[实用新型]一种精细控压钻井稳定井壁的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气易塌易漏复杂地层钻井作业中确保井壁稳定的一种钻井液密度计算方法及保持井底压力恒定控制方法，特别是涉及一种精细控压钻井稳定井壁的装置，建立一套系统的易塌易漏地层安全钻井井底压力精确控制方法，确保复杂地层窄钻井液密度窗口条件下的安全快速钻井作业。

背景技术

石油工程中普遍应用弹性、孔隙弹性、塑性、粘弹性力学方法结合强度准则方法解释井壁坍塌和破裂压力。根据岩石本构关系、全应力应变实验数据及岩石的力学特性参数获取井壁达到临界状态时对应的井眼内支撑力，据此来计算井壁坍塌压力、破裂压力及钻井液密度窗口。

中国专利（公告号CN1966934A）提出了一种所钻预测钻头底下地层坍塌压力和破裂压力的方法。通过找出同一井眼中不同层系地层的已钻井段测井结果与地震记录的关联，并根据地质分层随钻预测坍塌压力和破裂压力。

以上的方法都没有提及针对易塌易漏地层合适的井底压力计算方法和井底恒定压力控制方法。对于易塌易漏地层，孔隙-裂缝共同存在，由于裂缝比岩石基质高的多的渗透性和裂缝面较低的强度参数，对井壁坍塌造成的影响是重大的。对于这种地层实际上并不存在破裂压力，只要钻井液柱压力超过地层孔隙压力及流体在地层裂缝中的流动阻力便会发生钻井液循环漏失，所以在井壁破裂之前已经发生了井壁不稳定事故，破裂压力在此情况下已经失去了意义。所以，在易塌易漏复杂地层情况下钻井，井底压力超过地层孔隙压力可能很小一个范围内便会出现井眼漏失，而且由于地层裂缝高渗透导流能力及其对岩石强度的削弱，坍塌压力也可能出现在一个较高的范围内，甚至可能高于地层孔隙压力，这种现象就会导致允许的安全钻井液密度窗口变窄。而常规钻井过程中井底压力的波动范围较大，在这种窄窗口地层钻井时极易造成喷、漏、塌、卡等钻井复杂情况。为避免上述问题，需要将精确的井底压力确定方法与精确地控制井筒压力的方法结合起来，通过岩石力学方法设计钻进易塌易漏复杂地层的时的井底压力，使用精确的压力控制技术控制各种工况下的压力波动，从而达到采用恒定的钻井液密度进行钻进，起钻，下钻，接单根等整个钻井作业过程，减少钻井过程中的井壁不稳定事故。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种精细控压钻井稳定井壁的装置。

一种精细控压钻井稳定井壁的装置，液气分离器连接点火装置、振动筛和自动节流管汇；振动筛连接循环罐；循环罐连接钻井泵；钻井泵连接立柱；立柱连接井底钻具；井底钻具连接环空压力测量装置，井口连接专用节流管汇，专用节流管汇连接自动节流管汇，自动节流管汇连接回压泵。

一种精细控压钻井稳定井壁的方法，含有以下步骤;基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；通过对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；结合循环压耗设计使用的钻井液密度值，在钻井，停泵以及起下钻过程中，用PWD（Pressure While Drilling）实时监测环空压力值确保井底压力基本等于设计井底压力。

一种精细控压钻井稳定井壁的方法，还含有以下步骤;

①通过易塌易漏地层坍塌和漏失分析，据此确定合适的井底压力；

②计算实际使用的钻井液密度；

③通过控制环空压耗实现对井底压力的调控；

用第二孔隙度，第二渗透率，第二压缩系数将裂缝明确的描述成第二孔隙连续介质；基于双重孔隙弹性假设分析易塌易漏地层的坍塌压力和漏失压力；对比地层孔隙压力，坍塌压力和漏失压力设计合适的井底压力值；对于易塌易漏地层，确保井底压力大致等于设计井底压力且波动不大，保证钻井作业过程中的井壁稳定；

通过控制环空压耗实现对井底压力的调控；为了能在钻井过程中顺利实施对环空压耗的调控，使用的钻井液密度应该比设计的钻井液密度小，通过考虑环空压耗进行迭代计算实际使用的钻井液密度；

在钻井中，通过在井口加装旋转控制头来密封井口，使其在钻进中能够保持一定的压力，即井口回压p_b；通过调节节流阀的开度实现p_b的调控，调整井口回压使井底压力瞬间发生改变，保持井底压力恒定；

通过实时测量计算井底压力，并判断钻井泵的泵速、钻井液密度和其他一些引起压力瞬时改变的因素(如岩屑含量和钻杆的转速等)的当前状况，调控调节节流阀的开度控制井口回压。