本發(fā)明屬于石油鉆井井控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆井起鉆過程中井涌的壓井處理方法。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的鉆井及作業(yè)過程中，起下鉆桿和起下油管過程中發(fā)生的氣侵、井涌甚至井噴事故占有很大比例。發(fā)生這種情況的一個(gè)主要原因是在起鉆時(shí)，泥漿泵停泵使由循環(huán)壓耗轉(zhuǎn)化的當(dāng)量循環(huán)密度消失；另一方面，起鉆時(shí)由于鉆具在井筒內(nèi)向上移動(dòng)，帶動(dòng)井內(nèi)鉆井液流動(dòng)，產(chǎn)生的抽吸效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致井底壓力出現(xiàn)降低；此外，起鉆速度過快并且起鉆過程未能及時(shí)向井內(nèi)補(bǔ)充鉆井液，直接導(dǎo)致井筒內(nèi)靜液柱壓力降低，從而使井底壓力降低。前兩種情況是伴隨起鉆過程必然發(fā)生的，而一旦由于人為操作不當(dāng)導(dǎo)致第三種情況發(fā)生，則會(huì)加劇引發(fā)井底壓力與地層壓力之間的欠平衡狀態(tài)，此時(shí)地層流體就會(huì)侵入井筒，引起氣侵，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)引發(fā)井涌甚至井噴。

起鉆過程中發(fā)生井涌，由于鉆具遠(yuǎn)離井底，鉆具和環(huán)空不再是一個(gè)簡單的u型管模型，因此無法直接用常規(guī)的司鉆法或者工程師法進(jìn)行壓井。起鉆引起的井涌與鉆進(jìn)過程中遇到高壓層引起的井涌是不同的，前者的鉆井液密度可以平衡地層壓力，因此容易得到地層壓力的數(shù)值，這與常規(guī)的關(guān)井求地層壓力的方法是不同的。目前在處理鉆頭不在井底工況下發(fā)生的井涌或井噴時(shí)，常把井筒的u型管模型考慮為y型管模型。但由于鉆頭不在井底發(fā)生井涌的工況有多種復(fù)雜情況，如鉆遇高壓層后鉆具脫落或鉆具刺漏、易漏地層下鉆速度過快地層先漏后噴、正常鉆井起鉆不規(guī)范引起井涌。因此無法用一種統(tǒng)一的壓井方法處理不同的復(fù)雜井涌。針對鉆井起鉆過程中的井涌，目前還沒有合適的壓井方法， 這也是鉆井井控的一個(gè)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決鉆井起鉆時(shí)引起井涌，而鉆頭不在井底無法使用常規(guī)壓井方法的問題，本發(fā)明提出一種起鉆過程中引發(fā)井涌的壓井處理方法，結(jié)合氣液兩相流的流動(dòng)規(guī)律和井涌量關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算，能夠通過逐步下鉆到井底的方式將井內(nèi)氣侵流體循環(huán)出井筒，從而為成功壓井提供保障。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

起鉆過程井涌的壓井處理方法，是在起鉆過程中由于停泵和抽吸原因造成井底欠平衡，而發(fā)生地層氣體侵入井筒和井涌后，采取如下步驟：

a.關(guān)井并在節(jié)流管匯中接入質(zhì)量流量計(jì)；

b.通過鉆進(jìn)過程的水力參數(shù)和井參數(shù)求取地層壓力；

c.通過控制節(jié)流閥開度，結(jié)合質(zhì)量流量計(jì)的讀數(shù)，進(jìn)行第一次帶壓下鉆作業(yè)；

d.判斷鉆頭是否遇到氣侵鉆井液；

e.壓井下鉆深度和壓井液密度的確定；

f.工程師法壓井，循環(huán)出井內(nèi)氣侵鉆井液；

g.循環(huán)步驟e.和步驟f.，直至氣侵鉆井液全部循環(huán)出井。

上述方案的具體方案是：

a.關(guān)井并在節(jié)流管匯中接入質(zhì)量流量計(jì)；

b.通過鉆進(jìn)過程的水力參數(shù)和井參數(shù)，求取地層壓力：水力參數(shù)包括鉆井液密度、鉆井液塑性粘度及鉆井液排量，井參數(shù)包括垂直井深和鉆具直徑及井眼內(nèi)徑；

