基于PWD的井涌井漏早期监测.docx

4 基于PWD的井涌井漏早期监测4.1 PWD实时监测波动压力当钻具下入井内时，产生正的激动压力，当钻具从井内起出时，产生负的抽汲压力，PWD环空压力监测的结果是：在停泵期间，上提钻柱，井底压力降低；下放钻柱，井底压力升高。特别是当在高剪切泥浆中即使钻具的微小运动也会引起严重的波动压力。另外，旋转钻柱、起泵破胶、扩眼/划眼时，由于转速不均匀、排量变化等，使得井下压力不断变化而产生波动压力。激动和抽吸压力的大小和井眼几何尺寸、泥浆组成、钻柱旋转速度等有关。利用PWD压力传感器实时监测井下压力值，对于提出合理的钻进工艺技术措施，优化钻井液性能和水力参数，提高钻进效率，防止井下压力低于坍塌压力以及防止压力高于破裂压力具有重要意义。当钻井液停止循环时，为了阻止钻屑和重晶石下沉，钻井液的触变性需要满足悬浮钻屑和重晶石，但是，过大的胶凝作用，需要很大的力去破坏胶凝状态才能使钻井液剪切变稀。通常在钻进中，开始循环或再次循环时，破坏钻井液凝胶状态需要附加力，此时，一般的操作是用泵加压，并慢慢开始转动钻具以防泵压过高。有些情况下，这个泵压高的过程可持续10min之久，这个力也作用在地层上，因此，有发生循环漏失的危险。图4.1说明了破坏凝胶强度需要的附加压力。这个例子是停钻后恢复循环破胶时的随钻环空测井数据。在这种情况下，为了破坏凝胶强度，采用旋转钻柱和改变排量的操作。起泵旋转钻柱时，PWD记录的井下环空压力增加；停泵后ECD降低。图中可以看出，每次循环建立时，波动压力超过了泥浆重量大约1.2倍。图4.1 起泵破胶时的波动压力图4.2排量变化引起的波动压力，为了确保井眼清洁，有时候需要一直旋转钻柱和循环钻井液。从图中可以看出，钻柱以60r/min的速度旋转时，排量增大，井底压力增大；降低排量后井底压力减小。当排量和转速降为零时，井底压力维持稳定。由于压缩性和热效应作用，井底泥浆密度比地面泥浆密度值要高。图4.2 排量变化时的波动压力当钻具上下运动时，产生抽汲压力和激动压力。向下扩眼时极有可能发生事故，因为这时产生的激动压力是加到循环压力上，再加上钻具转动水力的影响以及悬浮钻屑的影响。这样形成的环空压力将大大高于预计的压力，这样高的压了会威胁到井壁完整性。如图4.3是划眼引起井底压力变化的例子，从图中可以看出以1.2g/cm3的泥浆钻进，转速为30r/min，排量为30L/s时，井底ECD大约为1.4g/cm3。在划眼时，由于存在抽吸激动压力，使得ECD在1.26g/cm3到1.45g/cm3范围内波动。图4.3 划眼引起的波动压力4.2 井涌井漏早期监测方法钻进过程中，地层流体进入环空时，必然改变井底周围环空流体的物理、化学和力学特性，也必然在随钻PWD上反映出来。但由于井下工况和测量环境的复杂性，井涌的监测将受到井下复杂井况的干扰。因此，基于PWD进行井涌早期监测技术关键在于建立井涌时的PWD响应特征，综合识别，排除干扰因素，提高监测成功率。钻井流体的流变模型是研究和现场监测井涌时井底环空压力响应特征的基础，目前现场常用的有宾汉、幂律、赫谢尔巴尔克莱模式、卡森模式等。通过分析比较与现场验证，幂律模式能较准确地反映实际钻井液流动特征。井底环空压力模拟表明，排量、机械钻速、侵入量等是影响井底压力变化特征的敏感参数。