一种针对u形管效应的固井压力控制方法及系统的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明专利设及石油钻采工程固井技术领域，具体设及一种针对U形管效应的固 井压力控制方法及系统。
【背景技术】：
[0002] 在固井注水泥过程中，由于注入水泥浆的密度高于井内钻井液密度，当管内水泥 浆高度达到一定程度时，在重力势差的作用下，管内流体自流进入环空，产生U形管效应， 井口注入压力为零，流体流速显著增加，造成环空压耗增大而压漏地层，并冲刷井壁容易造 成跨塌。针对U形管效应下的固井压力进行控制，对于预防或减轻井下漏失和保护井壁都 具有重要的实际意义。
【发明内容】
：
[0003] 有鉴于此，本发明提供一种能够预防或减轻井下漏失和保护井壁的固井压力控制 方法及系统。
[0004] 一种针对U形管效应的固井压力控制方法，其包括W下步骤：
[0005] S1、实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q'、环空出口压 力值P'，并根据监测值进行判断是否出现U形管效应；
[0006] S2、如果出现U形管效应，则将环空出口流量值Q'缓慢降至管内注入流量值Q; 阳007] S3、待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值Q'，如果管内注 入流量值Q等于环空出口流量值Q'，表明U形管效应已得到有效控制；如果管内注入流量 值Q大于环空出口流量值Q'，表明经环空节流后井下出现了漏失情况，进入步骤S4 ;
[0008] S4、计算漏失状态下的井底漏失压力Pfi，W漏失压力Pfi为目标反算管内注入流量 值Q条件下的节流阀阀板闭合度n;
[0009] S5、根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度n调整节流阀，指导节流操作，从而 控制固井压力。
[0010] 此外，本发明提供一种针对U形管效应的固井压力控制系统，用于实时分析井下 工况和计算环空出口节流阀的阀板闭合度，其包括如下模块：
[0011] 流量调节模块，用于将环空出口流量值Q'缓慢降至管内注入流量值Q;
[0012] 监测比较模块，用于待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值 Q'，如果管内注入流量值Q等于环空出口流量值Q'，则表明U形管效应已得到有效控制， 并未出现井漏现象，此时按照管内注入流量值Q正常施工即可；如果管内注入流量值Q大于 环空出口流量值Q'，则表明经环空节流后井下出现了漏失情况；
[0013] 分析计算模块，用于对漏失状态下的井底漏失压力Pfi进行计算，并W漏失压力Pn 为目标，反推得到在管内注入流量值Q条件下的节流阀阀板闭合度n;
[0014] 控制执行模块，根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度n调整节流阀，指导节流 操作，从而控制固井压力。
[0015] 本发明所述为一种针对u形管效应的固井压力控制方法及系统，通过实时监测分 析注水泥过程中的进出口流量变化特征和进出口压力变化特征，及时发现U形管效应，并 通过一次流量调节进行初级判断，再通过计算得到节流阀阀板闭合度n进行二次流量调 节，从而达到预防或减轻井下漏失和保护井壁的目的。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明所述的针对U形管效应的固井压力控制方法的流程框图；
[0017] 图2为图1中步骤1的子流程框图；
[0018] 图3为本发明所述的针对U形管效应的固井压力控制方法的步骤流程示意图；
[0019] 图4为本发明所述的针对U形管效应的固井压力控制系统的模块框图；
[0020] 图5为图4中数据监测模块的子模块框图；
[0021] 图6为U形管效应下的固井流体循环示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 为克服现有技术中U形管效应产生的危害，本发明提供一种针对U形管效应的固 井压力控制方法，如图1所示，其包括如下步骤：
[0024] S1、实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q'、环空出口压 力值P'，并根据监测值进行判断是否出现U形管效应；
[0025] S2、如果出现U形管效应，则将环空出口流量值Q'缓慢降至管内注入流量值Q;
[00%] S3、待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值Q'，如果管内注 入流量值Q等于环空出口流量值Q'，表明U形管效应已得到有效控制；如果管内注入流量 值Q大于环空出口流量值Q'，表明经环空节流后井下出现了漏失情况，进入步骤S4 ;
