[发明专利]一种双层管双梯度钻井技术的井身结构优化方法

说明书

本发明公开一种双层管双梯度钻井技术的井身结构优化方法，通过井下举升泵、泵入钻井液节流控制装置和返出钻井液节流控制装置的调控，精确控制隔离液的位置，随着井深增加，隔离液位置不断变化，使钻进过程中井底当量密度和所有裸眼井段当量密度处于安全密度窗口内，从而提高钻进过程的安全性，这样可以使得单次钻进深度最大，从而减少套管层次，优化井身结构，节约特种钢用量，减少套管和固井水泥的用量，显著节约钻井和固井成本。

技术领域

本发明涉及一种双层管双梯度钻井技术的井身结构优化方法，属于深水油气钻井工程技术领域。

背景技术

近年来，深水油气开发越来越受到国际关注，深水油气开发成为21世纪世界各国竞相研究的热点。常规钻井技术在陆地油气开采中越来越成熟，但应用到深水油气开采却面临诸多问题：深水钻井中安全密度窗口狭窄、井控难度大、环境污染风险高。常规钻井技术利用增加套管层次的方法来解决安全密度窗口狭窄的问题，大大增加了钻井成本。上世纪90年代，双梯度钻井技术在国外开始应用于实际生产中，目前双梯度钻井技术主要分为无隔水管钻井技术、海底泵举升钻井液钻井技术、双密度钻井技术。

海底泵举升钻井液钻井技术需要在海底安装海底泵，利用海底泵将泥线至井底环空钻井液通过单独的小管径回流管线举升至钻井平台。该技术适用范围最广，但成本相对较高，技术要求较高，有环保处理的问题。

无隔水管双梯度钻井技术不采用隔水管，直接将钻杆裸露在海水中，利用在井底安装旋转控制头，来隔开海水段的影响。该技术节约了隔水管的成本但海底吸入模块、海底泵设计要求高，控制理论和方法不成熟。

双密度钻井技术利用注气、注空心球的方法改变海底至海面处隔水管的钻井液密度，从而实现双梯度钻井，该技术经济性优于海底泵举升钻井液技术，但双梯度实现效果不太理想。

CN111021958 A提出了一种双层管双梯度钻井系统，该系统具有成本较低、双梯度实现能力较强、可实时切换常规钻井模式的优点，但面临着井身结构优化方法没有被提出的问题。本发明提出的双层管双梯度钻井技术的井身结构优化方法则很好地解决了双层管双梯度钻井技术井身结构优化方法没有被提出的问题。

发明内容

本发明主要是解决双层管双梯度钻井技术不成熟、井身结构优化方法没有被提出的问题，提出一种双层管双梯度钻井技术的井身结构优化方法，通过井下举升泵和节流控制装置的调控，精确控制隔离液的位置，随着井深增加，隔离液位置不断变化，使井底当量密度一直控制在安全密度窗口内，这样可以使得单次钻进深度最大，从而减少套管层次，优化井身结构，节约钻井成本。

本发明实施例的具体技术方案是：

步骤S10、获取钻井的基本参数；

步骤S20、设计出钻井液泥浆密度；

步骤S30、设计出钻井液井底安全密度窗口；

步骤S40、设计出隔离液安全位置范围及隔离液中间位置曲线；

步骤S50、改变隔离液的初始位置，重复步骤S20、S30、S40，以得到最优的井身结构设计；

步骤S60、钻前准备；

步骤S70、利用井下举升泵、泵入钻井液节流控制装置和返出钻井液节流控制装置，调控隔离液位置到隔离液初始位置；

步骤S80、正常钻进，根据隔离液中间位置曲线，利用井下举升泵和节流控制装置，实时调控隔离液的位置，利用隔离液位置监测装置实时监测隔离液位置；

步骤S90、单次钻进完成，进行下套管、固井操作；

步骤S100、按照优化后的井身结构设计重复步骤S60、S70、S80、S90；

步骤S110、钻井完成。