專(zhuān)利名稱(chēng)：注氣穩(wěn)壓鉆井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含流體地層的鉆井方法，特別涉及一種勘探開(kāi)采石油與天 然氣過(guò)程中，適應(yīng)窄漏噴安全窗口的鉆井方法。
技術(shù)背景在石油與天然氣的勘探鉆井或開(kāi)采鉆井過(guò)程中，當(dāng)鉆遇含流體，如油、氣、 水等的地層時(shí)，該地層有兩個(gè)壓力一孔隙壓力和漏失壓力。如果鉆井液作用于 井底的壓力大于地層的漏失壓力，則會(huì)發(fā)生井漏一鉆井液漏入地層；如果鉆井 液作用于井底的壓力小于地層的孔隙壓力，則會(huì)發(fā)生井噴一地層流體進(jìn)入井 內(nèi)，噴涌至地面。在高效安全的鉆井過(guò)程中，井漏和井噴都是要避免的。鉆井液作用于井底 的壓力既不能大于漏失壓力，也不能小于孔隙壓力，而是在兩者之間。因此， 地層的孔隙壓力為下限，漏失壓力為上限，組成了一個(gè)允許鉆井液井底壓力調(diào) 整或變化的安全范圍，稱(chēng)之為"漏噴安全壓力窗口"。鉆井液作用在井底的壓力也有兩個(gè)。一個(gè)是鉆井液靜止不動(dòng)的靜態(tài)液柱壓 力，簡(jiǎn)稱(chēng)靜壓； 一個(gè)是鉆井液正常循環(huán)時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力，簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)壓。動(dòng)壓等于靜 壓加上環(huán)空流動(dòng)的循環(huán)壓降，該循環(huán)壓降的大小與井深、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、 鉆井液排量和鉆井液流變性等因素有關(guān)。因此，鉆井液作用在井底的壓力以動(dòng) 壓為上限，以靜壓為下限，組成了井下壓力變化窗口。通常，在高效、安全的鉆井過(guò)程中，要求井下壓力變化窗口整體位于漏噴 安全窗口之內(nèi)，保證不噴不漏；當(dāng)井下壓力變化窗口不能整體位于漏噴安全窗 口之內(nèi)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)鉆井中的井漏或井噴或又漏又噴，此時(shí)就要采用特殊的技 術(shù)措施。鉆井界常采用的方法是"通過(guò)堵漏，提高地層的承壓能力，從而擴(kuò)大漏噴 安全窗口 "。但很多情況下堵漏是無(wú)效或低效的(如高度發(fā)育縱向裂縫或溶洞)， 有些情況是不宜堵漏(如油氣儲(chǔ)層的漏失)。為了提高窄安全窗口條件下鉆井的安全性和經(jīng)濟(jì)性，美國(guó)Weatherford公 司于2004年提出了 MPD技術(shù)(Managed Pressure Drilling,國(guó)內(nèi)業(yè)界稱(chēng)之為"控 壓鉆井")，并由IADC (國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì))認(rèn)定為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MPD技術(shù)是 在已知地層孔隙壓力與地層漏失壓力的前提下，采用欠平衡鉆井的井口裝備和 返出流體的控制和分離系統(tǒng)，通過(guò)改變回壓、鉆井液密度、鉆井液流變性、鉆 井液排量、井眼幾何尺寸，以及這些參數(shù)的改變組合，達(dá)到精確控制井下流體 壓力分布、使井下流體壓力分布盡可能處于安全壓力窗口之內(nèi)的目的。但在實(shí)際操作過(guò)程中，有如下四個(gè)主要因素限制著MPD技術(shù)的應(yīng)用效果 第一是漏噴安全壓力窗口太窄的情況，尤其是對(duì)高滲透儲(chǔ)層、開(kāi)啟裂縫發(fā) 育的儲(chǔ)層，漏失壓力基本上等于孔隙壓力，安全窗口縮小為一條線，基本上不 存在窗口寬度。