[发明专利]一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法

摘要

本发明公开了一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，提早发现井涌溢流，解决当前早期井涌溢流实时性和准确性较差的问题。本发明在钻井现场，利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积，不受井眼尺寸和钻机类型的限制，所以监测方法简单、快速、有效。本发明由于根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析，所需参数可通过地面测量数据精确得到，可以更加迅速准确的对早期井涌溢流进行实时监测。

主权项

1.一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，其特征在于，所述基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，发现井涌溢流；利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积；根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析；通过对相关数据的测量和计算，及时判断是否发生了井涌溢流，达到对早期井涌溢流进行实时监测；基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法包括以下步骤：(A)在井口安装一个钻井液返出瞬时流量计，将泥浆循环池连接一泥浆泵，泥浆泵配套安装一泥浆压力传感器、一泥浆液位计，用来实时计量泥浆泵排量的变化；(B)启动泥浆泵，使泥浆开始循环，在循环过程中，通过泥浆压力传感器采集的数据和泥浆液位计液位的变化，实时对泥浆泵的排量进行监测；通过泥浆泵冲数、泵容积和泵排量系数建立模型，得到泥浆泵排量；泥浆泵分为单作用泵和双作用泵，设实际平均排量为Q，单作用泵的实际平均排量为：Q＝βmnLS₁；双作用泵的实际平均排量为：式中：S₁──泵活塞横断面积，S₁＝πD²/4,分米²；S₂──拉杆横断面积，S₂＝πd²/4,分米²；L──活塞冲程，分米；n──活塞冲次数，冲/分；m──泥浆泵缸数；β──泥浆泵排量系数，β＝0.8～0.96；Q──泥浆泵排量，升/分；D──泵活塞宽度，m；d──拉杆宽度，m；(C)根据泥浆泵排量计算模型计算实际平均排量Q，用Q_入和Q_出分别表示泥浆泵在指定相同的时间段内泵入的流量和泵出的流量；△Q＝Q_出‑Q_入，△Q表示泵出和泵入的泥浆的差值；根据流体热膨胀模型计算出流体热膨胀量Q_热；建立由于钻井液热膨胀效应引发的流体体积变化量为：式中：表征温度影响因素的被称为等压热膨胀系数，℃^‑1，表示流体在所受压强一定的情况下，温度每升高1℃，流体体积的相对膨胀率；Q_热──流体热膨胀量，m³；V──流体初始体积，m³；ΔT──泥浆温度变化量，℃；t₁──泥浆地面温度，℃，本发明假设为入口温度；t₂──地层温度，℃；c──泥浆比热容，J/(kg·℃)；m──环空泥浆质量，kg；r₂──井内环空外径，m；r₁──井内环空内径，m；λ──物质的导热系数，W/(m·℃)；L──井段长度，m；当井身设计为水平段时，同一层位地层温度相同，因此水平段井身中流体热膨胀效应引发的体积变化量为：ΔV＝αVΔT＝αV_sp(t_sp‑t₀)＝αV_spGh_cs；其中：V_sp为水平段井眼环空体积；h_cs为井眼垂深；t_sp为水平段井眼环空温度；当Q_热＝0时，即没有流体热膨胀的干扰，此时若△Q＝0，则说明瞬时流量不存在异常增大，即没有发生早期井涌溢流；(D)当Q_热＞0时，即存在流体热膨胀的干扰，此时若△Q‑Q_热,＝0，则转到D1，此时若△Q‑Q_热＞0，则转到D2；(D1)瞬时流量的增大只与流体热膨胀有关，排除了该影响后瞬时流量便不再异常增大，即没有发生早期井涌溢流；(D2)排除了流体热膨胀的干扰后仍然存在瞬时流量异常增大的情况，那么有可能是由于井壁崩落造成的，也有可能发生了早期井涌溢流；(E)当摩阻/扭矩参数发生明显的变化时，井下发生井壁崩落；摩阻/扭矩参数通过地面测量数据精确得到；根据摩阻/扭矩的计算若发现发生了井壁崩落，转到E1，若没有发生井壁崩落，转到E2，直井段、水平段的摩阻/扭矩计算模型：T_i+1＝T_i+(Wdlcosα±μN_i)M_i+1＝M_i+μN_irF＝±μN_i；式中：T_i+1,T_i——分别为第i段管柱单元上下端的轴向力；M_i+1,M_i——分别为第i段管柱单元上下端的扭矩；N_i——为第i段管柱单元与井壁的接触正压力；W——为单元管柱浮重；μ——为滑动摩擦系数；r——为管柱单元半径；F——为摩阻；α,Δα,——分别为平均井斜角、井斜角增量、方位角增量；(E1)瞬时流量的异常增大是由井壁崩落造成的，即不存在早期井涌溢流；(E2)瞬时流量的异常增大不是由井壁崩落造成的，则发生了早期井涌溢流。