一種非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法
2023-06-09 22:16:16
專利名稱：一種非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法
技術領域：
本發明涉及一種在充氣鑽井施工中獲取井下壓カ脈衝的方法，尤其是ー種非連續獲取充氣鑽井井下壓カ脈衝的方法，為獲取隨鑽測量信號、安全定向鑽進提供了依據。
背景技術：
隨著多種類型的油氣資源不斷被開發利用，低壓低滲油氣田的勘探開發越來越受到人們的重視，因此欠平衡鑽井技術得到了前所未有的發展。充氣鑽井是欠平衡鑽井中最經濟適用的ー種方式，它是ー種在鑽進過程中通過空壓機將一定量的可壓縮氣體(主要是空氣和氮氣)注入到鑽井液中作為循環介質的エ藝技木，降低泥漿的當量密度，以此來達到降低井底壓カ的目的，主要用於實現窄密度窗ロ條件下的安全鑽進。其具有提速增效和儲層保護的優點，目前已成為我國油氣田開發的主導技術之一，尤其適用於超深井、大位移 定向井等。由於充氣鑽井施工時在鑽井液中混入氣相，使得井下壓カ脈衝能量在傳播中大幅度降低，當脈衝信號衰減到低於地面傳感器的檢測精度時就無法獲取有效的井眼軌跡參數。因此，氣體注入量對信號接收的影響顯得異常重要，在鑽井的過程中氣相所佔的比例需要嚴格的進行控制，氣相所佔的比例需保持在較低的水平，這樣雖然可以持續地獲得脈衝信號，但會使得鑽井效率無法得到顯著的提高。研究表明當環空持氣率高於12%時(不同的隨鑽測量設備，該值不同)，地面傳感器無法有效地接收脈衝信號。因此，有必要針對充氣鑽井的特點，當MWD信號傳輸允許的最大注氣量不能滿足欠平衡鑽井的需求時，發明ー種能夠在保證井底處於欠平衡條件下有效獲取井下壓カ脈衝的方法，指導現場實時獲取井下各項參數壓力、方位、井斜等，保證安全定向鑽迸。
發明內容
為了解決鑽杆內部在較高持氣率情況下地面檢測設備不能接收脈衝信號的問題，本發明提供了一種非連續獲取充氣鑽井井下壓カ脈衝的方法，該方法採用間斷注氣的方式，通過計算合理的停氣時間，既可以保證信號傳輸的要求，又可滿足井底始終處於欠平衡狀態。本發明解決其技術問題所採用的非連續獲取充氣鑽井井下壓カ脈衝的方法，包括以下步驟A、保持注液量不變，逐漸増大注氣量。待無井下壓カ脈衝反饋信號時，該注氣量條件下的最大持氣率即為臨界持氣率上限，即隨鑽測量設備的持氣率門限值；B、當地面檢測設備無法接收到信號時，打開放氣閥門排出氣體，立即停止注氣，保持注入鑽井液；C、當地面檢測設備可以接收到脈衝信號，關閉放氣閥門，以停氣前最後時刻相同的注氣量注入氣體。進ー步的是，在A步驟中，増大注氣量是按時間段間隔調整的。進ー步的是，每調整一次注氣量的間隔時間段為信號下行時間+信號上行時間+信號反饋時間+穩定測試時間。進ー步的是，在A步驟中，鑽進液和氣體首先經過混合器充分混合後再注入。進ー步的是，在B步驟中，需要計算合理的停氣時間。若在儀器允許的最大持氣率範圍內的極限停氣時間能保證井底的欠平衡狀態，則利用合理的停氣時間可以獲取井下脈衝信號，否則需更換持氣率門限值更高的隨鑽測量設備。進ー步的是，注液是通過往復式泥漿機注入的，注氣是通過氣體增壓機注入的。 本發明的有益效果是一種非連續獲取充氣鑽井井下壓カ脈衝的方法針對隨鑽測量工具通過保持注液量和改變注氣量的方法，判斷在該注氣量下地面信號的接收情況，以獲取該工具所允許的臨界持氣率上限。臨界持氣率上限範圍內設定充氣鑽井相關參數鑽井液排量、注氣量和立壓等，保證井底處於欠平衡狀態的同時，也確保地面檢測設備準確實時接收到井下壓カ脈衝信號。在進行上述操作時，鑽井液和氣體首先經過混合器充分混合後再注入，避免氣體產生滑脫形成段塞流而影響信號的接收。該技術方法解決了鑽杆內部在高持氣率下無法獲取井下壓カ脈衝難題的同時，又保證了井底處於欠平衡狀態，提高了鑽井效率，也指導現場實時獲取井下各項參數壓力、方位、井斜等，保證安全定向鑽迸。
圖I是本發明所涉及的設備示意圖；圖中零部件、部位及編號鑽井液I、往復式泥漿機2、混合器3、立管管道4、三相旋塞閥5、單向閥6、流量計7、針閥8、放氣管9、氣體增壓機10、氣源11。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進ー步說明。本發明包括以下步驟A、保持注液量不變，逐漸増大注氣量。待無井下壓カ脈衝反饋信號時，該注氣量條件下的最大持氣率即為臨界持氣率上限，即隨鑽測量設備的持氣率門限值；B、當地面檢測設備無法接收到信號時，打開放氣閥門排出氣體，立即停止注氣，保持注入鑽井液；C、當地面檢測設備可以接收到脈衝信號，關閉放氣閥門，以停氣前最後時刻相同的注氣量注入氣體。鑽井採用常規的充氣鑽井方法，一般而言所採用的設備可參考圖I所示的設備，鑽井液I經往復式泥漿機2增壓與氣源11中的氣體經過氣體增壓機10增壓經過混合器3充分混合後輸送至立管管道4，単位時間內流過鑽杆內過流斷面兩相流體總體積中氣相所佔的份額即為鑽杆內部的持氣率。