第二是井下壓力變化窗口太寬的情況，尤其是對(duì)深井、小井眼、稠重鉆井 液，循環(huán)壓降過(guò)大而造成井下壓力變化窗口太寬。當(dāng)井下壓力變化窗口的寬度大于漏噴安全壓力窗口的寬度后，尤其是對(duì)于 安全窗口縮小為一條線的情況，無(wú)論如何也無(wú)法避免鉆進(jìn)過(guò)程中的漏噴問(wèn)題， 必然會(huì)出現(xiàn)"開(kāi)泵井漏、停泵井涌"的困難局面。第三是在執(zhí)行MPD時(shí)無(wú)法得知真實(shí)的孔隙壓力和漏失壓力，只能根據(jù)鉆 前的預(yù)測(cè)值進(jìn)行鉆井液密度設(shè)計(jì)。而孔隙壓力、漏失壓力的預(yù)測(cè)值的偏差，就 造成了鉆井液密度的偏差，故設(shè)計(jì)的鉆井液密度不是偏高就是偏低，從而加劇 了鉆井中的漏或噴的問(wèn)題。第四，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆井液密度偏高或偏低，需要進(jìn)行密度調(diào)整時(shí)，面臨兩個(gè)問(wèn) 題 一是不知道密度應(yīng)該調(diào)整多少，因?yàn)椴恢罍?zhǔn)確的孔隙壓力和漏失壓力， 只能憑經(jīng)驗(yàn)決定。二是鉆井液密度調(diào)節(jié)的速度太慢，反應(yīng)遲緩。由于這四個(gè)限制因素，使得目前的MPD技術(shù)只是有限地緩解了漏噴安全 壓力窄窗口帶來(lái)的鉆井困難，并未從根本上解決問(wèn)題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有鉆井技術(shù)無(wú)法適應(yīng)窄"漏噴安全壓力窗口"的 含流體地層，解決該類(lèi)地層鉆井過(guò)程中井噴、井漏或又噴又漏的技術(shù)難題，提 供一種利用調(diào)節(jié)注氣量進(jìn)行穩(wěn)壓鉆井以適用窄"漏噴安全壓力窗口"儲(chǔ)層的鉆 井方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在鉆井液密度不變的情況下，通過(guò)注氣、調(diào)節(jié)注氣 量和回壓，實(shí)現(xiàn)迅速、靈活、準(zhǔn)確、大幅度地改變井底壓力，使井底壓力狀態(tài) 按需要在不同的欠平衡狀態(tài)、平衡狀態(tài)、過(guò)平衡狀態(tài)之間變化，以供消塵附加 摩阻動(dòng)壓、隨鉆測(cè)試、安全井控、儲(chǔ)層保護(hù)等的需要。通過(guò)靈活、迅速的注氣 量和回壓調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)鉆井液的井底壓力，實(shí)現(xiàn)循環(huán)動(dòng)壓等于流體靜壓，從
而使井下壓力變化窗口縮窄為一條線，以適應(yīng)窄"漏噴安全壓力窗口"。 具體的技術(shù)方案如下 注氣穩(wěn)壓鉆井方法，采用如下步驟(1) 在鉆井液循環(huán)過(guò)程中采用注氣，通過(guò)調(diào)節(jié)注氣量和回壓的方法抵消鉆 井液循環(huán)的附加摩阻動(dòng)壓；(2) 在長(zhǎng)時(shí)間停止循環(huán)中，按如下步驟恢復(fù)鉆井液的液柱壓力a. 憋壓立即關(guān)井，等待套壓升高和氣體滑脫上移；b. 脫氣當(dāng)套壓值升高至使井筒液柱的井底壓力與地層孔隙壓力平衡 時(shí)，氣體滑脫上移在井筒上部聚集形成純氣柱段；c. 灌漿低速開(kāi)動(dòng)注入泵，由井口向環(huán)空反灌鉆井液；d. 釋放高壓氣在灌漿同時(shí)，微量打開(kāi)節(jié)流閥，通過(guò)直接放噴管線釋 放高壓氣，控制回壓；e. 待上部純氣段釋放完以后，停止放氣，停止灌漿，再次關(guān)井，重復(fù) 上述過(guò)程；f. 