρs的差值是否小于设定的计算精度；如果是，此时的ρa即为设计的钻井液密度，否则将ρs再作为初始钻井液密度迭代循环，直至满足ρa和ρs的差值小于设定的计算精度，此时的ρa即为设计钻井液密度；钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD实时监测环空压力值pm，过程中实时调整井口回压值以确保环空压力值pm等于循环当量钻井液密度ρECD相当压力值。3.根据权利要求1所述一种精细控压钻井稳定井壁的方法，其特征在于步骤如下：①确定易塌易漏层段的坍塌压力和漏失压力；将双重介质本构方程与应力平衡方程、和几何方程结合，得到易漏易塌地层场方程；由流体含量本构方程、运移方程、质量守恒方程得到易漏易塌地层岩石中的扩散方程；地层外边界无位移和流体流动；在井壁，位移ur＝0，通过井壁的总体流量为通过基质和裂缝网流量的和基质和裂缝流体压力相等pΙ＝pΠ；根据场方程、扩散方程及边界条件结合破坏准则计算坍塌压力pc；根据邻井漏失资料统计漏速和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，周英操，陈朝伟，项德贵，刘玉石，马鹏鹏，姜英健，刘伟，罗良波，王凯，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11