一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，運(yùn)用井口瞬時(shí)流量計(jì)，泥漿壓力傳感器，泥漿液位計(jì)對(duì)井口返出的鉆井液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)井涌溢流，解決當(dāng)前早期井涌溢流實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較差的問題。本發(fā)明在鉆井現(xiàn)場，利用相關(guān)測量裝置采集井筒內(nèi)壓力、溫度和流體體積，不受井眼尺寸和鉆機(jī)類型的限制，所以監(jiān)測方法簡單、快速、有效。本發(fā)明由于根據(jù)井筒內(nèi)壓力、溫度、流體體積以及直井段、水平段的摩阻/扭矩?cái)?shù)據(jù)一同綜合分析，所需參數(shù)可通過地面測量數(shù)據(jù)精確得到，可以更加迅速準(zhǔn)確的對(duì)早期井涌溢流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【專利說明】
一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鉆井施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí) 時(shí)監(jiān)測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 井涌溢流是影響鉆井施工安全的鉆井復(fù)雜情況，井涌溢流不僅在一定程度上阻礙 鉆井作業(yè)的正常進(jìn)行，降低鉆井效率，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢造成大量人員傷亡。井涌溢流的早 期發(fā)現(xiàn)將贏得寶貴的井控時(shí)間，降低事故排除及二次井控的難度。
[0003] 目前，國內(nèi)早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測方法主要有地面監(jiān)測和井下監(jiān)測兩種。其中地 面監(jiān)測經(jīng)濟(jì)實(shí)用但缺乏及時(shí)性和準(zhǔn)確性;井下監(jiān)測方法雖然及時(shí)準(zhǔn)確，但目前技術(shù)不夠成 熟，而且系統(tǒng)成本也極高，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，旨 在提供一種成本較低，較為準(zhǔn)確和迅速的實(shí)現(xiàn)早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，所 述基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法運(yùn)用井口瞬時(shí)流量計(jì)，泥漿壓力傳感 器，泥漿液位計(jì)對(duì)井口返出的鉆井液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)井涌溢流;利用相關(guān)測量裝置采集 井筒內(nèi)壓力、溫度和流體體積;根據(jù)井筒內(nèi)壓力、溫度、流體體積以及直井段、水平段的摩 阻/扭矩?cái)?shù)據(jù)一同綜合分析。通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的測量和計(jì)算，及時(shí)判斷是否發(fā)生了井涌溢 流，達(dá)到對(duì)早期井涌溢流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的技術(shù)效果。
[0006] 進(jìn)一步，所述基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法通過泥漿壓力傳感 器采集的數(shù)據(jù)，泥漿液位計(jì)液位的變化，實(shí)時(shí)對(duì)泥漿栗的排量進(jìn)行監(jiān)測;根據(jù)泥漿栗排量計(jì) 算模型計(jì)算出栗排量Q，用0λ和Q出分別表示泥漿栗在指定相同的時(shí)間段內(nèi)栗入的流量和栗 出的流量;AQ=Q出-Qx，AQ表示栗出和栗入的泥漿的差值;根據(jù)流體熱膨脹模型計(jì)算出流 體熱膨脹量Cfe。
[0007] 進(jìn)一步，所述基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法當(dāng)摩阻/扭矩參數(shù) 發(fā)生明顯的變化時(shí)，井下發(fā)生井壁崩落;摩阻/扭矩參數(shù)通過地面測量數(shù)據(jù)精確得到。