通过实测钻柱内外 PWD 值，可以实时修正流变模型、排量、机械钻速等影响因素，使水力模型更加精确反映井筒流体的流动规律特征。在现场，通过与 PWD数据接口，可将实测 PWD 值绘制在趋势线模版上，并与水力学计算模型和正常实际参数计算出的正常井底压力趋势线对比，如下： 若实测压力点落在正常趋势线上，则为正常； 若实测井底压力明显降低，并与侵入液体时的井底压力变化特征相吻合，则可判别为油水侵入，发出警报； 若实测井底压力迅速降低，并与侵入气体时的井底压力变化特征相吻合，则可判断为气侵； 若实测的井底压力降低，并与井漏时的井底压力变化特征相吻合，则可判断为井漏； 若实测的井底压力增加，则可能存在井壁坍塌等情况。4.3水力学计算本计算作法主要研究钻井液流动的特性，以及这些如何影响钻井液的流动。对钻井液进行专门测量以确定其在不同条件下的流变参数，通过这些参数可以对循环系统如何完成既定目标进行设计或者是评价。钻井液流变性在以下几方面具有重要意义：a) 计算钻杆内和环空内的摩擦损失；b) 确定钻井液当量循环密度；c) 确定钻井液在环空中的流态；d) 估算井眼清洁效率；e) 评价钻井液悬浮能力；f) 确定直井段钻屑沉降速度。本作法中讨论的钻井液流变性仅为单相液体流动。设井深为H，钻井液流量为Q，钻井液密度为，钻杆内外径分别为、,套管内径为，则井底压力由静液柱压力和该井中的环空摩阻压降组成，即：井底压力P为：式中：为钻井液密度；为环空摩阻压降；设钻井液在该井中为层流，并且环空和钻杆平均流速分别为、，环空中的流性指数为和稠度系数为，钻杆内的流性指数为和稠度系数为，则该井中的环空摩阻压降为：钻杆内摩阻压降为：由幂律流体压降计算范宁水力摩阻系数,在环空中：给定排量Q的情况下，环空流速：环空内有效粘度：环空流雷诺数：在层流条件下，环空摩阻系数：在钻杆中：钻杆中平均流速：钻杆内有效粘度：钻杆内雷诺数：钻杆内摩擦系数：其中：钻杆内径，单位为in； 钻杆外径，单位为in； 套管内径，单位为in； 钻井液密度，单位为1b/gal； 幂律流体粘度，单位为cp； V平均流速，单位为ft/s； f范宁水力摩阻系数。4.4 PWD早期监测主要特点1）对于储层具有高压裂缝性的特点，一旦钻遇高压层，由于流体侵入速度过快，常规监测方法不能在早期监测到微量溢流的发生；对于裂缝性储层，由于漏失速度过快，采用常规方法不能及时监测到漏失的发生，也会导致钻井液大量漏失后的溢流风险，进而可能发生井喷事故，对安全井控带来很大困难。对微量溢流及漏失进行实时监测，可以清晰、灵敏、快速监视钻井液流量的增减，从而能够及时发现早期溢流和井漏风险，避免因为误时造成的井喷等事故的发生，为后续井控作业提供可靠依据，实现安全钻井。2）由于储层压力系统复杂，储层埋藏深，常规钻井时一般采用水力学模型来计算环空压力，对于复杂地层，由于高温高压对钻井液性能的影响，常规方法具有很大的不准确性，并且由于是深井或超深井，在接单根和起下钻作业时，环空波动压力很大，在窄密度窗口钻进时，易出现井喷和井漏事故。对环空压力进行动态监测，可以消除井下复杂因素的影响，不仅能够动态修正环空水力学模型，而且能够对早期溢流和井漏进行预警，监测漏失速度，对于接单根和起下钻作业也能准确监测压力波动，为井控作业提供依据。3）常规的溢流及漏失监测是通过监测地面泥浆罐液面高度变化来实现的，然而常规方法缺乏有效性、准确性和及时性，并且无法判断微量