c.在關(guān)閉防噴器組的前提下進(jìn)行帶壓強(qiáng)行下鉆，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的大小，記錄質(zhì)量流量計(jì)的讀數(shù)，保證下完一個(gè)單根，井口返出一個(gè)單根柱體體積的鉆 井液，從而保證下入鉆具與排出鉆井液的體積相等；下完n個(gè)單根后關(guān)井，并讀取井口壓力表數(shù)值pa1；

d.通過記錄立管壓力表讀數(shù)和井口壓力表讀數(shù)的對比，判斷鉆頭是否遇到氣侵鉆井液；如果未遇到則繼續(xù)步驟c，否則進(jìn)行步驟e的計(jì)算；

e.鉆頭遇到氣侵鉆井液后，根據(jù)每次壓井能循環(huán)出的氣體量，計(jì)算壓井下鉆深度和壓井液密度；

f.利用工程師法壓井，一個(gè)循環(huán)周循環(huán)出鉆頭上部環(huán)空中的氣侵鉆井液；

g.循環(huán)步驟e和步驟f，直至氣侵鉆井液全部循環(huán)出井。

上述方案進(jìn)一步包括：

步驟b中求取地層壓力的下公式為：

式中：pe為地層壓力，pa；ρm為鉆井液密度，kg/m³；f為環(huán)空水力摩阻系數(shù)，無量綱；h為井深，m；v為鉆井液在環(huán)空中平均流速，m/s；μpv為鉆井液塑性粘度，pa·s；dh為井眼直徑，m；dp為鉆柱外徑，m；qm為鉆井泵排量，m³/s；g為重力加速度常量，m/s²。

步驟e中氣侵鉆井液中氣體量即氣體體積采用如下公式：

式中：vk為侵入井內(nèi)氣體體積，m³；ρm為鉆井液密度，kg/cm³；dh為井眼直徑，m。

步驟e中每次壓井下鉆深度和壓井液密度的計(jì)算采用以下公式：

m＝int(vk/2)+1

式中：為第i次壓井時(shí)采用的鉆井液密度，g/cm³；hg為起鉆遇到井涌時(shí)鉆頭離井底的深度，m；n為下鉆中鉆頭剛遇到氣侵鉆井液時(shí)的下鉆單根數(shù)；lp為每根鉆桿的長度，m。

針對起鉆過程中發(fā)生的井涌，本發(fā)明的優(yōu)勢是：能夠通過多次帶壓下鉆作業(yè)，逐步確定鉆頭遇到氣侵鉆井液的時(shí)間，從而為可以確定壓井開始的時(shí)間，避免壓井的盲目性，提高成功壓井的概率。該方法計(jì)算過程較簡單，操作工藝不復(fù)雜，操作步驟容易實(shí)施，能安全、高效地將地層侵入流體循環(huán)出井筒，為現(xiàn)場壓井操作提供理論和技術(shù)支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明起鉆過程井涌的壓井處理方法的示意圖。

1、鉆井泵；2、立管壓力表；3、防噴器組；4、鉆柱；5、回壓凡爾；6、鉆具與井眼環(huán)空；7、鉆頭；8、氣侵鉆井液；9、四通；10、井口壓力表；11、質(zhì)量流量計(jì)；12、節(jié)流管匯；13、節(jié)流閥；14、氣液分離器；15、振動(dòng)篩；16、真空除氣器；17、泥漿池；18、氣層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如附圖1所示，鉆井設(shè)備包括鉆井液由地面鉆井泵1依次經(jīng)立管壓力表2、防噴器組3、鉆柱4、回壓凡爾5到達(dá)鉆頭7噴出，再由鉆具與井眼環(huán)空6、四通9、井口壓力表10、質(zhì)量流量計(jì)11、節(jié)流管匯12、節(jié)流閥13、氣液分離器14、振動(dòng)篩15、真空除氣器16返回到泥漿池17。

在鉆至氣層18后，起鉆過程中由于停泵和抽吸原因造成的井底欠平衡，發(fā)現(xiàn)井涌，此時(shí)壓井處理方法包括以下步驟：

1、關(guān)井并在節(jié)流管匯中接入質(zhì)量流量計(jì)

