用于固井阶段的井筒压力控制系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种用于固井阶段的井筒压力控制系统及方法，属于海洋油气开发领域。所述井筒压力控制系统包括：注入泵；以及控制装置，用于控制所述注入泵经由注入管线向连通至所述井筒的环形空间的回流管线注入流体或气体，降低该回流管线内的压力，进而减小所述环形空间内的压力，所述流体或气体的密度低于所述环形空间内的钻井液的密度。通过本发明专利技术的方案，可有效避免固井过程中高密度的水泥浆压裂易漏地层，引发井涌井喷等安全事故。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋油气开发领域，具体地，涉及一种用于固井阶段的井筒压力控制系统及井筒压力控制方法。
技术介绍
世界深水海域蕴藏着丰富的油气资源，进一步开发利用深水油气资源是大势所趋。深水固井技术是深水油气开发过程中必不可少的环节，但深水所带来的诸多难题又给深水固井技术提出了严峻的挑战。由于深水区域上覆岩层相当一部分是由海水所替代，其上覆岩层压力与陆地上相比要偏低，在这种低的上覆岩层压力下地层趋向于较低的破裂压力，同时深水环境沉积速率快、异常孔隙压力普遍发育，会使得孔隙压力和破裂压力梯度窗口会更加狭窄。对于深水窄安全密度窗口地层，采用传统的固井方式会使高密度的水泥浆压漏地层，进而引发井涌井喷等安全事故。对此，目前已诞生诸多新技术比如双级固井、泡沫水泥浆体系等，上述技术能顺利解决小井段易漏地层的固井问题。但是，深水钻井中经常面临着长井段易漏地层、多层易漏地层等难题，上述固井技术无法顺利解决此类问题，通常需要用到三级、四级甚至是更多级固井，大大提高了钻井难度降低了钻井效率。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种用于固井阶段的井筒压力控制系统及井筒压力控制方法，其可有效避免高密度的水泥浆压漏地层，引发井涌井喷等安全事故。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种用于固井阶段的井筒压力控制系统，该系统包括：注入泵；以及控制装置，用于控制所述注入泵经由注入管线向连通至所述井筒的环形空间的回流管线注入流体或气体，降低该回流管线内的压力，进而减小所述环形空间内的压力，所述流体或气体的密度低于所述环形空间内的钻井液的密度。可选的，所述控制装置还用于执行以下操作：a)获取所述环形空间内的循环流量及所述环形空间内水泥浆上液面的深度；b)根据所述循环流量及所述水泥浆上液面的深度，计算所述环形空间的压力剖面；c)确定所述注入泵的排量，以使得环形空间压力剖面内任意深度的压力均处于地层破裂压力与地层孔隙压力之间；以及d)控制所述注入泵以所确定的排量注入所述流体或气体。可选的，所述控制装置循环执行上述步骤a)-d)，直至所述水泥浆上液面到达套管外封隔器处，该套管外封隔器位于所述环形空间内且位于易漏地层上部。可选的，所述控制装置还用于在所述水泥浆上液面到达套管外封隔器处之后，打开所述套管外封隔器，以封隔所述易漏地层。可选的，该系统还包含分级箍，该分级箍用于在所述套管外封隔器封隔所述易漏地层之后，连通所述套管与所述套管外封隔器上方的环形空间，从而在所述套管外封隔器上方的环形空间内注入水泥浆。可选的，所述分级箍包含：本体，该本体两侧分别具有外分级孔；分级机构；以及关闭套，该关闭套两侧分别具有内分级孔，当所述分级箍处于第一状态时，受到所述分级机构的遮蔽，所述本体两侧的外分级孔及所述关闭套两侧的内分级孔这四者不能相互连通；当所述分级箍处于第二状态时，所述分级机构被移位，所述本体两侧的外分级孔及所述关闭套两侧的内分级孔这四者相互连通；当所述分级箍处于第三状态时，所述关闭套被移位，所述外分级孔与所述内分级孔相错开，且所述本体两侧的外分级孔被所述关闭套的遮蔽。可选的，所述分级箍还包含：剪切销钉，在所述分级箍处于第一状态时，所述分级机构经由该剪切销钉而与所述本体固定连接；以及定位键，位于所述本体下端，在所述剪切销钉被剪断之后，所述分级机构向下运动，直至该分级机构的下端坐落到所述定位键上。可选的，所述分级箍还包含：解锁机构，在所述分级箍处于所述第一状态或所述第二状态时，所述本体与所述关闭套经由该解锁机构固定连接，在该解锁机构被解锁之后，所述关闭套向下运动，直至该关闭套坐落到所述分级机构上，此时所述分级箍处于所述第三状态。相应地，本专利技术实施例还提供一种用于固井阶段的井筒压力控制方法，该方法包括：控制注入泵经由注入管线向连通至所述井筒的环形空间的回流管线注入流体或气体，降低该回流管线内的压力，进而减小所述环形空间内的压力，所述流体或气体的密度低于所述环形空间内的钻井液的密度。可选的，所述控制所述注入泵经由注入管线向连通至所述井筒的环形空间的回流管线注入流体或气体：a)获取所述环形空间内的循环流量及所述环形空间内水泥浆上液面的深度；b)根据所述循环流量及所述水泥浆上液面的深度，计算所述环形空间的压力剖面；c)确定所述注入泵的排量，以使得环形空间压力剖面内任意深度的压力均处于地层破裂压力与地层孔隙压力之间；以及d)控制所述注入泵以所确定的排量注入所述流体或气体。可选的，执行上述步骤a)-d)，直至所述水泥浆上液面到达套管外封隔器处，该套管外封隔器位于所述环形空间内且位于易漏地层上部。