后，通知司钻停常规气体钻井设备的空压机和增压机，通过计算机控制系统及时调节精细 节流管汇，保持设定点压力恒定，起下钻或接单根完毕后，开启常规气体钻井设备的空压机 和增压机，通过计算机控制系统及时调节精细节流管汇，保持设定点压力恒定，同时关闭回 压系统，起下钻或接单根程序完毕。
[00则 实施例2
[0060] 参照附图2,依据实施例1的装置控压气体钻井方法主要是：
[0061] (1)通过测井资料计算地层孔隙压力，地层孔隙压力通过Terza曲i模型计算：
[006引 P。= Pp+ 0 (1)
[0063] 式中；P。为上覆岩层压力；Pp为地层孔隙压力；0为垂直有效应力。
[0064] 由于相同声波时差的不同深度处的地层应力相同，即地层压实程度相同；地层压 实程度相同，岩石的骨架应力相同，即同样的孔隙度对应相同的有效应力。
[006引若1和2两点的声波时差相同，具有相同的有效应力，则；
[0066] 0 1 = 0 2 (2)
[0067] 由Terza曲公式得：
[006引 p0i = Ppi+0i (3)
[006引 P02 = Pp2+02 (4)
[0070] 联立求解得：
[ocm] Pp2 = P〇2- (P〇rPpi) (5)
[0072] 可得：
[0073] G出=- (G,,i - (6)
[0074] 式（6)可改写为：
[007引 Gp = G。- (G化-Gpn)苦 (7)
[007引式中；He为等效深度；Gp、G。、G。。、Gpn分别为计算点处的地层孔隙压力梯度、上覆岩 层压力梯度、等效深度处的上覆岩层压力梯度和正常地层孔隙压力梯度。
[0077] 根据声波时差随深度变化的正常趋势线方程：
[0078] Ati = At。? e_'H。 C8)
[0079] 因为：At2=Ati
[0080] 则可得：
[0081] At2=At〇-e-cH? C9)
[0082] 两边取对数可得等效深度的表达式：
[0083] = - In ^ (10) C Ato
[0084] 则地层孔隙压力梯度计算式为：
[00财 Gp = G0 -(G0e -G化)韦 In 告 (11) 姐 At
[0086] 式中；A t。为深度为0时的声波时差；C为常数，需要根据与实测地层压力的对比 确定。
[0087] (2)正常钻进情况下，通过井口节流阀维持地层环空压力等于地层孔隙压力；
[008引（3)当接单根或起下钻时，用回压系统来调节和补偿井筒循环压力的损失。
[0089] 在所述步骤（2)中，井口压力接收器接收到井底随钻测压仪从井内传输的井内值， 通过计算机控制系统根据计算结果自动调节精细节流管汇，实现井内环空压力始终等于地 层孔隙压力；
[0090] 在所述步骤（3)中，回压系统提前运转待命，回压系统正常运转后，通知司钻停常 规气体钻井设备的空压机和增压机，通过计算机控制系统及时调节精细节流管汇，保持设 定点压力恒定，起下钻或接单根完毕后，开启常规气体钻井设备的空压机和增压机，通过计 算机控制系统及时调节精细节流管汇，保持设定点压力恒定，同时关闭回压系统，起下钻或 接单根程序完毕。
[0091] 将空气经过空压机和增压机加压后注入钻柱内，并通过环空返出；通过井口压力 接收器接收井底随钻测压仪从井内传输的井内值；计算A P=井底压力-地层孔隙压力；当 A P〉设定值时，计算机控制系统根据计算结果自动调节精细节流管汇，实现井内环空压力 始终等于地层孔隙压力，当A 9<设定值时，开启回压系统，利用回压系统弥补井内循环压 耗，通过计算机控制系统及时调节精细节流管汇，实现井内环空压力始终等于地层孔隙压 力。
【主权项】
