本發(fā)明涉及一種地層承壓能力動(dòng)態(tài)測(cè)試方法及固井方法，屬于鉆、固井
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在石油工業(yè)油氣井建井過(guò)程中，普遍面臨著復(fù)雜的漏失問(wèn)題。固井漏失不僅造成水泥封固段長(zhǎng)不夠，而且影響頂替效率提高，導(dǎo)致固井質(zhì)量差，不利于油氣井繼續(xù)鉆進(jìn)，給淡水層保護(hù)以及油氣井增產(chǎn)改造安全實(shí)施均帶來(lái)隱患，主要是由地層承壓能力低造成的。地層承壓能力是油氣井固井設(shè)計(jì)與施工中重要參數(shù)，但針對(duì)該參數(shù)的研究基本停留在定性半定量描述階段。目前，關(guān)于地層承壓能力的確定，主要局限于某類(lèi)漏失機(jī)理，根據(jù)巖石力學(xué)原理，建立地層漏失壓力理論計(jì)算模型。但造成地層漏失的原因多、機(jī)理復(fù)雜，理論模型適用范圍有限，而且其中基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)量與處理的準(zhǔn)確性有待提高，計(jì)算結(jié)果只能作為地層承壓能力的參考，而難以指導(dǎo)固井漿柱結(jié)構(gòu)與注替漿排量的設(shè)計(jì)。此外，現(xiàn)有技術(shù)的地層承壓能力確定方法在地層承壓能力與地層壓力之間“窗口”較小的低壓易漏失中應(yīng)用效果差；或者現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜，形成了較高的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種地層承壓能力動(dòng)態(tài)測(cè)試方法及固井方法，以解決目前所計(jì)算出的地層承壓能力準(zhǔn)確性低的問(wèn)題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供一種地層承壓能力動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，該測(cè)試方法包括以下步驟：1)在套管入井后，利用泥漿泵進(jìn)行頂通，保持循環(huán)排量不變，逐漸將井內(nèi)的鉆井液循環(huán)出井，在鉆井液稠漿完全返出井口后，逐漸提高循環(huán)排量，檢測(cè)出、入口鉆井液性能；2)當(dāng)鉆井液出、入口性能一致后，改變泥漿泵排量，并采集該排量下的井口壓力；3)根據(jù)采集到的井口壓力、以及環(huán)空和套管尺寸參數(shù)計(jì)算鉆井液在環(huán)空各井段內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻；4)根據(jù)環(huán)空井眼尺寸和計(jì)算得到的循環(huán)動(dòng)摩阻計(jì)算作用在該層位的動(dòng)液柱壓力，該動(dòng)液柱壓力即為所求的地層承壓能力。井口壓力與循環(huán)動(dòng)摩阻的關(guān)系如下：Pf=ΣjPfj+ΣkPfk=ΣjPfAAj+ΣkPfAAk]]>Aj=LjL·(Dw-De)3(Dw+De)1.8(Dj-De)3(Dj+De)1.8]]>Ak=LkL·(Dw-De)3(Dw+De)1.8Dk4.8]]>其中Pf為鉆井液循環(huán)時(shí)采集到的井口壓力；Pfj為鉆井液在井徑Dj、段長(zhǎng)Lj環(huán)空內(nèi)的摩阻；Pfk為鉆井液在套管內(nèi)徑Dk、段長(zhǎng)Lk套管內(nèi)的摩阻；PfA為長(zhǎng)度L、井徑Dw的環(huán)空內(nèi)鉆井液產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻；Aj和Ak分別為環(huán)空與套管系數(shù)，De為套管外徑。地層承壓能力的計(jì)算公式為：Pfo=Σj=1n-1Pfj+PfnLn×Lo]]>其中，Pfo為測(cè)試目標(biāo)地層的地層承壓能力；n為測(cè)試目標(biāo)地層所在的井段序列數(shù)；j為井段序列；Pfn為作用在環(huán)空第n段上的循環(huán)動(dòng)摩阻；Ln為環(huán)空第n段段長(zhǎng)；Lo為測(cè)試目標(biāo)地層層底至第n段頂界距離。