本發(fā)明屬于石油鉆井井控技術領域，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：

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)生這種情況的一個主要原因是在起鉆時，泥漿泵停泵使由循環(huán)壓耗轉化的當量循環(huán)密度消失；另一方面，起鉆時由于鉆具在井筒內向上移動，帶動井內鉆井液流動，產生的抽吸效應會導致井底壓力出現降低；此外，起鉆速度過快并且起鉆過程未能及時向井內補充鉆井液，直接導致井筒內靜液柱壓力降低，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導致第三種情況發(fā)生，則會加劇引發(fā)井底壓力與地層壓力之間的欠平衡狀態(tài)，此時地層流體就會侵入井筒，引起氣侵，進一步發(fā)展會引發(fā)井涌甚至井噴。

起鉆過程中發(fā)生井涌，由于鉆具遠離井底，鉆具和環(huán)空不再是一個簡單的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行壓井。起鉆引起的井涌與鉆進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值，這與常規(guī)的關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，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難點。

技術實現要素：

為解決鉆井起鉆時引起井涌，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，結合氣液兩相流的流動規(guī)律和井涌量關鍵參數的計算，能夠通過逐步下鉆到井底的方式將井內氣侵流體循環(huán)出井筒，從而為成功壓井提供保障。

為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

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.關井并在節(jié)流管匯中接入質量流量計；

b.通過鉆進過程的水力參數和井參數求取地層壓力；

c.通過控制節(jié)流閥開度，結合質量流量計的讀數，進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.關井并在節(jié)流管匯中接入質量流量計；

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

c.在關閉防噴器組的前提下進行帶壓強行下鉆，通過調節(jié)節(jié)流閥的大小，記錄質量流量計的讀數，保證下完一個單根，井口返出一個單根柱體體積的鉆 井液，從而保證下入鉆具與排出鉆井液的體積相等；下完n個單根后關井，并讀取井口壓力表數值pa1；

d.通過記錄立管壓力表讀數和井口壓力表讀數的對比，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，否則進行步驟e的計算；

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

f.利用工程師法壓井，一個循環(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，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算采用以下公式：

m＝int(vk/2)+1

式中：為第i次壓井時采用的鉆井液密度，g/cm³；hg為起鉆遇到井涌時鉆頭離井底的深度，m；n為下鉆中鉆頭剛遇到氣侵鉆井液時的下鉆單根數；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間，從而為可以確定壓井開始的時間，避免壓井的盲目性，提高成功壓井的概率。該方法計算過程較簡單，操作工藝不復雜，操作步驟容易實施，能安全、高效地將地層侵入流體循環(huán)出井筒，為現場壓井操作提供理論和技術支持。

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、質量流量計；12、節(jié)流管匯；13、節(jié)流閥；14、氣液分離器；15、振動篩；16、真空除氣器；17、泥漿池；18、氣層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

如附圖1所示，鉆井設備包括鉆井液由地面鉆井泵1依次經立管壓力表2、防噴器組3、鉆柱4、回壓凡爾5到達鉆頭7噴出，再由鉆具與井眼環(huán)空6、四通9、井口壓力表10、質量流量計11、節(jié)流管匯12、節(jié)流閥13、氣液分離器14、振動篩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)現井涌，此時壓井處理方法包括以下步驟：

1、關井并在節(jié)流管匯中接入質量流量計

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

2、通過鉆進過程水力參數和井參數求取地層壓力

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

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，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個單根

在關閉防噴器組3的前提下進行帶壓強行下鉆，通過調節(jié)節(jié)流閥13的大小， 記錄質量流量計11的讀數，保證下完一個單根，井口返出一個單根柱體體積的鉆井液。下完n個單根后關井，并讀取井口壓力表數值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，調節(jié)節(jié)流閥至pa1，穩(wěn)定后記錄立管壓力表2的讀數ps1，之后停鉆井泵1，同時關閉節(jié)流閥13。

比較pa1和ps1的大小：

如果pa1＝ps1，則鉆頭未遇到氣侵鉆井液8，重新進行步驟2；

如果pa1>ps1，則鉆頭已經遇到氣侵鉆井液8，繼續(xù)進行步驟4，此時侵入井內氣體的總體積為：

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

以“1方發(fā)現，2方關井”的標準進行循環(huán)井內氣侵鉆井液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次壓井時采用的鉆井液密度，kg/m³；hg為起鉆遇到井涌時鉆頭離井底的深度，m；n為下鉆中鉆頭剛遇到氣侵鉆井液時的下鉆單根數；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)的工程師法進行壓井，將井內的2m³氣侵鉆井液8循環(huán)出環(huán)空，之后關井。此時井內已經停止侵入地層流體。

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行壓井設計，通過工藝操作和理論計算，判斷出鉆頭抵達氣侵鉆井液頂部的時間，從而確定壓井開始的時間，為安全、有效循環(huán)出井內氣侵鉆井液提供了保障，為而壓井作業(yè)的實施提供了理論指導。