如此反復(fù)，待環(huán)空大部分氣體釋放完，環(huán)空灌滿(mǎn)鉆井液后，液柱壓 力基本恢復(fù)，井內(nèi)液柱壓力為脫氣基液的基液液柱壓力，使液柱壓 力與地層壓力之間的關(guān)系為微過(guò)無(wú)欠；(3) 起鉆前采用(2)的步驟，保持起鉆前的平衡壓井；(4) 空井等待及下鉆的非循環(huán)狀態(tài)，采用(2)的步驟，使液柱內(nèi)氣體脫 出，恢復(fù)液柱壓力，保證井下安全。(5) 在短時(shí)間停止循環(huán)中(例如接單根的操作)，采用調(diào)節(jié)節(jié)流閥、控制 回壓的方法控制井底液柱壓力。所述采用調(diào)節(jié)井底壓力的注氣方法，是應(yīng)用高壓注氣系統(tǒng)向鉆井液內(nèi)注入 氮?dú)饣蛭矚饣蛉細(xì)饣蛱烊粴饣蚩諝?。所述高壓注氣系統(tǒng)包括泥漿罐，與泥漿罐連接的往復(fù)式泥漿泵，與泥漿泵 連接的混合器，混合器一端通向立管，另一端與三向旋塞閥連接，三向旋塞閥 與單向閥連接，單向閥與流量計(jì)連接，流量計(jì)與針閥和氣體增壓機(jī)連接，氣體 增壓機(jī)與氣源發(fā)生器連接。所述的鉆井方法實(shí)施之前，采用隨鉆測(cè)試方法測(cè)試儲(chǔ)層參數(shù)，調(diào)整鉆井液 基液密度之后，再實(shí)施注氣穩(wěn)壓鉆井。具體步驟如下a、根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)儲(chǔ)層介質(zhì)的大概類(lèi)型；
b、 根據(jù)a得到的結(jié)果(以及可用的儲(chǔ)層資料、鄰井資料等)估計(jì)待鉆儲(chǔ) 層的儲(chǔ)層壓力下限和漏失壓力上限；c、 根據(jù)b得到的結(jié)果大致確定鉆井液的密度和最大注氣量，使最大注氣 量時(shí)的井底動(dòng)壓小于儲(chǔ)層壓力下限，而使停注氣時(shí)的井底動(dòng)壓大于漏 失壓力上限，以確保儲(chǔ)層可以進(jìn)行欠平衡流動(dòng)測(cè)試和過(guò)平衡流動(dòng)測(cè)試；d、 在鉆開(kāi)儲(chǔ)層的很短井段內(nèi)，以注氣方式調(diào)節(jié)鉆井液的液柱壓力，使之 對(duì)待鉆儲(chǔ)層孔隙壓力從欠平衡狀態(tài)過(guò)度到過(guò)平衡狀態(tài)；e、 在欠平衡狀態(tài)中，通過(guò)監(jiān)測(cè)返出流體的油氣顯示和返出氣體的烴類(lèi)氣 體濃度，循環(huán)監(jiān)測(cè)，得到多個(gè)測(cè)試點(diǎn)描繪在"井底壓力一流體流量" 圖上，得到儲(chǔ)層孔隙壓力和滲透率；f、 減少注氣或停止注氣，使井底循環(huán)動(dòng)壓處于過(guò)平衡狀態(tài)，監(jiān)測(cè)鉆井液 的注入和返出量，根據(jù)注入量和返出量的差值，確定儲(chǔ)層的漏失量和 漏失速度；g、 根據(jù)e、 f步驟得到的數(shù)據(jù)判斷儲(chǔ)層介質(zhì)類(lèi)型和參數(shù)，停鉆、調(diào)整鉆井 液基液密度使液柱靜壓與儲(chǔ)層壓力相平衡。h、 重新設(shè)計(jì)鉆井液基液密度和注氣量，正式開(kāi)始注氣穩(wěn)壓鉆井。 所述鉆井方法配備有監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置有監(jiān)測(cè)如下參數(shù)的裝置a. 注入?yún)?shù)注入液的排量、壓力、密度，注入氣的排量、壓力、溫度、 組分和注入立管壓力；b. 返出參數(shù)環(huán)空套壓、閥門(mén)狀態(tài)及開(kāi)度、返出混合流體分離后的氣、油、 鉆井液的排量，返出氣體的氧氣、天然氣、硫化氫、二氧化碳組分濃度， 返出氣體排放管線的壓力和流量。所述監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的主控芯片對(duì)監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理后，向注入 液、注入氣的控制閥門(mén)發(fā)出控制指令，以控制注入氣、液量；也可向節(jié)流閥發(fā) 出控制指令，以控制其開(kāi)度調(diào)節(jié)回壓；還可向多相分離器發(fā)出指令，控制其分 離狀態(tài)。