一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法
【专利摘要】本发明属于石油勘探开发领域。尤其是对于钻井微芯片示踪器进行深度确定的方法。所述示踪器随钻井液的流动而运动，本发明是用压力法进行钻井示踪器的深度定位，所述方法先计算环空不同深度点的静液压力，按照环空不同将全井分为若干井段，并计算每个井段示踪器所受到的摩擦阻力，从而计算出示踪器在环空所受到的压力，根据示踪器实测的压力，就可计算出示踪器所在的深度。该发明能够及时发现井涌、井漏、钻具摩擦井壁、钻具刺穿等钻井异常事故，提高钻井效率，及时发现及评价油气储层。
【专利说明】一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油勘探开发领域。涉及在钻井中为了提高钻井效率和保障钻井安全 检测井筒温度和压力的研究方向，尤其是对于钻井微芯片示踪器进行深度确定的方法。
【背景技术】
[0002] ①钻井参数测量对保障钻井安全具有重要的作用
[0003] 石油钻井是一项高风险的行业，在钻井过程中，如果发生钻井事故，轻则造成财产 损失，重则造成人员伤亡。随着井深的增加，特别是各种分支井、水平井的开发，钻井事故及 复杂情况的发生率越来越高。每年国内各大油田都不同程度地发生井涌、井漏等钻井工程 事故，而这些事故与钻井工程参数的变化密切相关。因此，实时监测钻井工程参数的变化可 以有效地防止此类事故的发生。
[0004] ②温度和压力是石油钻井最重要的两项参数
[0005] 钻井液温度和压力是钻井工程中的两项重要的基础数据。地层的温度压力能够反 映出钻机的工作状态及地层的物性等特征。对整个井筒的温度、压力进行实时监测，建立随 钻采集的温度、压力剖面对钻井工程的提速提效和安全钻井有着重要的意义。
[0006] ③常规技术无法快速采集上部井眼的温度压力参数
[0007] 当前的温度参数的采集一般有两种方式，一种是地面采集，一种是近钻头处采集。 在地面采集时，由于钻井液的运移，所采集的温度参数误差较大，且不能反映井筒内某点的 温度参数。采用近钻头处的采集处采集时，只能采集钻头位置附近的参数。所以，所以，无论 是地面采集，还是近钻头处采集，都不能采集上部井眼的温度压力参数，缺少对整个井筒的 参数的动态变化。随钻井深的不断增加，钻井液密度的变化，井筒全立体的监测尤其重要。
[0008] ④采集的温度压力参数没有进行深度定位
[0009] 目前，国内外开始了相关研究，设计出能够用于实时快速检测井筒温度和压力的 数据采集系统一微芯片流体示踪器，图1为示踪器示意图（小圆圈为示踪器)。该示踪器的 工作原理是，在钻井过程中，示踪器从地面进入钻杆内，通过钻井液循环，到达井底后从钻 头的水眼进入环空区域，并随着环空钻井液上返至地面，最后被地面的特殊装置俘获。示踪 器在运动过程中实时连续采集井筒内温度和压力参数。该示踪器除记录了温度、压力参数 夕卜，还记录了时间参数，但没有记录井深参数。井身参数是评价井筒内温度压力最直接的参 数，需要将时间参数转化为井深参数，用来准确评价不同井深的温度、压力。目前，国内外 都没有解决该示踪器在井内深度定位问题。由于钻井工程师不关心钻杆内的温度压力参数 变化，更关心环空温度压力参数的变化，所以在本专利中，只考虑示踪器在环空内的深度定 位。
【发明内容】
[0010] 本发明为了解决现有技术中对示踪器深度无法准确确定和评价的技术问题，即现 有技术中，示踪器在井内运动时，只采集了时间信息，没有采集井深信息，
[0011] 本发明研发了一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，是将时间信息与 井身结构信息相结合，转化为井深信息，用于监测不同井深处参数的变化，及时制定施工措 施。
[0012] 本发明的基本研发思路为：钻井液在环空内上返，示踪器在钻井液的携带下也上 返，在不同的深度，示踪器所受到的压力是不一样的，根据示踪器检测的压力，可确定示踪 器所在的深度，见图2。
[0013] 本发明的技术方案为，
[0014] 一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，
[0015] 所述示踪器由钻井液携带进入钻井内，至井底后沿井环空内上返回地面，所述示 踪器用于实时快速检测井筒温度和压力并进行数据采集；
[0016] 所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照井筒 环空内、外径尺寸将全井分段，根据钻井液流量、密度和粘度以及井内物理参数得到在各井 段示踪器的静液压力和示踪器在各井段环空内的摩擦阻力，并由此得到各个井段示踪器的 实际环空压力；从而获取示踪器在各个井段的深度位置，从而实现定位示踪器深度。
