[發明專利]基于雙層連續管雙梯度鉆井系統的井筒流動控制方法

在審

• 申請號: 202110582644.6
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113404481A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 郝希寧;何玉發;李中;李清平;王宇;肖凱文;袁俊亮;周云健
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B21/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 張月娟

本發明涉及一種基于雙層連續管雙梯度鉆井系統的井筒流動控制方法，包括如下步驟：1)使鉆井液通過深水鉆井平臺的鉆井泵由雙層連續管的環空進入井下舉升泵中，經流道轉換接頭后進入雙層連續管的內管，經井下工具組合的內管后通過鉆頭水眼進入井底，并在進入井底的過程中形成壓力平衡；其中，井下工具組合的馬達通過鉆井液水力驅動，將水力能轉化為機械能為井下舉升泵和鉆頭旋轉提供動力；2)鉆井液從返回孔進入井下工具組合的環空，經流道轉換接頭進入雙層連續管的內管，通過井下舉升泵返回平臺，并在返回的過程中形成壓力平衡。本發明能夠提高作業效率，減少井下復雜情況的發生，保障作業安全和降低作業成本。

技術領域

本發明涉及油氣開采技術領域，具體是關于一種基于雙層連續管雙梯度鉆井系統的井筒流動控制方法。

背景技術

我國海洋天然氣水合物資源豐富，大多賦存在海底表層和淺層泥質粉砂沉積層內，無致密蓋層，與油氣有共生性，存在埋深淺、弱膠結、排采和流動堵塞、環境風險防控等難題，安全、經濟的鉆井方法是進行深水淺層水合物勘探和開發的關鍵。

由于海水段造成上覆巖層壓力較低，淺部地層疏松，孔隙壓力和破裂壓力之間的窗口窄，常規深水鉆井采用單一的鉆井液密度，在水合物鉆井過程中易發生嚴重漏失等復雜情況，增加了鉆井作業風險和成本，甚至會導致井眼報廢和環境災難，基于現有的常規油氣鉆井和開采理論已無法滿足勘探和開發的需求。

固態流化法是針對深水淺層水合物進行勘探和開發的新方法，通過井底射流將水合物儲層破碎成細小顆粒，經流化后的含水合物固相顆粒隨鉆井液沿井筒向上返出至海面平臺，最后分離得到天然氣。這種方法雖然解決了深水淺層未成巖水合物的出砂等問題，但試采時間和產量等與經濟開發門限還有很大差距。深水淺部地層疏松及漏失壓力低等難題是制約海洋天然氣水合物勘探和開發的瓶頸，迫切需要新的鉆井方法來解決上述難題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于雙層連續管雙梯度鉆井系統的井筒流動控制方法，能夠提高作業效率，減少井下復雜情況的發生，保障作業安全和降低作業成本。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明所述的基于雙層連續管雙梯度鉆井系統的井筒流動控制方法，所述雙層連續管雙梯度鉆井系統包括：深水鉆井平臺，設置在海水層表面；雙層連續管，由彎折的內管和外管套設而成，所述雙層連續管的上端連接所述深水鉆井平臺，下端穿過海水層和淺部泥層并伸入水合物層；表層導管，設置于淺部泥層中，且套設在所述雙層連續管外；井下舉升泵，設置于所述雙層連續管的下端；流道轉換接頭，與所述雙層連續管的下端連接；井下工具組合，與所述流道轉換接頭連接；鉆頭，與所述井下工具組合連接；該井筒流動控制方法包括如下步驟：

1)使鉆井液通過深水鉆井平臺的鉆井泵由雙層連續管的環空進入井下舉升泵中，經流道轉換接頭后進入雙層連續管的內管，經井下工具組合的內管后通過鉆頭水眼進入井底，并在進入井底的過程中形成壓力平衡；其中，井下工具組合的馬達通過鉆井液水力驅動，將水力能轉化為機械能為井下舉升泵和鉆頭旋轉提供動力；

2)鉆井液從返回孔進入井下工具組合的環空，經流道轉換接頭進入雙層連續管的內管，通過井下舉升泵返回平臺，并在返回的過程中形成壓力平衡。

所述的井筒流動控制方法，優選地，所述步驟1)中鉆井液從平臺泵入井底流動過程中壓力平衡關系式如下：

p_b＝p_sp+ρgh-Vp_a-Vp_tp-Vp_bit (1)

式中，p_b為井底壓力；p_sp為立管壓力；ρ為鉆井液密度；h為井眼垂深；Vp_a為雙層管的環空壓耗；Vp_tp為井下工具組合的內腔壓耗；Vp_bit為鉆頭壓耗。