所述監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)不能完整實(shí)施的情況下，可以實(shí)施人工監(jiān)測(cè)和人工調(diào) 節(jié)上述注入及返出參數(shù)。對(duì)于重稠鉆井液，在地面經(jīng)氣液分離器分離后，仍有微量氣體殘存在鉆井 液中，越黏稠的鉆井液，殘存氣越多。為防止鉆井液中微量含氣對(duì)往復(fù)式鉆井
泵工作的影響，可以采用中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN200510020448.0中公開(kāi)的方法 對(duì)往復(fù)式鉆井泵進(jìn)行改造。本發(fā)明采用高效、安全的調(diào)節(jié)鉆井液中的注入氣體量的方法來(lái)控制井底壓 力，以抵消鉆井液循環(huán)的附加摩阻動(dòng)壓，使井下壓力變化窗口縮小為一條窄線， 使之完全納入到漏噴安全壓力窗口之中，保證了高效、安全、不噴不漏的鉆井 進(jìn)程，而且在停止循環(huán)、起下鉆、空井等待、接單根過(guò)程中采用反復(fù)施加憋壓、 脫氣、灌漿、釋放高壓氣等步驟，實(shí)現(xiàn)了平衡壓井，保證了鉆井過(guò)程中的安全。可見(jiàn)，采用本發(fā)明的方法，能夠完全適應(yīng)窄漏噴安全壓力窗口情況下的儲(chǔ) 層開(kāi)采，并采用多種措施提高鉆進(jìn)過(guò)程中的安全性。


圖1是本發(fā)明中高壓注氣系統(tǒng)的示意圖； 圖2是停止循環(huán)后脫氣灌漿的壓力變化圖；圖中標(biāo)號(hào)，l是泥漿罐，2是泥漿泵，3是混合器，4是三向旋塞閥，5是 單向閥，6是流量計(jì)，7是針閥，8是氣體增壓機(jī)，9是氣源發(fā)生器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。在井口配備欠平衡鉆井用防噴器組合，包括旋轉(zhuǎn)控制頭(RCHS)或旋轉(zhuǎn) 防噴器(RBOP)，返出系統(tǒng)配備欠平衡鉆井用節(jié)流閥、節(jié)流管匯、多相分離器、 密閉循環(huán)系統(tǒng)、放噴點(diǎn)火裝置等。井口還配備有高壓注氣系統(tǒng)，如圖1所示，該高壓注氣系統(tǒng)包括泥漿罐1， 與泥漿罐1連接的泥漿泵2，與泥漿泵2連接的混合器3，混合器3—端通向 立管，另一端與三向旋塞閥4連接，三向旋塞閥4與單向閥5連接，單向閥5 與流量計(jì)6連接，流量計(jì)6與針閥7和氣體增壓機(jī)8連接，氣體增壓機(jī)8與氣 源發(fā)生器9連接。高壓注氣系統(tǒng)所用的氣源可以是氮?dú)?可用專(zhuān)利號(hào)為CN00113183.4的中 國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)的方法制備)、尾氣或燃?xì)?可用公開(kāi)號(hào)為CN1644491的中國(guó) 發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的方法制備)、天然氣、空氣或是其它適用的氣體。采用隨鉆測(cè)試方法測(cè)試儲(chǔ)層參數(shù)，具體步驟如下-a、 根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)儲(chǔ)層介質(zhì)的大概類(lèi)型；b、 根據(jù)a得到的結(jié)果以及可用的儲(chǔ)層資料、鄰井資料等估計(jì)待鉆儲(chǔ)層的 儲(chǔ)層壓力下限和漏失壓力上限；
