测到信号时气侵已经发生了?^ = ?^ = 22.3π?η，同时计算气体到达井口所 需时间Tiim = 7.6min;总溢流量Qzy根据公式(7)计算确定，其随时间的变化情况如图4所示， 从而实现了根据隔水管处截面含气率实时确定气侵发生后总溢流量的大小。此外，还可利 用步骤1建立的井筒气液两相流计算模型计算气侵发生后每一时刻井筒环空中的气体分 布，即不同井深处的截面含气率E g(H，t)。
[0072]由此，根据气侵已发生时间1'〇」=1'。= 22.3111；[11、气体到达井口的剩余时间1'^111 = 7.6min、任一时刻的总溢流量QZY(见图4)以及任一时刻不同井深处的截面含气率Eg(H，t)， 不但可以对气侵进行精确的监测，还可对井筒气侵情况进行实时的定量描述，从而实现了 基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测。
【主权项】
1. 一种基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其特征在于:在隔水管 底部对位安装超声波探头监测气侵信号，根据建立的声波信号衰减与截面含气率的定量对 应关系，结合深水钻井井筒气液两相流模型和含可信度地层压力预测方法，建立基于隔水 管处气侵监测数据的井筒气侵程度反算方法，提前准确发现气侵的同时，实现对井筒气侵 情况的实时定量描述，从而形成基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法。2. 根据权利要求1所述的基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其特 征在于，具体方法如下： 步骤一、获取深水井的参数 步骤二、确定实际工况下声波信号与截面含气率的定量表征关系 步骤Ξ、在隔水管底部对位安装超声波探头并实施超声波监测 步骤四、根据声波监测数据实时描述井筒气侵程度。3. 根据权利要求1-2所述的基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其 特征在于，深水井的参数，包括:水深h、井深H、已固井段Hg、海水表面溫度Tc、隔水管外径尺 寸D、循环排量L、钻井液物性密度P、钻井液导热系数λι、钻井液稠度系数K、钻井液流性指数 η、地层孔隙度Φ、渗透率k、地层导热系数λ?、原始地层压力Ρο。4. 根据权利要求1-2所述的基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其 特征在于，步骤二的具体方法如下:根据步骤一中深水井的实际参数，采用室内实验模拟该 工况下超声波对气侵的响应情况，探头频率从0.2Μ化开始W0.2M化的步长逐步增加到 2.0MHz分别进行实验，选取接收声信号幅值最大的探头频率作为最佳探头频率，并建立该 频率探头超声波接收信号与截面含气率的定量关系；改变钻井液物性和排量进行实验，建 立不同钻井液物性和排量条件的超声波接收信号与截面含气率的关系式，便于实际工况下 通过声波监测数据实时计算截面含气率随时间的变化情况。5. 根据权利要求1-4所述的基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其 特征在于，步骤Ξ的具体方法如下：在隔水管底部分别通过第一延迟块和第二延迟块对位 安装超声波发射探头、超声波接收探头，第一延迟块、第二延迟块的外径与钻杆的外径相 切，超声波发生器采用900V高电压发生装置;超声波由超声波发射探头发射，穿透隔水管和 钻杆形成的环形空间到达超声波接收探头，超声波声波监测信号经由海底电缆实时传输至 平台监视器，平台人员可通过平台监视器实时了解声波监测数据。6. 根据权利要求1-5所述的基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其 特征在于，步骤四的具体方法如下：隔水管处一旦检测到气侵，便需要根据气侵情况判断是 否需要采取措施进行井控，而判断的依据便是井底气侵时间和井筒气侵程度;利用步骤二 中建立的实际工况下的声波接收信号-截面含气率经验公式，基于步骤Ξ中的隔水管处声 波监测数据来计算截面含气率随时间的变化情况;然后利用深水钻井井筒环空气液两相流 模型对井筒的气侵程度进行反算，进而确定井筒的气侵程度。