本發(fā)明還提供了一種固井方法，該固井方法包括以下步驟：1)在套管入井后，利用泥漿泵進(jìn)行頂通，保持循環(huán)排量不變，逐漸將井內(nèi)的鉆井液循環(huán)出井，在鉆井液稠漿完全返出井口后，逐漸提高循環(huán)排量，檢測(cè)出、入口鉆井液性能；2)當(dāng)鉆井液出、入口性能一致后，改變泥漿泵排量，并采集該排量下的井口壓力；3)根據(jù)采集到的井口壓力、以及環(huán)空和套管尺寸參數(shù)計(jì)算鉆井液在環(huán)空各井段內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻；4)根據(jù)環(huán)空井眼尺寸和計(jì)算得到的循環(huán)動(dòng)摩阻計(jì)算作用在該層位的動(dòng)液柱壓力，該動(dòng)液柱壓力即為所求的地層承壓能力；5)將計(jì)算出的動(dòng)液柱壓力與固井時(shí)作用在該層位上的動(dòng)液柱壓力進(jìn)行比較，如滿足固井需要，則停止測(cè)試，并進(jìn)行固井，若不滿足固井需要，則提高循環(huán)排量，重新測(cè)試，直至測(cè)試出的動(dòng)液柱壓力滿足固井需要。測(cè)試期間若發(fā)生漏失，則需進(jìn)行堵漏，在堵漏后繼續(xù)測(cè)試，直至滿足固井需要。井口壓力與循環(huán)動(dòng)摩阻的關(guān)系如下：Pf=ΣjPfj+ΣkPfk=ΣjPfAAj+ΣkPfAAk]]>Aj=LjL·(Dw-De)3(Dw+De)1.8(Dj-De)3(Dj+De)1.8]]>Ak=LkL·(Dw-De)3(Dw+De)1.8Dk4.8]]>其中Pf為鉆井液循環(huán)時(shí)采集到的井口壓力；Pfj為鉆井液在井徑Dj、段長(zhǎng)Lj環(huán)空內(nèi)的摩阻；Pfk為鉆井液在套管內(nèi)徑Dk、段長(zhǎng)Lk套管內(nèi)的摩阻；PfA為長(zhǎng)度L、井徑Dw的環(huán)空內(nèi)鉆井液產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻；Aj和Ak分別為環(huán)空與套管系數(shù)，De為套管外徑。地層承壓能力的計(jì)算公式為：Pfo=Σj=1n-1Pfj+PfnLn×Lo]]>其中，Pfo為測(cè)試目標(biāo)地層的地層承壓能力；n為測(cè)試目標(biāo)地層所在的井段序列數(shù)；j為井段序列；Pfn為作用在環(huán)空第n段上的循環(huán)動(dòng)摩阻；Ln為環(huán)空第n段段長(zhǎng)；Lo為測(cè)試目標(biāo)地層層底至第n段頂界距離。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先在鉆井液出、入口性能一致，采集該排量下的井口壓力；然后根據(jù)采集到的井口壓力、以及環(huán)空和套管尺寸參數(shù)計(jì)算鉆井液在環(huán)空各井段內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻；最后根據(jù)環(huán)空井眼尺寸和計(jì)算得到的循環(huán)動(dòng)摩阻計(jì)算作用在該層位的動(dòng)液柱壓力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)該層位的地層承壓能力測(cè)試。本發(fā)明利用鉆井液在由套管(鉆桿光桿)與環(huán)空組成的循環(huán)通道內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻，與鉆井液靜液柱壓力共同作用在地層上，通過(guò)調(diào)整循環(huán)排量改變循環(huán)動(dòng)摩阻大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同層位的承壓能力進(jìn)行測(cè)試。本發(fā)明利用鉆井液的循環(huán)摩阻動(dòng)態(tài)測(cè)試地層承壓能力更直接有效，尤其在地層承壓能力與地層壓力之間“窗口”較窄的井內(nèi)應(yīng)用更為有效。附圖說(shuō)明圖1是固井前鉆井液循環(huán)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的一種地層承壓能力動(dòng)態(tài)測(cè)試方法的實(shí)施例下完套管后固井前，大排量循環(huán)鉆井液能夠調(diào)整其性能，在鉆井液循環(huán)過(guò)程中，循環(huán)鉆井液經(jīng)套管由井底返出進(jìn)入環(huán)空，環(huán)空內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)摩阻方向與鉆井液流動(dòng)方向相反，作用在地層上，且循環(huán)摩阻的大小與循環(huán)排量之間是正相關(guān)的，如圖1所示。鉆井液流變性一般采用賓漢模式進(jìn)行描述，固井前鉆井液循環(huán)時(shí)，經(jīng)過(guò)充分的降粘、切，并逐步提高排量，鉆井液在環(huán)空內(nèi)的流態(tài)一般為紊流，紊流臨界雷諾數(shù)與臨界排量的確定如下：1)在套管內(nèi)NHe=0.1ρτ0Di2ηp2Vc=0.1NRecηpρDi---(1)]]>2)在環(huán)空內(nèi)NHe=0.1ρτ0(Dw-De)2ηp2Vc=0.1NRecηpρ(Dw-De)---(2)]]>式中NRee為紊流臨界雷諾數(shù)；NHe為為赫茲數(shù)；兩者之間的關(guān)系可查詢標(biāo)準(zhǔn)SY/T5480-92給定的圖版。