C、根據(jù)b得到的結(jié)果確定鉆井液的密度和最大注氣量，使最大注氣量時(shí) 的井底動(dòng)壓小于儲(chǔ)層壓力下限，而使注氣時(shí)的井底動(dòng)壓大于漏失壓力上限，以確保儲(chǔ)層可以進(jìn)行欠平衡流動(dòng)測(cè)試和過(guò)平衡流動(dòng)測(cè)試；d、 在鉆開(kāi)儲(chǔ)層的很短井段內(nèi)，以注氣方式調(diào)節(jié)鉆井液的液柱壓力，使之 對(duì)待鉆儲(chǔ)層孔隙壓力從欠平衡狀態(tài)過(guò)度到過(guò)平衡狀態(tài)；e、 在欠平衡狀態(tài)中，通過(guò)監(jiān)測(cè)返出流體的油氣顯示和返出氣體的烴類(lèi)氣 體濃度，循環(huán)監(jiān)測(cè)，得到多個(gè)測(cè)試點(diǎn)描繪在"井底壓力一流體流量" 圖上，得到儲(chǔ)層孔隙壓力和滲透率；f、 減少注氣或停止注氣，使井底循環(huán)動(dòng)壓處于過(guò)平衡狀態(tài)，監(jiān)測(cè)鉆井液 的注入和返出量，根據(jù)注入量和返出量的差值，確定儲(chǔ)層的漏失量和 漏失速度；g、 根據(jù)e、 f步驟得到的數(shù)據(jù)判斷儲(chǔ)層介質(zhì)類(lèi)型，調(diào)整鉆井液密度和注氣 量使液柱靜壓與儲(chǔ)層壓力相平衡。如果該儲(chǔ)層屬于不存在漏噴平衡點(diǎn)的大裂縫、大溶洞型漏失儲(chǔ)層，則本實(shí) 施例的方法不適用，推薦采用中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN200410081640.6公開(kāi)的"雙層 管井身結(jié)構(gòu)的連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)"。否則，采用本發(fā)明按下列方法、步驟予以實(shí)施。1、 在已知儲(chǔ)層孔隙壓力、漏失壓力、儲(chǔ)層厚度的條件下，基于井深、井 眼幾何尺寸、鉆井液流變性、滿(mǎn)足攜巖的鉆井液排量等基礎(chǔ)參數(shù)，計(jì)算鉆井液 基液密度、最佳注氣量及脫氣灌漿的操作參數(shù)，做到整個(gè)儲(chǔ)層段在鉆進(jìn)、停鉆、 長(zhǎng)期等待等過(guò)程中均處于平衡點(diǎn)附近，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓鉆井。2、 以設(shè)計(jì)的鉆井液基液密度、鉆井液排量、注氣量和回壓控制，循環(huán)， 鉆進(jìn)，開(kāi)啟高壓注氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)注氣量，抵消鉆井液循環(huán)的附加摩阻動(dòng)壓，改 變井底壓力，使井下壓力變化窗口縮小為一條窄線，使之完全納入到漏噴安全 壓力窗口之中。3、 接單根時(shí)，采用連續(xù)循環(huán)裝置保持循環(huán)。在沒(méi)有連續(xù)循環(huán)裝置的條件 下，則停泵、停氣、關(guān)井，進(jìn)行接單根作業(yè)，如果回壓升到計(jì)算的限定值以上， 則微開(kāi)節(jié)流閥、釋放井口聚集的高壓氣，控制回壓。接單根作業(yè)完成后，注氣、 注液、開(kāi)井，恢復(fù)循環(huán)，恢復(fù)鉆進(jìn)。(在沒(méi)有連續(xù)循環(huán)裝置的條件下，鉆柱底 部裝有近鉆頭單流閥，要求鉆柱頂部裝有單流閥的組合，以減輕注氣開(kāi)停的壓 力變化影響)。 4、 在停止循環(huán)后，液柱壓力有變化，圖2顯示了停止循環(huán)后的壓力變化。 圖2中的實(shí)線部分表示儲(chǔ)層孔隙壓力，循環(huán)并注氣條件下鉆井液動(dòng)壓分布為圖2中的循環(huán)動(dòng)壓線，此時(shí)液柱壓力與地層壓力之間的關(guān)系為微欠無(wú)過(guò)。--旦停 止循環(huán)，停止注氣，則含氣鉆井液靜壓分布為圖2中的含氣靜止壓力線，此時(shí)由于環(huán)空內(nèi)液體含氣，故靜壓偏低，欠壓差過(guò)大。