7. 根据权利要求6所述的基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法，其特 征在于，具体步骤如下： (1 )、根据目标井的井身结构、钻井液性能、施工参数和地层参数等，建立井筒气液两相 流计算模型，控制方程如下： 气相连续性方程：气体上升速度经验方程： Vg = C〇[VgEg+VlEl]+Vrg (4) 气相状态方程：贷 另外，溢流量计算公式为:化=A · Vio(l-Eg) · At-化。· At (6) 总溢流量： QzY(t) = QzY(t-l)+QzY(t) (7) 其中，A为环空横截面积，m2;Eg，Ei分别为气化液相的体积分数，无量纲;Pg，Pgs，Pi分别 为气相密度、气相相对密度、钻井液的密度，kg/m3;vg，vi分别为气相、液相的速度，111/3;也为 单位时间单位厚度气层产出气体的质量，kg/(s · m) ;Vi。为井口流体流速，m/s ;Qi。为累流 量，化Y(t)为t时刻的总溢流量为液柱压降， 化/m; g为重力加速度，πΛ/3 ; C日为气相分布系数，无量纲;vrg为气体滑脱速度，m/s; Z为气体 压缩因子，无量纲;T为溫度，°C; P为压力，Pa; (2) 、引入含可信度地层压力预测方法对目标井的地层压力进行预测，假设目标井井底 原始地层压力为Po,通过计算确定目标井井底含可信度的地层压力取值区间为[Ρι,Ρν]，对 应的可信度为J; (3) 、采用步骤一建立的井筒气液两相流计算模型模拟不同井底原始地层压力条件下 的气侵过程，得到一系列不同原始地层压力[Ρι,Ρν]条件下的隔水管底部截面含气率随时间 的变化情况，选取含气率开始非零的时间点[Toi，Ton]和截面含气率达到EgM的时间点[Tti， TtN]，，根据实际需要在0-20%选取，计算隔水管处截面含气率0-EgM随时间的变化率：側 则Toi和Κι即为隔水管处截面含气率反映井底气侵程度的特征参数； (4) 、假设实际工况下声波监测到Δ t时间内隔水管底部截面含气率的变化率为Κ。，检测 到气泡的时刻为Tc，若满足： Kc-Kj|<e (9) 则认为町对应的井底原始地层压力門为真实的地层压力；其中ε根据实际情况确定取 值； (5)、在步骤2中选取門对应的井筒气侵模拟结果，确定气泡到达隔水管底部所用时间， 即监测到信号时气侵已经发生了Toj，则气侵发生的时刻为Tc-Toj，同时计算气体到达井口所 需时间Tlim;总溢流量QZY根据公式(7)计算确定，从而实现根据隔水管处截面含气率实时确 定气侵发生后总溢流量的大小;此外，还可计算气侵发生后每一时刻井筒环空中的气体分 布，即不同井深处的截面含气率Eg化，t);根据气侵发生的时刻Tc-Toj、气体到达井口的剩余 时间Tiim、任一时刻的总溢流量化yW及任一时刻不同井深处的截面含气率Eg化，t)，不但可 W对气侵进行精确的监测，还可对井筒气侵情况进行实时的定量描述，从而实现基于隔水 管气液两相流识别的深水钻井气侵监测。
【专利摘要】本发明属于深水油气钻井领域，具体地，涉及一种基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法；在隔水管底部对位安装超声波探头监测气侵信号，根据建立的声波信号衰减与截面含气率的定量对应关系，结合深水钻井井筒气液两相流模型和含可信度地层压力预测方法，建立基于隔水管处气侵监测数据的井筒气侵程度反算方法，提前准确发现气侵的同时，实现对井筒气侵情况的实时定量描述，从而形成基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法。本发明的所测数据更能真实、全面反映该截面的含气率情况，可以基于隔水管处的声波监测数据对井底预测原始压力进行修正，使得井筒气侵程度反算结果更接近真实情况，利于采取合理措施控制气侵。
【IPC分类】E21B47/06, E21B47/04
【公开号】CN105545285
【申请号】CN201510689849
【发明人】管志川, 许玉强, 刘永旺, 张洪宁, 王晓慧
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年10月22日