[發明專利]用于鉆井作業的控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 201810384801.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108643887B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 王志遠;于璟;孫寶江;潘少偉;張劍波
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/00;E21B44/00;E21B43/34;E21B21/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳瀟瀟;肖冰濱

本發明涉及地層鉆井領域，具體地涉及用于鉆井作業的控制方法及控制裝置。該控制方法包括：檢測井中是否發生溢流；當所述井中未發生溢流時，根據井底壓力設定值控制井口回壓，以使井底壓力保持穩定；以及當所述井中發生溢流時，執行關井操作，并根據從所述井的環空部返回的流體排出量控制所述井口回壓，以在發生溢流的溢流鉆井液從井底排出的過程中，使所述井底壓力保持穩定，并防止地層中的氣體繼續侵入鉆井液。該控制方法及控制裝置在鉆井作業過程中發生氣侵時，能夠避免因侵入氣體在排出過程中膨脹而引起井口回壓的劇烈波動，從而實現井口回壓的穩定控制。

技術領域

本發明涉及地層鉆井領域，具體地涉及用于鉆井作業的控制方法及控制裝置。

背景技術

隨著油氣勘探開發程度加深，深井、超深井及深水井越來越多。鉆井過程中面臨著多產層、多套壓力系統、高壓、高含硫、裂縫和溶洞發育等復雜地層情況，地層中孔隙壓力、漏失壓力、破裂壓力三者接近，安全密度窗口窄的特殊工況常導致井下故障頻發、鉆井周期長等問題，嚴重制約了油氣勘探開發進程。

控壓鉆井技術是一種用于精確控制整個井眼壓力剖面的自適應鉆井程序。通過對井口回壓、流體密度、流體流變性、環空液面、循環摩阻和井眼幾何尺寸的綜合分析，精確計算水力參數。通過相關裝備和工藝對井口回壓和鉆井液流速進行實時調整，控制井底壓力始終在設定范圍內。控壓鉆井技術能有效避免井漏、井塌等事故，提高機械轉速，縮短非生產時間，同時還能減小鉆井作業對儲層的傷害。

在正常鉆進過程中，環空中只有鉆井液和巖屑，井口回壓調節相對容易。當有氣體侵入(即氣侵，氣體侵入鉆井液使鉆井液柱壓力降低，并使井筒完整性失效的過程)井筒時，由于氣體相變、溶解、滑脫及氣液兩相流型轉化等因素，將給井筒壓力精確調節制帶來如下問題：①氣侵關井時，屬于半軟關井，存在一定的水擊壓力，可能對防噴器、節流管線造成破壞，增大裸露地層被壓漏風險；②當氣侵后環空部含氣率較高時，氣液兩相流動流型表現為段塞流，液塞段和氣體段流經節流閥時流量及節流閥前后的壓差存在顯著差異，導致井口回壓存在周期性大幅波動，難以實現井筒環空和井底壓力的穩定控制。

當H2S和CO2等酸性氣體侵入井筒后，井深較深時，酸性氣體處于超臨界狀態，壓縮程度高，當距離井口很近時，酸性氣體由超臨界態變為氣態而發生相變，因而密度迅速降低，體積迅速膨脹，即存在“前期隱蔽、后期突發”的特點，導致井口壓力難以穩定控制。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種用于鉆井作業的控制方法及控制裝置，該控制方法及控制裝置在鉆井作業過程中發生氣侵時，能夠避免因侵入氣體在排出過程中膨脹而引起井口回壓的劇烈波動，從而實現井口回壓的穩定控制。

為了實現上述目的，本發明實施例提供一種用于鉆井作業的控制方法，該控制方法包括：檢測井中是否發生溢流；當所述井中未發生溢流時，根據井底壓力設定值控制井口回壓，以使井底壓力保持穩定；以及當所述井中發生溢流時，執行關井操作，并根據從所述井的環空部返回的流體排出增加量控制所述井口回壓，以在發生溢流的溢流鉆井液從井底排出的過程中，使所述井底壓力保持穩定，并防止地層中的氣體繼續侵入鉆井液。

其中，所述檢測井中是否發生溢流可以包括：檢測從所述井的環空部返回的流體排出量；以及根據所述流體排出量確定所述井中是否發生溢流。

其中，該控制方法還可以包括：當所述井中發生溢流時，在所述溢流鉆井液從所述井中排出后，分離所述溢流鉆井液中的液體和氣體。

其中，所述根據從所述井的環空部返回的流體排出量控制所述井的井口回壓可以包括：在所述關井操作之后的初期階段，將所述井口回壓控制為第一回壓；所述初期階段持續預定時間后，檢測到井口有氣體溢出之前，將所述井口回壓控制為第二回壓；以及檢測到所述井口有氣體溢出時，將所述井口回壓控制為第三回壓。

其中，所述第一回壓根據下式確定：