圖2中從上到下的線條分別是點(diǎn)劃線表示基液液柱壓力；實(shí)線表示儲(chǔ)層孔隙壓力；長(zhǎng)短線表示循環(huán)動(dòng)壓；虛線表示含氣靜止壓力。此時(shí)，按如下步驟恢復(fù)鉆井液的液柱壓力a. 憋壓立即關(guān)井，等待套壓升高和氣體滑脫上移；b. 脫氣當(dāng)套壓值升高至使井筒液柱的井底壓力與地層孔隙壓力平衡 時(shí)，滑脫上移的氣體在井筒的上部聚集形成純氣柱段；C.灌漿低速開(kāi)動(dòng)注入泵，由井口向環(huán)空上部反灌鉆井液；或控制回 壓；d. 釋放高壓氣在灌漿同時(shí)，微量打開(kāi)節(jié)流閥，通過(guò)直接放噴管線釋 放高壓氣，控制回壓；e. 待上部純氣段釋放完以后，停止放氣，停止灌漿，再次關(guān)井，重復(fù) 上述過(guò)程；f. 如此反復(fù)，待環(huán)空大部分氣體釋放完，環(huán)空灌滿(mǎn)鉆井液后，液柱壓 力基本恢復(fù)，井內(nèi)液柱壓力為脫氣基液的基液液柱壓力，如圖2 中基液液柱壓力線，此時(shí)，液柱壓力與儲(chǔ)層孔隙壓力之間的關(guān)系為 微過(guò)無(wú)欠；完成上述操作后，由于液柱壓力與儲(chǔ)層孔隙壓力之間的關(guān)系為微過(guò)無(wú)欠， 此時(shí)長(zhǎng)期關(guān)井就不會(huì)導(dǎo)致套壓過(guò)高和井噴失控。5、 起鉆前執(zhí)行下列操作a. 憋壓關(guān)井，等待套壓上升；b. 脫氣、灌漿、釋放高壓氣待套壓上升至計(jì)算的預(yù)定值，開(kāi)始由井 口向環(huán)空小排量灌注鉆井液，同時(shí)微開(kāi)節(jié)流閥控制回壓，釋放高壓 C.待井口純氣段高壓氣釋放完后，再次關(guān)井；d. 重復(fù)上述憋壓、脫氣、灌漿、釋放高壓氣的步驟，直至井內(nèi)氣體基 本脫出，全井注滿(mǎn)密度為地層孔隙壓力梯度的鉆井液為準(zhǔn)；e. 關(guān)井，起鉆。6、 起鉆、長(zhǎng)期關(guān)井等待過(guò)程中的溢流處理如果在起鉆、長(zhǎng)期關(guān)井等待過(guò)程中，出現(xiàn)了套壓升高、井口聚集氣體較多 的情況，則重復(fù)前述的憋壓、脫氣、灌漿、釋放高壓氣的步驟，以恢復(fù)平衡壓 井狀態(tài)?？站却跋裸@的非循環(huán)狀態(tài)，采用上述第5步中的操作步驟，使液柱內(nèi)氣體脫出，恢復(fù)液柱壓力，保證井下安全。7、 在起鉆過(guò)程中，建議采用中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN200510020178.3所述技術(shù)消 除起鉆抽汲壓力的影響。如果沒(méi)有條件實(shí)施中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN200510020178.3 所述技術(shù)，則嚴(yán)格控制起鉆速度，防止抽汲壓力過(guò)大，造成油氣侵入井內(nèi)。對(duì)于重稠鉆井液，在地面經(jīng)氣液分離器分離后，仍有微量氣體殘存在鉆井 液中，越黏稠的鉆井液，殘存氣越多。為防止鉆井液中微量含氣對(duì)往復(fù)式鉆井 泵工作的影響，可以采用中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN200510020448.0中公開(kāi)的方法 對(duì)往復(fù)式鉆井泵進(jìn)行改造。上述鉆井方法中配備有監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置有監(jiān)測(cè)如下參數(shù)的裝置，a. 注入?yún)?shù)注入液的排量、壓力、密度，注入氣的排量、壓力、溫度、 組分和注入立管壓力；b. 返出參數(shù)環(huán)空套壓、閥門(mén)狀態(tài)及開(kāi)度、返出混合流體分離后的氣、油、 鉆井液的排量，返出氣體的氧氣、天然氣、硫化氫、二氧化碳組分濃度， 返出氣體排放管線的壓力和流量。