套管與環(huán)空內(nèi)鉆井液紊流循環(huán)壓力的計(jì)算：1)套管內(nèi)的循環(huán)摩阻Pfi=0.2fρLV2Di---(3)]]>其中，2)環(huán)空內(nèi)的循環(huán)摩阻Pfo=0.2fρLV2(Dw-De)---(4)]]>其中，式中：Pfo、Pfi分別為環(huán)空與套管內(nèi)的循環(huán)摩阻，單位為MPa；f為套管或環(huán)空內(nèi)的范寧摩阻系數(shù)；NRe為流體在套管或環(huán)空內(nèi)實(shí)際雷諾數(shù)；L為套管或環(huán)空段長(zhǎng)，單位為m；V為套管或環(huán)空內(nèi)平均流速，單位為m/s；ηp為鉆井液塑性粘度，單位為Pa·s；τ0為鉆井液動(dòng)切力，單位為Pa；Di、Dw和De分別為套管內(nèi)徑、井眼內(nèi)徑和套管外徑，單位為cm；ρ為鉆井液密度，單位為g/cm3；Q為循環(huán)排量，單位為L(zhǎng)/s。本發(fā)明利用鉆井液在由套管與環(huán)空組成的循環(huán)通道內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻，與鉆井液靜液柱壓力共同作用在地層上，通過(guò)調(diào)整循環(huán)排量改變循環(huán)動(dòng)摩阻大小，對(duì)不同層位的承壓能力進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法如下：鉆井液經(jīng)過(guò)充分循環(huán)后，環(huán)空與套管內(nèi)鉆井液性能基本一致，此時(shí)，參考計(jì)算公式(3)和(4)，對(duì)比環(huán)空和套管內(nèi)的循環(huán)摩阻，只與環(huán)空和套管幾何參數(shù)有關(guān)，因此，按照特定的比例關(guān)系，由實(shí)際井口立壓計(jì)算環(huán)空內(nèi)摩阻，進(jìn)而根據(jù)環(huán)空井眼尺寸，確定作用在不同井深處的動(dòng)液柱壓力。具體實(shí)施過(guò)程如下：1.收集有關(guān)測(cè)井參數(shù)所收集的有關(guān)測(cè)井參數(shù)包括，井徑測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、套管(鉆桿光桿)管串?dāng)?shù)據(jù)；井身結(jié)構(gòu)；地層層序；主要易漏失地層及對(duì)應(yīng)井深等。2.套管入井后，泥漿泵開(kāi)單凡爾進(jìn)行頂通，保持循環(huán)排量不變，逐漸將井內(nèi)稠漿或封閉漿循環(huán)出井，鉆井液稠漿完全返出井口后，逐漸提高循環(huán)排量，同時(shí)檢測(cè)出、入口鉆井液性能，并觀察井口返漿排量。3.當(dāng)鉆井液出、入口性能基本一致后，緩慢改變泥漿泵排量，并記錄對(duì)應(yīng)的井口壓力。4.根據(jù)采集到的井口壓力、以及環(huán)空和套管尺寸參數(shù)計(jì)算鉆井液在環(huán)空各井段內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻。不同深度地層承受的循環(huán)動(dòng)摩阻鉆井液在井徑Dj、段長(zhǎng)Lj環(huán)空內(nèi)的返速Vj與環(huán)空平均返速的關(guān)系：VjV‾=Dw2-De2Dj2-De2---(5)]]>鉆井液在井徑Dj、段長(zhǎng)Lj環(huán)空內(nèi)的雷諾數(shù)NRej與環(huán)空平均雷諾數(shù)NRe的關(guān)系：NRejNRe=Vj(Dj-De)V‾(Dw-De)=Dw+DeDj+De---(6)]]>鉆井液在井徑Dj、段長(zhǎng)Lj環(huán)空內(nèi)摩阻系數(shù)fj與環(huán)空平均摩阻系數(shù)f的關(guān)系：fjf=(NReNRej)0.2=(Dj+DeDw+De)0.2---(7)]]>鉆井液在井徑Dj、段長(zhǎng)Lj環(huán)空內(nèi)的摩阻Pfi與PfA的關(guān)系：PfjPfA=Aj=LjL·(Dw-De)3(Dw+De)1.8(Dj-De)3(Dj+De)1.8---(8)]]>同理，鉆井液在內(nèi)徑Dk、段長(zhǎng)Lk的套管內(nèi)的摩阻Pfk與PfA的關(guān)系為：PfkPfA=Ak=LkL·(Dw-De)3(Dw+De)1.8Dk4.8---(9)]]>因此，鉆井液循環(huán)時(shí)的井口壓力Pf滿足：Pf=ΣjPfj+ΣkPfk=ΣjPfAAj+ΣkPfAAk---(10)]]>其中Dw為井眼平均井徑，有其中，Dj為某井段井徑；Lj為對(duì)應(yīng)井徑Dj的井段長(zhǎng)度；PfA為長(zhǎng)度L、井徑Dw的環(huán)空內(nèi)，鉆井液產(chǎn)生的循環(huán)動(dòng)摩阻；為鉆井液在環(huán)空內(nèi)的平均上返速度；Pf為鉆井液循環(huán)時(shí)的井口壓力；Dk為某段套管內(nèi)徑；Lk為對(duì)應(yīng)套管內(nèi)徑Dk的套管長(zhǎng)度。