[0008] 本發(fā)明提供的基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，運(yùn)用井口瞬時(shí)流 量計(jì)，泥漿壓力傳感器，泥漿液位計(jì)對(duì)井口返出的鉆井液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，判斷是否發(fā)生井涌 溢流;利用相關(guān)測量裝置采集井筒內(nèi)壓力、溫度和流體體積;根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算栗 排量的變化，流體熱膨脹量，以及直井段、水平段的摩阻/扭矩;通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測量 和相關(guān)模型的計(jì)算，進(jìn)行綜合分析，及時(shí)判斷是否發(fā)生了井涌溢流，達(dá)到對(duì)早期井涌溢流進(jìn) 行實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的監(jiān)測的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌 溢流監(jiān)測的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0009] (1)本發(fā)明在鉆井現(xiàn)場，利用相關(guān)測量裝置采集井筒內(nèi)壓力、溫度和流體體積，其 所采集的數(shù)據(jù)為判斷早期井涌溢流的發(fā)生提供了三個(gè)方面的重要數(shù)據(jù)，而且不受井眼尺寸 和鉆機(jī)類型的限制，其中壓力和溫度可由響應(yīng)的壓力傳感器和溫度傳感器在很短的時(shí)間內(nèi) 測得并響應(yīng)，流體體積可以通過所建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到，所以監(jiān)測方法簡單、快速。 [0010] (2)本發(fā)明由于根據(jù)井筒內(nèi)壓力、溫度、流體體積以及直井段、水平段的摩阻/扭矩 數(shù)據(jù)一同綜合分析，所需參數(shù)可通過地面測量數(shù)據(jù)精確得到，因此可以更加迅速準(zhǔn)確的對(duì) 早期井涌溢流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0011] (3)本發(fā)明利用瞬時(shí)流量計(jì)配合泥漿壓力傳感器，泥漿液位計(jì)?？梢詼?zhǔn)確的對(duì)泥漿 栗的排量進(jìn)行計(jì)算與實(shí)時(shí)監(jiān)測，其中泥漿壓力傳感器的響應(yīng)頻率S50HZ，穩(wěn)定性能為± 0.1 % FS/年，可實(shí)時(shí)并可靠地對(duì)早期井涌溢流進(jìn)行監(jiān)測。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法流程 圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的泥漿栗排量計(jì)量結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
[0016] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法包 括以下步驟：
[0017] (A)在井口安裝一個(gè)鉆井液返出瞬時(shí)流量計(jì)，將泥漿循環(huán)池連接一泥漿栗，泥漿栗 配套安裝一泥漿壓力傳感器、一泥漿液位計(jì)，用來實(shí)時(shí)計(jì)量泥漿栗排量的變化。
[0018] (B)啟動(dòng)泥漿栗，使泥漿開始循環(huán)，在循環(huán)過程中，通過泥漿壓力傳感器采集的數(shù) 據(jù)和泥漿液位計(jì)液位的變化，實(shí)時(shí)對(duì)泥漿栗的排量進(jìn)行監(jiān)測。開栗工作時(shí)，由于泥漿內(nèi)或者 栗缸中可能含有氣體，影響栗的吸入充滿程度;排出閥和吸入閥都未能及時(shí)關(guān)閉，活塞、栗 閥及其它密閉效果不良，可能引起高壓液體漏失等因素都有可能使栗的實(shí)際排量發(fā)生變 化，使得栗入井內(nèi)泥漿流量發(fā)生變化，結(jié)果導(dǎo)致井底壓力激動(dòng)，進(jìn)而由于井筒環(huán)空的活塞效 應(yīng)，使得出口泥漿流量也會(huì)隨著栗的排量變化而發(fā)生波動(dòng)。因此排除泥漿栗排量變化因素 有利于準(zhǔn)確監(jiān)測出口泥漿瞬時(shí)流量。