[0017] 由于环空内外径的不同将对该井段示踪器的静摩擦力和摩擦阻力等速度造成影 响，因此需要先针对各井段中不同环空内外径进行区分，所述按照井筒环空内外径尺寸将 全井分段是按照环空尺寸的由小及大分段，即同一环空尺寸的井段为同一井段；
[0018] 且提取各井段的井内物理参数，包括：内径，外径和各井段高度；以及钻井液的流 量，钻井液粘度以及密度值。
[0019] 根据各井段深度不同，确定各环空内示踪器所受到的静液压力；
[0020] 所述静液压力为钻井液不循环，作用在示踪器的压力为钻井液的静液压力，其 为：
[0021] Ph=l(T3gphi
[0022] Ph-井眼内某点的静液压力，MPa，P 一钻井液密度，g/cm3 ；
[0023]比一环空内某点的垂直高度，m;
[0024]令 k = l(T3g Ρ，贝丨J Ph = khiD K 为常数。
[0025] 根据各井段环空内径、外径不同，确定示踪器在各井段环空内的摩擦阻力；
[0026] 钻井液循环时，环空内会产生摩擦阻力，作用于示踪器；先根据钻井液流量和粘度 得到示踪器的摩擦阻力系数，后将此示踪器的摩擦阻力系数与该点与该井段顶端的距离的 乘积即为示踪器在该位置处的摩擦阻力。
[0027] 根据上述各环空内示踪器所受到的静液压力和摩擦阻力得到各个井段示踪器的 实际环空压力：在各个井段，作用于示踪器的实际环空压力为静液压力与摩擦阻力的和。
[0028] 根据各井段示踪器的实际环空压力确定示踪器所在的深度，示踪器所在深度为该 段实际环空压力加上摩擦阻力，然后再除以静摩擦系数与该段的摩擦阻力系数之和。
[0029] 如图2所示，本发明压力定位所述示踪器深度的方法步骤包括：
[0030] ①确定环空内示踪器所受到的静液压力步骤：根据钻井液流量、密度和粘度以及 井内物理参数得到静液压力；
[0031] 钻井液不循环，则作用在示踪器的压力为钻井液的静液压力，其为：
[0032] Ph=l(T3gphi
[0033] Ph-井眼内某点的静液压力，MPa，P -钻井液密度，g/cm3屯一环空内某点的垂直 闻度，m，
[0034] 令 k = 10_3g p，则 Ph = kh ;
[0035] ②分配井段步骤：
[0036] 按照环空内外径的不同，将全井分为若干井段，全井眼总长度为H，即H = W......+hn ;每个井段环空内外径、长度自上而下分别为;d2、D2、h2 ; ......，dn、 Dn、hn n=l，2, 3,......；
[0037] ③确定每个井段钻井液作用于示踪器的环空摩擦阻力系数钻井液循环，环空内会 产生摩擦阻力，作用于示踪器：
[0038] 在h井段，作用于示踪器的摩擦阻力系数为：
[0039]
【权利要求】
1. 一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在于， 所述示踪器由钻井液携带进入钻井内，至井底后沿井环空上返回地面，所述示踪器用 于实时快速检测井筒温度和压力并进行数据采集； 所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照井筒环空 内、外径尺寸将全井分段，根据钻井液流量、密度和粘度以及井内物理参数得到在各井段示 踪器的静液压力和示踪器在各井段环空内的摩擦阻力，并由此得到各个井段示踪器的实际 环空压力；从而获取示踪器在各个井段的深度位置，从而实现定位示踪器深度。
2. 根据权利要求1所述的一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 所述按照井筒环空内、外径尺寸将全井分段是按照环空内、外径尺寸的由小及大分段， 即同一环空尺寸的井段为同一井段； 且提取各井段的井内物理参数，包括：内径，外径和各井段高度；以及钻井液的流量， 钻井液粘度以及密度值。
3. 根据权利要求1或2所述的一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特 征在于， 根据各井段深度不同，确定各环空内示踪器所受到的静液压力； 所述静液压力为钻井液不循环，作用在示踪器的压力为钻井液的静液压力，其为： Ph = l(T3gP 比 Ph-井眼内某点的静液压力，MPa，P -钻井液密度，g/cm3 ; 比一环空内某点的垂直高度，m ; 令k = l(T3g P，则Ph = khi ;其中k为常数。