1. 一种控压气体钻井装置，包括空气增压系统、井口系统、空压钻机和钻机节流管汇， 其中空气增压系统包括增压机和/或空压机、气体流量及压力记录仪、泄压管和/或旁通 管、排空管、控制阀，其特征是：装置中还包括回压系统和精细节流管汇，井口系统上设有旋 转控制头，回压系统和精细节流管汇与旋转控制头连接。
2. 根据权利要求1所述的控压气体钻井装置，其特征是：所述回压系统包括增压机和/ 或空压机、气体流量及压力记录仪、泄压管和/或旁通管、排空管、控制阀；所述的精细节流 管汇包括由节流阀、控制阀、气体流量计连接构成的节流汇管，以及井底随钻测压仪、井口 压力接收器、计算机控制系统；其中，精细节流管汇通过其节流汇管与旋转控制头连接，井 底随钻测压仪设在井下钻机底部，井口压力接收器连接在钻机节流管汇和井口系统中的环 空出口之间，计算机控制系统连接在精细节流管汇的节流阀和井口压力接收器之间。
3. 根据权利要求2所述的控压气体钻井装置，其特征是：装置中还包括回收池；回压系 统、空气增压系统以及精细节流管汇均连接至回收池中。
4. 依据权利要求1、2、3所述的控压气体钻井装置的控压气体钻井方法，其特征是包括 以下步骤： 第一步，通过测井资料计算地层孔隙压力； 第二步，正常钻进情况下，通过精细节流管汇维持地层环空压力等于地层孔隙压力； 第三步，当接单根或起下钻时，用回压系统来调节和补偿井筒循环压力的损失。
5. 根据权利要求4所述的控压气体钻井方法，其特征是地层孔隙压力通过Terzaghi模 型计算： P0 = Pp+〇(1) 式中：P。为上覆岩层压力；pp为地层孔隙压力；0为垂直有效应力； 由于相同声波时差的不同深度处的地层应力相同，即地层压实程度相同；地层压实程 度相同，岩石的骨架应力相同，即同样的孔隙度对应相同的有效应力； 设1和2两点的声波时差相同，具有相同的有效应力，则： 〇 ! = 〇 2 (2) 由公式（1)得： Pol = Ppi+〇1 (3) P〇2 = Pp2+ 0 2 (4) 联立求解得： Pp2 - P〇2_ (P〇l_Ppi) (5) 可得：
式中：扎为等效深度；Gp、G。、G%、Gpn分别为计算点处的地层孔隙压力梯度、上覆岩层压 力梯度、等效深度处的上覆岩层压力梯度和正常地层孔隙压力梯度； 根据声波时差随深度变化的正常趋势线方程： At1 = At0 ? e cHe (8) 因为：At2 =Ah则可得： At」=At。? e lHe(9) 两边取对数可得等效深度的表达式：
则地层孔隙压力梯度计算式为：
式中：At。为深度为0时的声波时差；c为常数，需要根据与实测地层压力的对比确定。
【专利摘要】本发明提供了一种控压气体钻井装置包括空气增压系统、井口系统、空压钻机和钻机节流管汇，其中空气增压系统包括增压机和/或空压机、气体流量及压力记录仪、泄压管和/或旁通管、排空管、控制阀。装置中还包括回压系统和精细节流管汇，井口系统上设有旋转控制头，回压系统和精细节流管汇与旋转控制头连接。本发明该提出了控压气体钻井方法，包括以下步骤：通过测井资料计算地层孔隙压力；正常钻进情况下，通过井口节流阀维持地层环空压力等于地层孔隙压力；当接单根或起下钻时，用回压系统来调节和补偿井筒循环压力的损失。本发明解决了在气体钻井实施过程中，存在地层出水现象，很好的解决复杂地层安全钻进问题。
【IPC分类】E21B7-18
【公开号】CN104563870
【申请号】CN201310512969
【发明人】王宗钢, 韩来聚, 李作会, 冯光通, 牛洪波, 魏振, 赵洪山, 麻地辉, 刘晓兰
【申请人】中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月27日