[0019] 本發(fā)明通過泥漿栗沖數(shù)、栗容積和栗排量系數(shù)等參數(shù)建立模型，得到泥漿栗排量。 由于泥漿栗在工作時(shí)，受到諸如栗缸含氣、密封不嚴(yán)等因素的影響，栗在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際排 液量要小于理論排液量。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，泥漿栗分為單作用栗和雙作用栗，設(shè)實(shí)際平均 排量為Q，則根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合適的栗排量計(jì)算模型：
[0020] 單作用栗的實(shí)際平均排量為：
[0021] Q = 0mnLS1 ；
[0022] 雙作用栗的實(shí)際平均排量為：
[0023]
[0024] 式中：
[0025] Si-栗活塞橫斷面積，& = jtD2/4，分米2;
[0026] S2一拉桿橫斷面積，S2 =時(shí)2/4，分米2;
[0027] L 一活塞沖程，分米；
[0028] η-活塞沖次數(shù)，沖/分；
[0029] m-泥漿栗缸數(shù)；
[0030] β-泥漿栗排量系數(shù)，一般β = 0.8~0.96;
[0031] Q一泥衆(zhòng)栗排量，升/分；
[0032] D-栗活塞寬度，m;
[0033] d-拉桿寬度，m。
[0034] 用〇λ和Q出分別表示泥漿栗在指定相同的時(shí)間段內(nèi)栗入的流量和栗出的流量。AQ =Q出-〇λ，AQ表示栗出和栗入的泥漿的差值。
[0035] (C)根據(jù)本發(fā)明提出的流體熱膨脹模型計(jì)算出流體熱膨脹量0?-般情況下，流體 體積隨溫度改變而變化的性質(zhì)稱為流體的熱膨脹性，任何流體都具有熱膨脹性。本發(fā)明鉆 井液的該特性對(duì)于提高出口泥漿瞬時(shí)流量的監(jiān)測精度具有重要意義。0?定義為在壓強(qiáng)不變 的條件下溫度升高一個(gè)單位時(shí)流體體積的相對(duì)增加量。地層溫度梯度即地溫梯度，指地層 單位深度下的地層溫度的增高量。本發(fā)明建立的由于鉆井液熱膨脹效應(yīng)引發(fā)的流體體積變 化量為·
[0036]
[0049] L一井段長度，m。
[0050]當(dāng)井身設(shè)計(jì)為水平段時(shí)，同一層位地層溫度相同，因此水平段井身中流體熱膨脹 效應(yīng)引發(fā)的體積變化量為：
[0051 ] Δ V = aV Δ T = aVsp(tsp_to) =aVspGhcs;
[0052]其中：VSP為水平段井眼環(huán)空體積；
[0053] hcs為井眼垂深；
[0054] tsp為水平段井眼環(huán)空溫度。
[0055]由于純液體的體積壓縮率相當(dāng)小。當(dāng)溫度在0~200 °C以及壓強(qiáng)在0.1~50MPa范圍 內(nèi)時(shí)，水的體積壓縮率僅為〇. 5 X ΚΓ4。由于本發(fā)明針對(duì)早期溢流進(jìn)行監(jiān)測，地層氣體尚未侵 入井內(nèi)，因此井內(nèi)泥漿可近似看做是純液體，在常規(guī)鉆井時(shí)，井口是非封閉的且不會(huì)對(duì)返出 泥漿施加額外的回壓，返出泥漿一般也就處在0~200°C以及0.1~50MPa環(huán)境下，而且泥漿 密度大于水密度，所以泥漿壓縮性會(huì)比水還低。因此，可把泥漿看作是不可壓縮流體，表征 壓力影響因素的流體壓縮性可忽略不計(jì)，并且鋼材的熱膨脹系數(shù)比流體的熱膨脹系數(shù)至少 小一個(gè)數(shù)量級(jí)，套管的熱膨脹效應(yīng)也忽略不計(jì)，即本發(fā)明將只針對(duì)由于鉆井液熱膨脹效應(yīng) 引發(fā)的流體體積變化進(jìn)行研究。
[0056] 此處的0??多0。當(dāng)0時(shí)，即沒有流體熱膨脹的干擾，此時(shí)若AQ = 0，則說明瞬時(shí) 流量不存在異常增大，即沒有發(fā)生早期井涌溢流。
[0057] (D)當(dāng)te>0時(shí)，即存在流體熱膨脹的干擾，此時(shí)若AQ-te，= 0，則轉(zhuǎn)到D1。此時(shí)若 AQ-Gfe>〇,則轉(zhuǎn)到 D2。
[0058] (D1)說明瞬時(shí)流量的增大只與流體熱膨脹有關(guān)，排除了該影響后瞬時(shí)流量便不再 異常增大，即沒有發(fā)生早期井涌溢流。