4. 根据权利要求2所述的一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 根据各井段环空、外径不同，确定示踪器在各井段环空内的摩擦阻力； 钻井液循环时，环空内会产生摩擦阻力，作用于示踪器；先根据钻井液流量和粘度得到 示踪器的摩擦阻力系数，后将此示踪器的摩擦阻力系数与该点与该井段顶端的距离的乘积 即为示踪器在该位置处的摩擦阻力。
5. 根据权利要求3或4所述的一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特 征在于， 根据各环空内示踪器所受到的静液压力和摩擦阻力得到各个井段示踪器的实际环空 压力：在各个井段，作用于示踪器的实际环空压力为静液压力与摩擦阻力之和。
6. 根据权利要求5所述的一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 根据各井段示踪器的实际环空压力确定示踪器所在的深度，示踪器所在深度为该段实 际环空压力加上摩擦阻力，然后再除以静摩擦系数与该段的摩擦阻力系数之和。
7. 根据权利要求1或2所述的一种利用压力定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特 征在于， 压力定位所述示踪器深度的方法步骤包括： ①确定环空内示踪器所受到的静液压力步骤：根据钻井液流量、密度和粘度以及井内 物理参数得到静液压力； 钻井液不循环，则作用在示踪器的压力为钻井液的静液压力，其为： Ph = l(T3gP hi Ph-井眼内某点的静液压力，MPa，P-钻井液密度，g/cmShi-环空内某点的垂直高 度，m， 令 k = l(T3g P ,则 Ph = khi ; ② 分配井段步骤： 按照环空内外径的不同，将全井分为若干井段，全井眼总长度为H，即H = W......+hn ;每个井段环空内外径、长度自上而下分别为;d2、D2、h2 ; ......，dn、 Dn、hn n=l，2, 3,......； ③ 确定每个井段钻井液作用于示踪器的环空摩擦阻力系数 钻井液循环，环空内会产生摩擦阻力，作用于示踪器： 在4井段，作用于示踪器的摩擦阻力系数为：
在钻进过程中，所涉及到的物理量均为常数，所以h的值为常数，其中： Q一钻井液流量，Ι/s ; μ -塑性粘度，Pa · s ; 在h2井段，作用于示踪器的摩擦阻力系数为：
在钻进过程中，所涉及到的物理量均为常数，所以k2的值为常数； 在匕井段，作用于示踪器的摩擦阻力系数为：
在钻进过程中，所涉及到的物理量均为常数，所以kn的值为常数； 屯、Dp d2、D2......的单位为cm, hp h2......的单位为m ; ④ 确定每个井段所产生的环空摩擦阻力步骤： 在4井段，作用于示踪器的摩擦阻力为： Pali = 其中，Pali - 4井段摩擦阻力，MPa出^一匕井段内某点距离h顶端的长度，m ; 在匕井段，作用于示踪器的摩擦阻力为： Pa2i 一 k2h2i 其中，h2i-h2井段内某点距离h2顶端的长度，m ; 在匕井段，作用于示踪器的摩擦阻力为： Pani = kihni，Pani表示环空压力 其中，hni-hn井段内某点距离hn顶端的长度，m ......;⑤确定每个井 段的示踪器的环空压力步骤 在每个井段，作用于示踪器的压力为静液压力与摩擦阻力的和； 在4井段，作用于示踪器的压力为： Pi = Ph+Paii^hi+kih^ 由于h位于钻具最上端，所以hek ; 上式可与为：Pi = (k+kjhi 在匕井段，作用于示踪器的压力为： - Ph+Pal+Pa2i =khi+k1h1+k2h2i =khi+k1h1+k2 (hi-h^ =(k+k2) hi+kihfk^ 在匕井段，作用于示踪器的压力为： Pn = Ph+ (Pal+Pa2+......Pan-1) +Pan =khi+ (kihi+^h^......+knhn =khi+ (kihi+^h^......(hj-hi-h；,......~hn-i) =(k+kn) hi+ (k1h1+k2h2+......-k n (hi+h^...... ⑥确定示踪器所在的深度 在[〇, PJ压力范围内，示踪器在4井段运动，示踪器所在的深度为：
在[Pi，P2)压力范围内，示踪器在匕井段运动，示踪器所在的深度为：
在[Pn+Pn)压力范围内，示踪器在匕井段运动，示踪器所在的深度为：
【文档编号】E21B47/04GK104047591SQ201310082872
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】杨明清, 陆黄生, 张卫, 李三国, 吴海燕, 王志战 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院