[发明专利]利用动态环空压力控制系统确定井眼中地层流体控制事件的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及穿过地下岩层钻出井眼的领域。更具体地，本发明涉及一种用于确定诸如钻井液的流失或地层流体进入井眼中的井眼流体控制事件的方法。

背景技术

在地下地层进行勘探以及生产油气在根本上需要一种方法来到达地层以及从地层抽取油气。到达和抽取通常是通过借助钻机从地表到含油气地层钻出井眼而实现的。在最简单的形式中，陆基钻机被用于支承安装在钻柱的端部上的钻头。钻柱通常由一连串的钻管或者类似的管状区段首尾相连地连接而形成。钻柱由位于地表的钻机结构支承。由基流体(通常为水或油)以及各种添加物组成的钻井液被向下泵送到钻柱中的中央开口中。钻井液经过旋转钻头主体中被称为“喷嘴”的开口而离开钻柱。钻井液随后向上循环返回到井眼壁与钻柱之间形成的环状空间，携带来自于钻头的岩屑，从而清洁井眼。钻井液同时被积聚，从而使得由钻井液施加的流体静压力大于周围的地层流体压力，由此防止地层流体进入到井眼中。

钻井液静压力通常大于地层流体压力还会导致流体进入到岩层孔隙中或者“侵入”岩层。为了降低由于这种侵入的钻井液流失量，钻井液中的某些添加物粘附到井眼壁上的可渗透岩层，由此在岩层壁上形成了相对不可渗透的“泥饼”。这种泥饼大体上终止了连续的侵入，这有助于在将保护性管道或者套管设定到井眼中作为钻井程序一部分之前保持以及保护岩层，这在下面将会进一步说明。钻井液的积累从而施加超过岩层压力的流体静压力通常被称作“超平衡钻井”。

钻井液最终返回到地表，在此钻井液被传送到泥浆处理系统，该系统通常包括以下部件：例如将固体从钻井液中除去的摇床台、将溶解的气体从钻井液中除去的除气器、存储罐或者“泥浆池”、以及用于将各种化学品或添加物添加到经由前述部件处理的流体中的手动或者自动装置。清洁的、经处理的钻井液流通常被测量，从而确定由于前述流体侵入而导致的流失到岩层的流体流失。返回的固体和流体(在处理之前)可被研究，从而确定在钻井操作中使用的各种地层特性。一旦钻井液在泥浆池中得到处理，那么它随后被泵送到泥浆池之外以及被再次泵送到钻柱顶部中。

上面所述的超平衡钻井技术是一种最常用的地层流体压力控制方法。超平衡钻井主要依赖于由环状空间(“环空”)中的钻井液柱所产生的流体静压力来限制地层流体进入到井眼中。由于超过了岩层孔隙压力，因此环空流体压力能够有助于阻止地层流体突然入流到井眼中，例如气涌。当这种气涌发生时，钻井液的密度会增加，从而阻止地层流体进一步入流到井眼中。然而，密度增加(“加重”)将添加物添加到钻井液中：(a)不能足够快速来应对地层流体入流；以及(b)会导致环空中的流体静压力超过岩层裂缝压力，从而使得岩层中产生裂纹或裂缝。岩层中裂缝或裂纹的产生通常会导致钻井液流失到岩层，可能会不利地影响含油气岩层的近井眼渗透性。在气涌的情况下，井眼操作员会选择关闭设置在钻机平台下方的环空密封装置(被称为“防喷器BOP”)，从而控制气体在环空中移动上升。在控制气涌入流时，在BOP被关闭之后，气体从环空排出以及钻井液密度在重启钻井操作之前被增加。

超平衡钻井的使用还影响了钻井操作期间套管必须设定的深度。钻井操作从“导管”被推入到地面中开始。防喷器组通常连接到导管的顶部，以及钻机被设置在防喷器组的上方。借助钻机方钻杆或者顶部驱动使得整个钻柱旋转，具有钻头的钻柱会选择性地旋转，或者钻头可以使用安装在钻柱中钻头上方由钻井液提供动力的电机而独立于钻柱旋转。如上面所提到，操作者会钻穿地层(“裸井眼”)，直到钻井深度的钻井液压力接近于岩层裂缝压力。在这个时候，通常将套管柱插入以及悬挂在井眼中，从地表向下到最低的钻井深度。注水泥套管鞋被放置在钻柱上并且专用水泥被转移穿过钻柱以及转移到注水泥套管鞋之外，从而在环空上行并且随后转移环空内的任意流体。岩层壁与套管外部之间的水泥有效地支承岩层以及隔离岩层而与井眼环空分开。进一步裸眼钻井能够在套管柱下方进行，其中钻井液在套管底部下方的钻孔裸眼中再次提供压力控制和岩层保护。当流体密度必须增加从而控制较深岩层中地层流体压力时，套管能够保护较浅岩层免受由钻井液的流体静压力所引起的破裂。