起钻过程井涌的压井处理方法与流程 |
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本发明属于石油钻井井控技术领域,尤其涉及一种钻井起钻过程中井涌的压井处理方法。 背景技术: 在传统的钻井及作业过程中,起下钻杆和起下油管过程中发生的气侵、井涌甚至井喷事故占有很大比例。发生这种情况的一个主要原因是在起钻时,泥浆泵停泵使由循环压耗转化的当量循环密度消失;另一方面,起钻时由于钻具在井筒内向上移动,带动井内钻井液流动,产生的抽吸效应会导致井底压力出现降低;此外,起钻速度过快并且起钻过程未能及时向井内补充钻井液,直接导致井筒内静液柱压力降低,从而使井底压力降低。前两种情况是伴随起钻过程必然发生的,而一旦由于人为操作不当导致第三种情况发生,则会加剧引发井底压力与地层压力之间的欠平衡状态,此时地层流体就会侵入井筒,引起气侵,进一步发展会引发井涌甚至井喷。 起钻过程中发生井涌,由于钻具远离井底,钻具和环空不再是一个简单的u型管模型,因此无法直接用常规的司钻法或者工程师法进行压井。起钻引起的井涌与钻进过程中遇到高压层引起的井涌是不同的,前者的钻井液密度可以平衡地层压力,因此容易得到地层压力的数值,这与常规的关井求地层压力的方法是不同的。目前在处理钻头不在井底工况下发生的井涌或井喷时,常把井筒的u型管模型考虑为y型管模型。但由于钻头不在井底发生井涌的工况有多种复杂情况,如钻遇高压层后钻具脱落或钻具刺漏、易漏地层下钻速度过快地层先漏后喷、正常钻井起钻不规范引起井涌。因此无法用一种统一的压井方法处理不同的复杂井涌。针对钻井起钻过程中的井涌,目前还没有合适的压井方法, 这也是钻井井控的一个难点。 技术实现要素: 为解决钻井起钻时引起井涌,而钻头不在井底无法使用常规压井方法的问题,本发明提出一种起钻过程中引发井涌的压井处理方法,结合气液两相流的流动规律和井涌量关键参数的计算,能够通过逐步下钻到井底的方式将井内气侵流体循环出井筒,从而为成功压井提供保障。 为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下: 起钻过程井涌的压井处理方法,是在起钻过程中由于停泵和抽吸原因造成井底欠平衡,而发生地层气体侵入井筒和井涌后,采取如下步骤: a.关井并在节流管汇中接入质量流量计; b.通过钻进过程的水力参数和井参数求取地层压力; c.通过控制节流阀开度,结合质量流量计的读数,进行第一次带压下钻作业; d.判断钻头是否遇到气侵钻井液; e.压井下钻深度和压井液密度的确定; f.工程师法压井,循环出井内气侵钻井液; g.循环步骤e.和步骤f.,直至气侵钻井液全部循环出井。 上述方案的具体方案是: a.关井并在节流管汇中接入质量流量计; b.通过钻进过程的水力参数和井参数,求取地层压力:水力参数包括钻井液密度、钻井液塑性粘度及钻井液排量,井参数包括垂直井深和钻具直径及井眼内径; c.在关闭防喷器组的前提下进行带压强行下钻,通过调节节流阀的大小,记录质量流量计的读数,保证下完一个单根,井口返出一个单根柱体体积的钻 井液,从而保证下入钻具与排出钻井液的体积相等;下完n个单根后关井,并读取井口压力表数值pa1; d.通过记录立管压力表读数和井口压力表读数的对比,判断钻头是否遇到气侵钻井液;如果未遇到则继续步骤c,否则进行步骤e的计算; e.钻头遇到气侵钻井液后,根据每次压井能循环出的气体量,计算压井下钻深度和压井液密度; f.利用工程师法压井,一个循环周循环出钻头上部环空中的气侵钻井液; g.循环步骤e和步骤f,直至气侵钻井液全部循环出井。 上述方案进一步包括: 步骤b中求取地层压力的下公式为: 式中:pe为地层压力,pa;ρm为钻井液密度,kg/m3;f为环空水力摩阻系数,无量纲;h为井深,m;v为钻井液在环空中平均流速,m/s;μpv为钻井液塑性粘度,pa·s;dh为井眼直径,m;dp为钻柱外径,m;qm为钻井泵排量,m3/s;g为重力加速度常量,m/s2。 步骤e中气侵钻井液中气体量即气体体积采用如下公式: 式中:vk为侵入井内气体体积,m3;ρm为钻井液密度,kg/cm3;dh为井眼直径,m。 