[0059] (D2)說明排除了流體熱膨脹的干擾后仍然存在瞬時(shí)流量異常增大的情況，那么有 可能是由于井壁崩落造成的，也有可能發(fā)生了早期井涌溢流。
[0060] (E)當(dāng)摩阻/扭矩參數(shù)發(fā)生明顯的變化時(shí)，說明井下發(fā)生了井壁崩落。摩阻/扭矩參 數(shù)可通過地面測量數(shù)據(jù)精確得到，因此通過摩阻/扭矩的計(jì)算可以判斷是否發(fā)生了井壁崩 落。根據(jù)摩阻/扭矩的計(jì)算若發(fā)現(xiàn)發(fā)生了井壁崩落，轉(zhuǎn)到E1。若沒有發(fā)生井壁崩落，轉(zhuǎn)到E2。
[0061] 這里只考慮直井段、水平段的摩阻/扭矩計(jì)算模型。
[0062] Ti+i = Ti+(Wdlcosa±yNi)
[0063] Μ?+ι=Μ?+μΝ?Γ
[0064：
[0065] F=±yNi;
[0066] 式中：
[0067] Τ,,ι,Τ,一一分別為第i段管柱單元上下端的軸向力；
[0068] Μ,,ι,Μ,一一分別為第i段管柱單元上下端的扭矩；
[0069] N,一一為第i段管柱單元與井壁的接觸正壓力；
[0070] W--為單元管柱浮重；
[0071] μ一一為滑動(dòng)摩擦系數(shù)；
[0072] r--為管柱單元半徑；
[0073] F--為摩阻；
[0074] α , Δ α , --分別為平均井斜角、井斜角增量、方位角增量。
[0075] (Ε1)瞬時(shí)流量的異常增大是由井壁崩落造成的，即不存在早期井涌溢流。
[0076] (Ε2)瞬時(shí)流量的異常增大不是由井壁崩落造成的，則發(fā)生了早期井涌溢流。
[0077] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，其特征在于，所述基于瞬時(shí) 流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法運(yùn)用井口瞬時(shí)流量計(jì)，泥漿壓力傳感器，泥漿液位 計(jì)對(duì)井口返出的鉆井液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)井涌溢流;利用相關(guān)測量裝置采集井筒內(nèi)壓力、 溫度和流體體積;根據(jù)井筒內(nèi)壓力、溫度、流體體積以及直井段、水平段的摩阻/扭矩?cái)?shù)據(jù)一 同綜合分析;通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的測量和計(jì)算，及時(shí)判斷是否發(fā)生了井涌溢流，達(dá)到對(duì)早期井 涌溢流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。2. 如權(quán)利要求1所述的基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，其特征在于， 所述基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法通過泥漿壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，泥 漿液位計(jì)液位的變化，實(shí)時(shí)對(duì)泥漿栗的排量進(jìn)行監(jiān)測;根據(jù)泥漿栗排量計(jì)算模型計(jì)算出栗 排量Q，用Qa和Q出分別表示泥漿栗在指定相同的時(shí)間段內(nèi)栗入的流量和栗出的流量；AQ= Q出-Ολ，AQ表示栗出和栗入的泥漿的差值;根據(jù)流體熱膨脹模型計(jì)算出流體熱膨脹量0^。3. 如權(quán)利要求1所述的基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，其特征在于， 所述基于瞬時(shí)流量進(jìn)行早期井涌溢流實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法當(dāng)摩阻/扭矩參數(shù)發(fā)生明顯的變化 時(shí)，井下發(fā)生井壁崩落;摩阻/扭矩參數(shù)通過地面測量數(shù)據(jù)精確得到。
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK105952436SQ201610271908
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】梁海波, 張弓, 郭智勇, 張禾, 王智, 孫語岐, 楊明崳, 鄒佳玲, 徐少楓, 趙浩良, 萬永勝, 鄧中強(qiáng), 譚蕓
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)