固井前鉆井液改變排量循環(huán)，井口立壓表讀取Pf，Aj和Ak可由環(huán)空和套管尺寸參數(shù)計(jì)算，由式(10)計(jì)算環(huán)空內(nèi)循環(huán)摩阻PfA，由式(8)和(9)分別計(jì)算環(huán)空與套管內(nèi)的各段循環(huán)摩阻Pfj與Pfk。5.根據(jù)環(huán)空井眼尺寸和計(jì)算得到的循環(huán)動(dòng)摩阻計(jì)算作用在該層位的動(dòng)液柱壓力，該動(dòng)液柱壓力即為所求的地層承壓能力。Pfo=Σj=1n-1Pfj+PfnLn×Lo---(11)]]>其中，Pfo即為測(cè)試目標(biāo)地層的地層承壓能力；n為測(cè)試目標(biāo)地層所在的井段序列數(shù)(按照不同井徑由井口至井底依次劃分井段)；j為井段序列；Pfn為作用在環(huán)空第n段上的循環(huán)動(dòng)摩阻；Ln為環(huán)空第n段段長(zhǎng)；Lo為測(cè)試目標(biāo)地層層底至第n段頂界距離。本發(fā)明的一種固井方法的實(shí)施例本實(shí)施例的固井方法是在地層承壓能力動(dòng)態(tài)測(cè)試方法的實(shí)施例基礎(chǔ)上進(jìn)行的，該固井方法將上個(gè)實(shí)施例中得到的動(dòng)液柱壓力與固井時(shí)作用在該層位上的動(dòng)液柱壓力進(jìn)行比較；如滿足固井需要，停止測(cè)試進(jìn)行固井；若不滿足固井需要，繼續(xù)提高排量，重新測(cè)試；測(cè)試期間若發(fā)生漏失，則需進(jìn)行堵漏，提高地層承壓能力，后繼續(xù)測(cè)試，直至滿足固井需要。下面以鄂爾多斯地區(qū)DP-47井二開(kāi)技術(shù)套管固井為例對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行分析，該實(shí)例中的井徑：環(huán)空井段405-2225m，井徑231.80mm；2225-3125m，井徑232.60mm；鉆井液性能：密度1.25g/cm3，動(dòng)切力8Pa，屈服應(yīng)力16mPa·s；固井前循環(huán)排量達(dá)22.4L/s，井口壓力5MPa。井身結(jié)構(gòu)如表1所示。表1根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算環(huán)空各層位承受的動(dòng)液柱壓力，計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2從表2中可以看出，循環(huán)排量22.4L/s時(shí)的環(huán)空總循環(huán)摩阻為4.182MPa，該井易漏失地層劉家溝組井深2134m。作用在劉家溝組上的循環(huán)摩阻為：0.72+2.86/2225×(2134-405)＝2.94MPa作用在劉家溝組上的動(dòng)液柱當(dāng)量密度為：1.25+2.94/0.00981/2134＝1.39g/cm3即劉家溝承受的動(dòng)液柱壓力1.39g/cm3時(shí)不發(fā)生漏失，現(xiàn)場(chǎng)固井實(shí)際也得到驗(yàn)證。本發(fā)明在鄂爾多斯地區(qū)多口低壓易漏失井地層承壓能力測(cè)試中取得顯著效果，經(jīng)測(cè)試地層滿足承壓需要后進(jìn)行的固井，固井漏失得到有效控制，水泥返高均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明使用實(shí)際井徑、套管數(shù)據(jù)與井口立壓，通過(guò)逐步提高循環(huán)排量，對(duì)不同井深地層的承壓能力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定量預(yù)測(cè)；不受漏失機(jī)理、井型和井眼條件的限制，理論基礎(chǔ)可靠，現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)。在低壓易漏失井，特別是在“地層壓力-地層承壓能力”壓力窗口范圍較窄的井，具有顯著的優(yōu)勢(shì)；在具有該壓力特征的井內(nèi)，不需要使用加重鉆井液，原鉆井液循環(huán)動(dòng)摩阻即可實(shí)現(xiàn)地層承壓能力的檢驗(yàn)，不會(huì)造成額外的時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3