[發明專利]一種壓差式氣侵和置換式氣侵判斷方法及裝置

有效

• 申請號: 201810187366.2
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108571319B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 尹虎;司孟菡;李黔;尹文鋒
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種壓差式氣侵和置換式氣侵判斷方法及裝置，所述方法先獲取實際出口流量時間序列數據和立管壓力導數時間序列數據；再根據鉆井參數，分別得到壓差式氣侵下以及置換式氣侵下標準出口流量時間序列數據和/或標準立管壓力導數時間序列數據；分別計算實際出口流量時間序列數據和/或立管壓力導數時間序列數據分別與壓差式氣侵標下和置換式氣侵下標準出口流量時間序列數據和/或標準立管壓力導數時間序列數據的相似度，根據相似度判斷氣侵方式。通過本發明，可以快速判斷氣侵類型，降低鉆井風險，且操作簡便、設備需求少。

技術領域

本發明涉及天然氣鉆井過程中環空氣侵方式判斷技術領域，具體地，涉及一種壓差式氣侵和置換式氣侵判斷方法及裝置。

背景技術

隨著環保壓力增加和技術進步，全球能源消費的低碳化趨勢日益明顯，天然氣作為優質高效、綠色清潔的低碳能源，將成為全球能源由高碳向低碳轉變的重要橋梁。為滿足國家經濟發展對清潔能源的需求，天然氣開發不斷走向深部復雜地層，但深部復雜地層常具有高溫、高壓、窄密度安全窗口等特點，鉆井事故復雜頻發，鉆井風險高。尤其是在深部窄密度窗口鉆進時，常因井底壓力控制不當，出現地層中天然氣侵入井筒現象。天然氣侵入井筒后，受鉆井液循環及氣體本身的滑脫作用將沿環空上升且不斷膨脹，造成井底壓力降低，進一步加重氣侵程度，嚴重甚至導致井噴失控。

根據發生機理及地層特征，氣侵分為壓差式氣侵、置換式氣侵、巖屑破碎氣氣侵和濃度差氣侵等氣侵方式，其中巖屑破碎氣氣侵和濃度差氣侵井底進氣量較小(一般可忽略)，壓差式氣侵和置換式氣侵井底進氣量較大，對鉆井安全影響大。

壓差式氣侵和置換式氣侵在發生機理上有本質差別，處理方式也截然不同，壓差式氣侵是指井底壓力小于地層壓力，地層中的氣體在壓差作用下由地層滲流到井筒的過程，其發生在井底負壓差情況下，處理方法為增加井底壓力，使井底壓力平衡地層壓力；而置換式氣侵指地層中的氣體與井筒中的鉆井液在密度差的作用下，井筒中的鉆井液進入到地層，地層氣體進入井筒中的過程，其發生在井底過平衡、近平衡情況下，處理方法為封堵地層裂縫，如果采用增加井底壓力的方法，不但不能抑制氣侵，反而會壓漏地層，造成更大損失。雖然發生機理及處理方法不同，但其表現形式卻大致相同(如出口流量增加，立管壓力降低等)，如果不對數據進行深度分析，難易區別兩種氣侵方式，另外，目前國內鉆井現場流量及壓力傳感器測量精度較低，采集的測量數據精度不足，也導致氣侵方式的識別困難。

目前公開發表的論文和專利中，對壓差式氣侵和置換式氣侵的判斷方法為：監測到氣侵發生之后，在井口處施加回壓，根據增加回壓一個遲到時間后井口處鉆井液流量進行判斷，若施加回壓一個遲到時間后井口處鉆井液流量減小，為壓差式氣侵；若施加回壓一個遲到時間后井口處鉆井液流量保持不變，則為置換式氣侵。該方法雖然能夠判斷壓差式氣侵和置換式氣侵，但使用條件受限，只適用于具有施加回壓條件的控壓鉆井過程，另外深井的一個遲到時間一般為數小時，判斷所需時間較長，不能滿足快速處理氣侵的井控安全要求。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種壓差式氣侵和置換式氣侵判斷方法及裝置，可在氣侵發生時及時判斷氣侵類型，為針對性地采取井控措施提供技術支持。

具體的，本發明涉及的一種壓差式氣侵和置換式氣侵判斷方法，所述方法包括以下步驟：

S1：采集出口流量和立管壓力數據，獲取實際出口流量時間序列數據和立管壓力導數時間序列數據；

S2：根據鉆井參數，分別模擬壓差式氣侵和置換式氣侵過程，分別得到壓差式氣侵標下標準出口流量時間序列數據和/或標準立管壓力導數時間序列數據，以及置換式氣侵下標準出口流量時間序列數據和/或標準立管壓力導數時間序列數據；

S3：分別計算實際出口流量時間序列數據和/或立管壓力導數時間序列數據分別與壓差式氣侵標下和置換式氣侵下標準出口流量時間序列數據和/或標準立管壓力導數時間序列數據的相似度，根據相似度判斷氣侵方式。

優選的，所述的相似度計算方法如下：