上述監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的主控芯片對(duì)監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行處理后，向注入液、注入氣的控制閥門(mén)發(fā)出控制指令；也可向節(jié)流閥發(fā)出控制指令，以控制其開(kāi)度調(diào) 節(jié)回壓；還可向多相分離器發(fā)出指令，控制其分離狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述的鉆井方法米用如下步驟，(1)在鉆井液循環(huán)過(guò)程中采用注氣方式，通過(guò)調(diào)節(jié)注氣量和回壓的方法抵消鉆井液循環(huán)的附加摩阻動(dòng)壓；(2)在停止循環(huán)后，按如下步驟恢復(fù)恢復(fù)鉆井液的液柱壓力a.憋壓立即關(guān)井，等待套壓升高和氣體滑脫上移；b.脫氣當(dāng)套壓值升高至使井筒液柱的井底壓力與地層孔隙壓力平衡時(shí)，氣體滑脫上移在井筒上部聚集形成純氣柱段；c.灌漿低速開(kāi)動(dòng)注入泵，由井口向環(huán)空反灌鉆井液；d.釋放高壓氣在灌漿同時(shí)，微量打開(kāi)節(jié)流閥，通過(guò)直接放噴管線釋放高壓氣，控制回壓；e.待上部純氣段釋放完以后，停止放氣，停止灌漿，再次關(guān)井，重復(fù)上述過(guò)程；f.如此反復(fù)，待環(huán)空大部分氣體釋放完，環(huán)空灌滿(mǎn)鉆井液后，液柱壓力基本恢復(fù)，井內(nèi)液柱壓力為脫氣基液的基液液柱壓力，使液柱壓力與地層壓力之間的關(guān)系為微過(guò)無(wú)欠；(3)起鉆前采用(2)的步驟，保持起鉆前的平衡壓井；(4)空井等待及下鉆過(guò)程中，采用(2)的步驟，使液柱內(nèi)氣體脫出，恢復(fù)液柱壓力，保證井下安全。
2、 如權(quán)利要求1所述的注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述采用調(diào)節(jié) 注氣量的方法，是應(yīng)用高壓注氣系統(tǒng)向鉆井液內(nèi)注入氮?dú)饣蛭矚饣蛉細(xì)饣蛱烊?氣或空氣。
3、 如權(quán)利要求2所述的注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述高壓注氣 系統(tǒng)包括泥漿罐(1)，與泥漿罐(1)連接的泥漿泵(2)，與泥漿泵(2)連接 的混合器(3),混合器(3) —端通向立管，另一端與三向旋塞閥(4)連接， 三向旋塞閥(4)與單向閥(5)連接，單向閥(5)與流量計(jì)(6)連接，流量 計(jì)(6)與針閥(7)和氣體增壓機(jī)(8)連接，氣體增壓機(jī)(8)與氣源發(fā)生器(9)連接。
4、 如權(quán)利要求1或2所述注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述的控制 回壓應(yīng)用于短時(shí)間停止循環(huán)時(shí)。
5、 如權(quán)利要求1或2或3所述注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述的 鉆井方法開(kāi)鉆之前，采用隨鉆測(cè)試方法測(cè)試儲(chǔ)層參數(shù)，具體步驟如下， a、 根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)儲(chǔ)層介質(zhì)的大概類(lèi)型；b、 根據(jù)a得到的結(jié)果估計(jì)待鉆儲(chǔ)層的儲(chǔ)層壓力下限和漏失壓力上限；c、 