可选的，在所述水泥浆上液面到达套管外封隔器处之后，打开所述套管外封隔器，以封隔所述易漏地层。可选的，在所述套管外封隔器封隔所述易漏地层之后，利用分级箍连通所述套管与所述套管外封隔器上方的环形空间，从而在所述套管外封隔器上方的环形空间内注入水泥浆。通过上述技术方案，利用回流管线将环形空间内流体举升回平台，同时通过向回流管线内注入低密度流体或气体来降低回流管线内液柱压力，从而降低施加在井筒易漏地层上的压力。封固完长井段易漏地层、多层易漏地层后，套管外封隔器将长井段易漏地层、多层易漏地层与上部常规地层分隔开，上部地层转为常规固井方式继续固井，直到固井完成。该方案其可有效避免高密度的水泥浆压漏地层，引发井涌井喷等安全事故。本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：图1为采用根据本专利技术一实施例的井筒压力控制系统进行第一阶段固井操作的示意图；图2为环形空间压力剖面内示意图；图3为确定注入泵的排量以使得环形空间压力剖面维持图2所示曲线的方法流程图；图4a为分级箍处于第一状态时的剖面示意图；图4b为分级箍处于第二状态时的剖面示意图；图4c为分级箍处于第三状态时的剖面示意图；图5为采用根据本专利技术一实施例的井筒压力控制系统进行第二阶段固井操作的示意图；图6为采用根据本专利技术一实施例的井筒压力控制系统固井完成时的示意图。附图标记说明1a钻架1b钻台1c平台生活区1d上层甲板1e下层甲板1f平台主体2海平面3海床4隔水管5钻杆6防喷器组7送入接头8套管9钻井液10分级箍10a本体10b关闭套10c分级机构10d定位键10e外分级孔10f内分级孔10g剪切销钉10h解锁机构11套管外封隔器12水泥浆13环形空间14易漏失地层15承托环16阀门17质量流量计18单向阀19注入管线20注入泵21回流管线22下胶塞23重力塞24上胶塞具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。针对深水钻井中长井段易漏地层、多层易漏地层的难题，本专利技术提出了井筒压力控制系统，其利用回流管线将井筒的环形空间内的流体举升回平台，同时通过向回流管线内注入低密度流体或气体来降低回流管线内液柱压力，从而降低施加在井筒的环形空间内的易漏地层上的压力。在封固完长井段易漏地层、多层易漏地层后，打开套管外封隔器将长井段易漏地层、多层易漏地层与上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固井阶段的井筒压力控制系统，其特征在于，该系统包括：注入泵；以及控制装置，用于控制所述注入泵经由注入管线向连通至所述井筒的环形空间的回流管线注入流体或气体，降低该回流管线内的压力，进而减小所述环形空间内的压力，所述流体或气体的密度低于所述环形空间内的钻井液的密度。

【技术特征摘要】
1.一种用于固井阶段的井筒压力控制系统，其特征在于，该系统包括：注入泵；以及控制装置，用于控制所述注入泵经由注入管线向连通至所述井筒的环形空间的回流管线注入流体或气体，降低该回流管线内的压力，进而减小所述环形空间内的压力，所述流体或气体的密度低于所述环形空间内的钻井液的密度。2.根据权利要求1所述的井筒压力控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于执行以下操作：a)获取所述环形空间内的循环流量及所述环形空间内水泥浆上液面的深度；b)根据所述循环流量及所述水泥浆上液面的深度，计算所述环形空间的压力剖面；c)确定所述注入泵的排量，以使得环形空间压力剖面内任意深度的压力均处于地层破裂压力与地层孔隙压力之间；以及d)控制所述注入泵以所确定的排量注入所述流体或气体。3.根据权利要求2所述的井筒压力控制系统，其特征在于，所述控制装置循环执行上述步骤a)-d)，直至所述水泥浆上液面到达套管外封隔器处，该套管外封隔器位于所述环形空间内且位于易漏地层上部。4.根据权利要求3所述的井筒压力控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于在所述水泥浆上液面到达套管外封隔器处之后，打开所述套管外封隔器，以封隔所述易漏地层。5.根据权利要求4所述的井筒压力控制系统，其特征在于，该系统还包含分级箍，该分级箍用于在所述套管外封隔器封隔所述易漏地层之后，连通所述套管与所述套管外封隔器上方的环形空间，从而在所述套管外封隔器上方的环形空间内注入水泥浆。6.根据权利要求5所述的井筒压力控制系统，其特征在于，所述分级箍包含：本体，该本体两侧分别具有外分级孔；分级机构；以及关闭套，该关闭套两侧分别具有内分级孔，当所述分级箍处于第一状态时，受到所述分级机构的遮蔽，所述本体两侧的外分级孔及所述关闭套两侧的内分级孔这四者不能相互连通；当所述分级箍处于第二状态时，所述分级机构被移位，所述本体两侧的外分级孔及所述关闭套两侧的内分级孔这四者相互连通；当所述分级箍处于第三状态时，所述关闭套被移位，所述外分级孔与所述内分级孔相错开，且所述本体两侧的外分级孔被所述关闭套的遮蔽。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝江，王雪瑞，马英文，高永海，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，中海石油中国有限公司天津分公司，
类型：发明
国别省市：山东;37