本發(fā)明屬于鉆井安全防控，尤其涉及一種模擬石油鉆井的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，鉆井作業(yè)面臨著日益復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)。油氣井事故一旦發(fā)生，往往伴隨著嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染。所以，預(yù)防溢流和井噴等井控事故的發(fā)生，顯得尤為重要。

2、其中，溢流是指油、氣、水等地層流體侵入井筒，導(dǎo)致井筒中的鉆井液外溢的現(xiàn)象；井噴是指地層流體無(wú)法控制地涌入井筒，噴出地面的現(xiàn)象。目前，一般是通過(guò)調(diào)控鉆井液的密度來(lái)達(dá)到預(yù)防溢流井噴等井控事故的發(fā)生；然而，由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，在實(shí)際鉆井過(guò)程中，隨著鉆井深度的不斷加深，發(fā)生溢流井噴等井控事故的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)變得越來(lái)越難控制和預(yù)測(cè)。因此，有必要對(duì)溢流井噴等井控事故的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和監(jiān)控，以提高在實(shí)際石油鉆井過(guò)程中的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種模擬石油鉆井的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，旨在解決上述技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種模擬石油鉆井的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，其包括以下步驟：

3、?勘探待模擬預(yù)測(cè)地層的內(nèi)部構(gòu)造，獲取不同地層深度的流體層分布情況，并實(shí)時(shí)獲取不同地層深度的地層孔隙壓力，確定地層孔隙壓力與地層深度的函數(shù)關(guān)系；

4、基于鉆井鉆速模型，根據(jù)當(dāng)前鉆井深度實(shí)時(shí)確定當(dāng)前鉆井行程速度：

5、根據(jù)當(dāng)前鉆井行程速度，預(yù)測(cè)得到未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系；

6、根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，以及地層孔隙壓力與地層深度的函數(shù)關(guān)系，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到未來(lái)t時(shí)刻的地層孔隙壓力；

7、根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，以及不同地層深度的流體層分布情況，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流入鉆井液中的地層流體濃度；

8、獲取鉆井液環(huán)空返速和巖屑沉降速度，并根據(jù)當(dāng)前鉆井行程速度，計(jì)算得到環(huán)空巖屑濃度；根據(jù)流入鉆井液中的地層流體濃度以及環(huán)空巖屑濃度，實(shí)時(shí)對(duì)鉆井液的初始密度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，得到鉆井液的修正密度；

9、基于環(huán)空壓耗計(jì)算模型，根據(jù)鉆井液環(huán)空返速和鉆井液的修正密度，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到未來(lái)t時(shí)刻的環(huán)空壓耗預(yù)測(cè)值；

10、根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系、鉆井液的修正密度以及環(huán)空壓耗預(yù)測(cè)值，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值；

11、根據(jù)未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值與地層孔隙壓力的差值，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)鉆井過(guò)程中發(fā)生溢流或井噴的風(fēng)險(xiǎn)性。

12、進(jìn)一步，所述鉆井鉆速模型為：

13、；

14、式中， v pc為當(dāng)前鉆井行程速度； k r為擬定的常數(shù)，與巖石的可鉆性和鉆頭的效率相關(guān)； w為鉆壓，即施加在鉆頭上的力，單位為kn； m為鉆壓的基準(zhǔn)值，單位為kn； n為鉆頭的轉(zhuǎn)速，單位為rpm；為擬定的校正指數(shù)，與鉆頭的磨損度和巖石的破碎特性相關(guān)； c2為擬定的校正系數(shù)，與鉆頭的特性相關(guān)； h0為當(dāng)前鉆井深度，單位m； c p為擬定的鉆壓系數(shù)，與鉆壓和鉆速之間的關(guān)系相關(guān)； c h為擬定的鉆頭系數(shù)，與鉆頭的類型相關(guān)。

15、進(jìn)一步，所述未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為：

16、；

17、式中， t為時(shí)間，單位為h； h( t)為未來(lái)鉆井深度，單位為m。

18、進(jìn)一步，根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，以及不同地層深度的流體層分布情況，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流入鉆井液中的地層流體濃度的步驟，具體包括：

19、當(dāng)未來(lái)鉆井深度不大于鉆開(kāi)流體層的最小深度時(shí)，地層流體濃度為0；

20、當(dāng)未來(lái)鉆井深度大于鉆開(kāi)流體層的最小深度時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的基于物理約束的混合時(shí)序注意網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流入鉆井液中的地層流體濃度；

21、其中，所述基于物理約束的混合時(shí)序注意網(wǎng)絡(luò)包括流速-濃度耦合物理約束模型；所述流速-濃度耦合物理約束模型為：

22、；

23、；

24、式中， c b( t)為未來(lái)t時(shí)刻流入鉆井液中的地層流體濃度； h c為當(dāng)前包含巖屑的鉆井液的靜液柱高度； d為井眼內(nèi)徑； d1為地層孔隙的平均半徑； v r( t)為未來(lái)t時(shí)刻侵入流體的平均流速； ρ0為鉆井液的初始密度； ρ b為地層流體的平均密度； g為重力加速度； p p( t)為未來(lái)t時(shí)刻的地層孔隙壓力； p b為泵壓； b為流動(dòng)勢(shì)能系數(shù)； k1為壓力影響系數(shù)； k2為鉆井液影響系數(shù)。