[0027] S4、计算漏失状态下的井底漏失压力Pfi，W漏失压力Pfi为目标反算管内注入流量 值Q条件下的节流阀阀板闭合度n;
[0028] S5、根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度n调整节流阀，指导节流操作，从而 控制固井压力。
[0029] 具体的，当出现U形管效应后，应迅速通过安装在环空出口处的节流阀将出口流 量Q'缓慢降至注入流量Q，然后观察5分钟，待流动稳定时监测比较管内注入流量Q和环 空出口流量Q'。如果注入流量Q等于出口流量Q'，表明U形管效应已得到有效控制，且 未出现井漏现象，此时按照注入流量Q正常施工即可；如果注入流量Q大于出口流量Q'， 表明经环空节流后井下出现了漏失情况，需要进行二次流量调节操作；二次流量调节操作 需要计算漏失状态下的井底漏失压力Pfi，然后W井底漏失压力Pfi为目标反算注入流量Q 条件下的节流阀阀板闭合度n，从而指导节流操作，W更好地控制固井压力。
[0030] 其中，如图2所示，所述步骤S1还包括W下子步骤：
[0031] S11、获取总井深值H、井眼直径值Dh、套管外径值D。、套管内径值Di、水泥浆密度值 P1、钻井液密度值P3、环空流动摩阻系数值f、节流阀的通径D、管内注入流量值Q、注入压 力值P、环空出口流量值Q'、环空出口压力P';
[0032]S12、实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q'、环空出口压 力值P';
[0033] S13、根据各项监测值进行判断是否出现U形管效应，当P〉0，Q=Q'，表明未产生 U形管效应，注水泥作业施工正常，无需控制；当P=0,Q<Q'，表明井内出现了U形管效应， 需要及时控制。
[0034] 具体的，所述总井深值H、井眼直径值Dh、套管外径值D。、套管内径值Di、水泥浆密 度值Pi、钻井液密度值P3、环空流动摩阻系数值f、节流阀的通径D可W从固井设计数据 获取；
[0035] 固井注入流量值Q、注入压力值P可W从套管入口监测系统直接获取；环空出口返 出流量值Q'、环空出口压力P'可W从环空出口监测系统直接获取。
[0036] 步骤S4中所述井底漏失压力Pfi的具体分析计算方法如下：
[0037] 计算井底漏失压力：
[0038] P" =F1 化P3)巧化，Q'，P3,f，Dh，Dc) +P'
[0039] 上式中：
[0040] 尸1化P3) = 9.8IP3H
[0041 ]
[0042] P'从环空出口监测系统直接读取。
[0043] 所述节流阀阀板闭合度n的具体分析计算方法如下：
[0044] ①计算管内注入流量值Q条件下环空出口应控制的节流压力Pi:
[0045] Pi=Pn-Fi化P3)斗2化Q，P3,f，Dh，Dc)
[0046] ②计算环空出口节流阀应保持的流通面积A:
[0047]
[0048] ③计算环空出口节流阀阀板应保持的闭合度n:
[0049]
[0050]
;时采用下式计算闭合度n:
[0051]
[0052] 当
晰采用下式计算闭合度n:
[0053]
[0054] 式中：总井深H、井眼直径Dh、套管外径D。、套管内径Di、节流阀的通径D单位为m; 水泥浆密度Pi、钻井液密度P3单位为kg/m3;管内注入流量值Q、环空出口返出流量值Q' 单位为m3/s;环空流动摩阻系数f、节流阀阀板闭合度n单位为无因次；井底地层漏失压力 Pfi、注入压力值P、环空出口压力P'、注入流量Q条件下环空出口应控制的节流压力Pi单 位为化；环空出口节流阀应保持的流通面积A单位为m2。 阳化5]图3为本发明所述针对U形管效应的固井压力控制方法的步骤流程示意图。
[0056] 本发明还提供一种针对U形管效应的固井压力控制系统，用于实时分析井下工况 和计算环空出口节流阀的阀板闭合度，如图4所示，其包括如下模块：
[0057] 数据监测模块，用于实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值 Q'、环空出口压力值P'，并根据监测值进行判断是否出现U形管效应；
[0058] 流量调节模块，用于将环空出口流量值Q'缓慢降至管内注入流量值Q;
[0059] 监测比较模块，用于待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值 Q'，如果管内注入流量值Q等于环空出口流量值Q'，则表明U形管效应已得到有效控制， 并未出现井漏现象，此时按照管内注入流量值Q正常施工即可；如果管内注入流量值Q大于 环空出口流量值Q'，则表明经环空节流后井下出现了漏失情况；
[0060] 分析计算模块，用于对漏失状态下的井底漏失压力Pfi进行计算，并W漏失压力Pn 为目标，反推得到在管内注入流量值Q条件下的节流阀阀板闭合度n;
[0061] 控制执行模块，用于根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度n调整节流阀，指导 节流操作，从而控制固井压力。
[0062