根據(jù)b得到的結(jié)果確定鉆井液的密度和最大注氣量，使最大注氣量時(shí)的井底動(dòng)壓小于儲(chǔ)層壓力下限，而使注氣時(shí)的井底動(dòng)壓大于漏失壓力的上限，以確保儲(chǔ)層可以進(jìn)行欠平衡流動(dòng)測(cè)試和過(guò)平衡流動(dòng)測(cè)試；d、 在鉆開(kāi)儲(chǔ)層的很短井段內(nèi)，以注氣方式調(diào)節(jié)鉆井液的液柱壓力，使之 對(duì)待鉆儲(chǔ)層孔隙壓力從欠平衡狀態(tài)過(guò)度到過(guò)平衡狀態(tài)；e、 在欠平衡狀態(tài)中，通過(guò)監(jiān)測(cè)返出流體的油氣顯示和返出氣體的烴類(lèi)氣 體濃度，循環(huán)監(jiān)測(cè)，得到多個(gè)測(cè)試點(diǎn)描繪在"井底壓力一流體流量" 圖上，得到儲(chǔ)層孔隙壓力和滲透率；f、 減少注氣或停止注氣，使井底循環(huán)動(dòng)壓處于過(guò)平衡狀態(tài)，監(jiān)測(cè)鉆井液 的注入和返出量，根據(jù)注入量和返出量的差值，確定儲(chǔ)層的漏失量和 漏失速度；g、 根據(jù)e、 f步驟得到的數(shù)據(jù)判斷儲(chǔ)層介質(zhì)類(lèi)型，調(diào)整鉆井液密度使液 柱靜壓與儲(chǔ)層壓力相平衡。
6、 如權(quán)利要求5所述注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述鉆井方法配 備有監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置有監(jiān)測(cè)如下參數(shù)的裝置，a. 注入?yún)?shù)注入液的排量、壓力、密度，注入氣的排量、壓力、溫度、 組分和注入立管壓力；b. 返出參數(shù)環(huán)空套壓、閥門(mén)狀態(tài)及開(kāi)度、返出混合流體分離后的氣、 油、鉆井液的排量，返出氣體的氧氣、天然氣、硫化氫、二氧化碳組 分濃度，返出氣體排放管線的壓力和流量。
7、 如權(quán)利要求6所述注氣穩(wěn)壓鉆井方法，其特征在于所述監(jiān)測(cè)和控制 系統(tǒng)的主控芯片對(duì)監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行處理后，向注入液、注入氣的控制閥門(mén)發(fā)出 控制指令；也可向節(jié)流閥發(fā)出控制指令，以控制其開(kāi)度調(diào)節(jié)回壓；還可向多相 分離器發(fā)出指令，控制其分離狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種注氣穩(wěn)壓鉆井方法，涉及一種勘探開(kāi)采石油與天然氣的鉆井方法，特別涉及一種能夠克服含流體地層漏噴窄安全窗口難題的鉆井方法，解決了現(xiàn)有鉆井技術(shù)無(wú)法適應(yīng)漏噴窄安全壓力窗口儲(chǔ)層并易造成鉆井過(guò)程中井噴、井漏或又漏又噴的技術(shù)難題，在鉆井液循環(huán)過(guò)程中采用適量注氣的方法抵消鉆井液循環(huán)的附加摩阻動(dòng)壓，停止循環(huán)或起鉆或下鉆前或空井等待時(shí)，反復(fù)采用憋壓、脫氣、灌漿、釋放高壓氣，實(shí)現(xiàn)平衡壓井；在注氣穩(wěn)壓鉆井實(shí)施前，應(yīng)用隨鉆測(cè)試方法測(cè)試儲(chǔ)層參數(shù)，以確定是否應(yīng)用以及如何應(yīng)用上述方法鉆井。本發(fā)明公開(kāi)的鉆井方法使井下壓力變化窗口縮小為一條窄線，使之完全納入到漏噴安全壓力窗口之中，可適用于油氣勘探開(kāi)發(fā)的鉆井中。
文檔編號(hào)E21B7/00GK101139911SQ20061002179
公開(kāi)日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者劉繪新, 孟英峰, 李永杰, 陳一健 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)