25、進(jìn)一步，所述鉆井液的修正密度的計(jì)算公式為：

26、；

27、式中， ρ e( t)為鉆井液的修正密度； ρ a為巖屑密度 ；c a為環(huán)空巖屑濃度。

28、進(jìn)一步，所述地層流體包括石油、天然氣和水中的一種或多種；所述地層流體的平均密度的預(yù)測(cè)方法具體包括以下步驟：

29、根據(jù)未來(lái)鉆井深度以及不同地層深度的流體層分布情況，確定各個(gè)流體的權(quán)重；

30、根據(jù)各個(gè)流體的權(quán)重，計(jì)算流體密度的加權(quán)平均數(shù)，得到所述地層流體的平均密度。

31、進(jìn)一步，所述未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值的預(yù)測(cè)公式為：

32、；

33、式中， p w( t)為未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值； g為重力加速度；為未來(lái)t時(shí)刻的環(huán)空壓耗預(yù)測(cè)值。

34、進(jìn)一步，根據(jù)未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值與地層孔隙壓力的差值，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)鉆井過(guò)程中發(fā)生溢流或井噴的風(fēng)險(xiǎn)性的步驟，具體包括：

35、根據(jù)未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值與地層孔隙壓力的差值，計(jì)算得到修正壓差；

36、計(jì)算未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)修正壓差的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

37、基于累積分布函數(shù)，根據(jù)修正壓差的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算得到未來(lái)鉆井過(guò)程中發(fā)生溢流或井噴的風(fēng)險(xiǎn)概率。

38、進(jìn)一步，所述未來(lái)鉆井過(guò)程中發(fā)生溢流或井噴的風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算公式為：

39、；

40、式中， f為未來(lái)鉆井過(guò)程中發(fā)生溢流或井噴的風(fēng)險(xiǎn)概率； x為修正壓差， x=p w( t) -p p( t)； μ x為修正壓差的均值； σ x為修正壓差的標(biāo)準(zhǔn)差。

41、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種模擬石油鉆井的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述的模擬石油鉆井的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，其包括：

42、地層?勘探單元，用于?勘探待模擬預(yù)測(cè)地層的內(nèi)部構(gòu)造，獲取不同地層深度的流體層分布情況，并實(shí)時(shí)獲取不同地層深度的地層孔隙壓力，確定地層孔隙壓力與地層深度的函數(shù)關(guān)系；

43、鉆速確定單元，用于基于鉆井鉆速模型，根據(jù)當(dāng)前鉆井深度實(shí)時(shí)確定當(dāng)前鉆井行程速度：

44、井深預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)當(dāng)前鉆井行程速度，預(yù)測(cè)得到未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系；

45、地層孔隙壓力預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，以及地層孔隙壓力與地層深度的函數(shù)關(guān)系，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到未來(lái)t時(shí)刻的地層孔隙壓力；

46、地層流體濃度預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，以及不同地層深度的流體層分布情況，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流入鉆井液中的地層流體濃度；

47、鉆井液密度修正單元，用于獲取鉆井液環(huán)空返速和巖屑沉降速度，并根據(jù)當(dāng)前鉆井行程速度，計(jì)算得到環(huán)空巖屑濃度；根據(jù)流入鉆井液中的地層流體濃度以及環(huán)空巖屑濃度，實(shí)時(shí)對(duì)鉆井液的初始密度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，得到鉆井液的修正密度；

48、環(huán)空壓耗預(yù)測(cè)單元，用于基于環(huán)空壓耗計(jì)算模型，根據(jù)鉆井液環(huán)空返速和鉆井液的修正密度，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到未來(lái)t時(shí)刻的環(huán)空壓耗預(yù)測(cè)值；

49、井底壓力預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)未來(lái)鉆井深度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系、鉆井液的修正密度以及環(huán)空壓耗預(yù)測(cè)值，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值；

50、風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)未來(lái)t時(shí)刻的井底壓力修正值與地層孔隙壓力的差值，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)鉆井過(guò)程中發(fā)生溢流或井噴的風(fēng)險(xiǎn)性。

51、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種模擬石油鉆井的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流入鉆井液中的地層流體濃度，并結(jié)合環(huán)空巖屑濃度，可以對(duì)鉆井液的初始密度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，預(yù)測(cè)得到鉆井液在實(shí)際鉆井過(guò)程中的真實(shí)密度，以更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)某一時(shí)刻的井底壓力，從而可以實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)溢流井噴等井控事故的風(fēng)險(xiǎn)性。