起鉆過程發(fā)生井涌時(shí)，首先關(guān)井：關(guān)閉防噴器組3，并關(guān)閉節(jié)流閥13。在節(jié)流管匯中接入質(zhì)量流量計(jì)11，并讀取井口壓力表10的讀數(shù)pa0。

2、通過鉆進(jìn)過程水力參數(shù)和井參數(shù)求取地層壓力

通過鉆井液密度、鉆井液塑性粘度、鉆井液排量水力參數(shù)，和鉆井垂深、鉆桿外徑及井眼內(nèi)徑其他參數(shù)求取地層壓力。

式中：pe為地層壓力，pa；ρm為鉆井液密度，kg/m³；f為環(huán)空水力摩阻系數(shù)，無量綱；h為井深，m；v為鉆井液在環(huán)空中平均流速，m/s；μpv為鉆井液塑性粘度，pa·s；dh為井眼直徑，m；dp為鉆柱外徑，m；qm為鉆井泵排量，m³/s；g為重力加速度常量，m/s²。

3、帶壓下鉆n個(gè)單根

在關(guān)閉防噴器組3的前提下進(jìn)行帶壓強(qiáng)行下鉆，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥13的大小， 記錄質(zhì)量流量計(jì)11的讀數(shù)，保證下完一個(gè)單根，井口返出一個(gè)單根柱體體積的鉆井液。下完n個(gè)單根后關(guān)井，并讀取井口壓力表數(shù)值pa1。

4、判斷鉆頭是否遇到氣侵鉆井液頂部

以小排量打開鉆井泵1，調(diào)節(jié)節(jié)流閥至pa1，穩(wěn)定后記錄立管壓力表2的讀數(shù)ps1，之后停鉆井泵1，同時(shí)關(guān)閉節(jié)流閥13。

比較pa1和ps1的大?。?/p>

如果pa1＝ps1，則鉆頭未遇到氣侵鉆井液8，重新進(jìn)行步驟2；

如果pa1>ps1，則鉆頭已經(jīng)遇到氣侵鉆井液8，繼續(xù)進(jìn)行步驟4，此時(shí)侵入井內(nèi)氣體的總體積為：

式中：vk為侵入井內(nèi)氣體體積，m³；ρm為鉆井液密度，kg/cm³；dh為井眼直徑，m。

以“1方發(fā)現(xiàn)，2方關(guān)井”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)井內(nèi)氣侵鉆井液8，每次循環(huán)出2方的侵入氣體。則需要壓井的次數(shù)為m：

m＝int(vk/2)+1(5)

5、壓井下鉆深度和壓井液密度的確定

進(jìn)行壓井需要繼續(xù)下鉆的深度δh為：

壓井液密度為：

氣侵鉆井液8中的含氣率為：

式中：為第i次壓井時(shí)采用的鉆井液密度，kg/m³；hg為起鉆遇到井涌時(shí)鉆頭離井底的深度，m；n為下鉆中鉆頭剛遇到氣侵鉆井液時(shí)的下鉆單根數(shù)；lp為每根鉆桿的長度，m。

6、工程師法壓井循環(huán)氣侵鉆井液

通過常規(guī)的工程師法進(jìn)行壓井，將井內(nèi)的2m³氣侵鉆井液8循環(huán)出環(huán)空，之后關(guān)井。此時(shí)井內(nèi)已經(jīng)停止侵入地層流體。

7、循環(huán)步驟5和步驟6，直至氣侵鉆井液全部循環(huán)出井

繼續(xù)循環(huán)步驟6和步驟6，每次下鉆δh，直至鉆頭下放到井底，完成最后一次壓井作業(yè)。

最后一次壓井的壓井液密度為壓井前的鉆井液密度ρm。

本發(fā)明可以對下鉆過程中的井涌進(jìn)行壓井設(shè)計(jì)，通過工藝操作和理論計(jì)算，判斷出鉆頭抵達(dá)氣侵鉆井液頂部的時(shí)間，從而確定壓井開始的時(shí)間，為安全、有效循環(huán)出井內(nèi)氣侵鉆井液提供了保障，為而壓井作業(yè)的實(shí)施提供了理論指導(dǎo)。