在充氣鑽井過程中，參考圖I所示的設備，打開針閥8，調節注氣量，隨著注氣量的増加，井底由過平衡狀態逐漸轉變為欠平衡狀態，過平衡狀態為井底流動壓カ大於地層壓力，欠平衡狀態為井底流動壓カ小於地層壓力。利用地面檢測設備檢測井下壓カ脈衝信號，地面檢測設備即隨鑽檢測設備，在井下壓カ脈衝信號接收正常的情況下，三向旋塞閥5的放氣閥門關閉，利用往復式泥漿機2增壓輸送鑽井液1，利用氣體增壓機10輸出氣源11中的氣體，再通過混合器3將氣液注入到鑽杆內部，隨鑽杆內持氣率増大,井下壓カ脈衝信號衰減程度也隨之增加，當鑽杆內的持氣率達到一定值後，地面檢測設備將無法接收到信號，這個值被稱為臨界持氣率上限，此時，打開三向旋塞閥5的放氣閥門，停止注氣，保持注入鑽井液；當地面檢測設備可以接收到脈衝信號後即關閉三向旋塞閥5的放氣閥門，重新增大至原來的注氣量，即在地面檢測設備無法接收到信號時的注氣量，也就是停氣前最後時刻的注氣量，繼續進行充氣鑽井施工作業。在上述注氣過程中，鑽井液與氣體通過混合器3的剪切裝置將氣體與液體充分混合，避免氣體產生滑脫，避免形成段塞流而影響信號的接收。上述的A步驟即為獲取隨鑽測量設備持氣率門限值的方法，保持注液量不變，逐漸增大注氣量，待無井下壓カ脈衝反饋信號吋，該注氣量條件下的最大持氣率即為臨界持氣率上限，即隨鑽測量設備的持氣率門限值。不同的隨鑽測量設備具有不同的持氣率門限值，一旦獲得該隨鑽測量設備的持氣率門限值，即可利用該值來控制注氣，即在需要獲取壓力脈衝時，如果此時的持氣率大於隨鑽測量設備的持氣率門限值，此時即可進行上述的B、C步驟，由此非連續的獲得壓カ脈沖。由於脈衝信號在傳遞中需要時間，為了更準確的獲得脈衝信號，在A步驟中，増大注氣量是按時間段間隔調整的。也就是注氣量的増大是階梯狀的増大，注氣量的變化與時間的關係是分段函數關係，相同的注氣量會持續一段時間。這樣在相同注氣量這段時間內接收不到脈衝信號，說明在此注氣量下的持氣率已達到或超過了臨界持氣率上限。這種分段式的増加注氣量可以留出足夠的時間供信號傳遞和設備檢測，從而更準確的獲得脈衝信號。避免在達到臨界持氣率上限時仍然在増加注氣量，這就保證了鑽杆中持氣率的穩定性，避免了鑽杆中持氣率波動過大在充氣鑽井鑽進過程中需要多次獲取井下脈衝信號，待上次注入的純液體完全排出井口後，重複以上B、C操作步驟即可，此時不需要重複測量隨鑽測量設備的持氣率門限值，即無需再進行A步驟。實例應用以某鑽井為例，採用本發明方法後的參數結果如下表，下表參數均為可接受到脈衝信號的狀態
權利要求
1.一種非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法，其特徵在於包括以下步驟 A保持注液量不變，逐漸增大注氣量，待無井下壓力脈衝反饋信號時，該注氣量條件下的最大持氣率即為臨界持氣率上限，即隨鑽測量設備的持氣率門限值； B、當地面檢測設備無法接收到信號時，打開放氣閥門排出氣體，立即停止注氣，保持注入鑽井液； C、當地面檢測設備可以接收到脈衝信號時，關閉放氣閥門，以停氣前最後時刻相同的注氣量注入氣體。
2.如權利要求I所述的非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法，其特徵在於在A步驟中，增大注氣量是按時間段間隔調整的。
3.如權利要求2所述的非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法，其特徵在於每調整一次注氣量的間隔時間段為信號下行時間+信號上行時間+信號反饋時間+穩定測試時間。
4.如權利要求I所述的非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法，其特徵在於在A步驟中，鑽進液和氣體首先經過混合器充分混合後再注入。
5.如權利要求I至5任一權利要求所述的非連續獲取充氣鑽井井下壓力脈衝的方法，其特徵在於注液是通過往復式泥漿機(2)注入的，注氣是通過氣體增壓機(10)注入的。
全文摘要
本發明公開了一種充氣鑽井中非連續獲取井下壓力脈衝的方法。本發明提供一種既能獲取井下壓力脈衝，又能使井底處於欠平衡的方法，包括以下步驟A、注液量不變，逐漸增大注氣量，井下無壓力脈衝反饋信號時，該條件下的最大持氣率即為臨界持氣率上限；B、檢測設備無法接收到信號時，打開放氣閥門，停止注氣，注入鑽井液。計算合理停氣時間，若在儀器允許最大持氣率範圍內的極限停氣時間保證井底欠平衡，則可獲取井下脈衝信號，否則需更換持氣率門限值更高的隨鑽測量設備；C、檢測設備接收到脈衝信號後，關閉放氣閥門，以停氣前最後時刻相同的注氣量注入氣體。本發明採取以上步驟可以準確獲取井下參數，提高了鑽井效率，指導現場安全快速鑽井。
文檔編號E21B21/14GK102661146SQ20121015770
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者孟英峰, 宋巍, 徐小峰, 朱寬亮, 李皋, 李紅濤, 趙之, 鍾水清, 陳一健, 馬驍, 魏納 申請人:西南石油大學