步骤e中每次压井下钻深度和压井液密度的计算采用以下公式: m=int(vk/2)+1 式中:为第i次压井时采用的钻井液密度,g/cm3;hg为起钻遇到井涌时钻头离井底的深度,m;n为下钻中钻头刚遇到气侵钻井液时的下钻单根数;lp为每根钻杆的长度,m。 针对起钻过程中发生的井涌,本发明的优势是:能够通过多次带压下钻作业,逐步确定钻头遇到气侵钻井液的时间,从而为可以确定压井开始的时间,避免压井的盲目性,提高成功压井的概率。该方法计算过程较简单,操作工艺不复杂,操作步骤容易实施,能安全、高效地将地层侵入流体循环出井筒,为现场压井操作提供理论和技术支持。 附图说明 图1是本发明起钻过程井涌的压井处理方法的示意图。 1、钻井泵;2、立管压力表;3、防喷器组;4、钻柱;5、回压凡尔;6、钻具与井眼环空;7、钻头;8、气侵钻井液;9、四通;10、井口压力表;11、质量流量计;12、节流管汇;13、节流阀;14、气液分离器;15、振动筛;16、真空除气器;17、泥浆池;18、气层。 具体实施方式 下面结合附图对本发明作进一步的描述。 如附图1所示,钻井设备包括钻井液由地面钻井泵1依次经立管压力表2、防喷器组3、钻柱4、回压凡尔5到达钻头7喷出,再由钻具与井眼环空6、四通9、井口压力表10、质量流量计11、节流管汇12、节流阀13、气液分离器14、振动筛15、真空除气器16返回到泥浆池17。 在钻至气层18后,起钻过程中由于停泵和抽吸原因造成的井底欠平衡,发现井涌,此时压井处理方法包括以下步骤: 1、关井并在节流管汇中接入质量流量计 起钻过程发生井涌时,首先关井:关闭防喷器组3,并关闭节流阀13。在节流管汇中接入质量流量计11,并读取井口压力表10的读数pa0。 2、通过钻进过程水力参数和井参数求取地层压力 通过钻井液密度、钻井液塑性粘度、钻井液排量水力参数,和钻井垂深、钻杆外径及井眼内径其他参数求取地层压力。 式中:pe为地层压力,pa;ρm为钻井液密度,kg/m3;f为环空水力摩阻系数,无量纲;h为井深,m;v为钻井液在环空中平均流速,m/s;μpv为钻井液塑性粘度,pa·s;dh为井眼直径,m;dp为钻柱外径,m;qm为钻井泵排量,m3/s;g为重力加速度常量,m/s2。 3、带压下钻n个单根 在关闭防喷器组3的前提下进行带压强行下钻,通过调节节流阀13的大小, 记录质量流量计11的读数,保证下完一个单根,井口返出一个单根柱体体积的钻井液。下完n个单根后关井,并读取井口压力表数值pa1。 4、判断钻头是否遇到气侵钻井液顶部 以小排量打开钻井泵1,调节节流阀至pa1,稳定后记录立管压力表2的读数ps1,之后停钻井泵1,同时关闭节流阀13。 比较pa1和ps1的大小: 如果pa1=ps1,则钻头未遇到气侵钻井液8,重新进行步骤2; 如果pa1>ps1,则钻头已经遇到气侵钻井液8,继续进行步骤4,此时侵入井内气体的总体积为: 式中:vk为侵入井内气体体积,m3;ρm为钻井液密度,kg/cm3;dh为井眼直径,m。 以“1方发现,2方关井”的标准进行循环井内气侵钻井液8,每次循环出2方的侵入气体。则需要压井的次数为m: m=int(vk/2)+1(5) 5、压井下钻深度和压井液密度的确定 进行压井需要继续下钻的深度δh为: 压井液密度为: 气侵钻井液8中的含气率为: 式中:为第i次压井时采用的钻井液密度,kg/m3;hg为起钻遇到井涌时钻头离井底的深度,m;n为下钻中钻头刚遇到气侵钻井液时的下钻单根数;lp为每根钻杆的长度,m。 6、工程师法压井循环气侵钻井液 通过常规的工程师法进行压井,将井内的2m3气侵钻井液8循环出环空,之后关井。此时井内已经停止侵入地层流体。 7、循环步骤5和步骤6,直至气侵钻井液全部循环出井 继续循环步骤6和步骤6,每次下钻δh,直至钻头下放到井底,完成最后一次压井作业。 最后一次压井的压井液密度为压井前的钻井液密度ρm。 本发明可以对下钻过程中的井涌进行压井设计,通过工艺操作和理论计算,判断出钻头抵达气侵钻井液顶部的时间,从而确定压井开始的时间,为安全、有效循环出井内气侵钻井液提供了保障,为而压井作业的实施提供了理论指导。 |
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