地层压力的随钻监测方法及其监测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种地层压力的随钻监测方法及其监测装置，所述监测方法包括：监测钻井过程中钻井参数的变化，判断钻井是否进入超压封隔层，如果是，则钻井系统发出报警信息；否则继续钻井。本发明通过监测钻井过程中钻井参数的变化，在钻井进入超压封隔层时发出报警信息，并可及时自动或手动调整井筒泥浆密度，运用有效的井控方法消除可能引起的井涌、井喷等隐患，减少钻井事故的发生。
【专利说明】地层压力的随钻监测方法及其监测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油钻井勘探开发的一种监测地层压力的方法及其装置，具体地，涉及一种基于“流体膨胀”机理和井筒环境约束的地层压力的随钻监测方法及其监测装置。
【背景技术】
[0002]随着油气勘探开发的日益深入，西湖凹陷目前钻探地层普遍存在超压，钻井过程中井下复杂事故时有发生。在钻井过程中，当井眼中井筒泥浆压力系数(泥浆液柱产生的压力与同深度的水的压力比)小于地层孔隙压力系数时，地层流体进入井眼，按进入的严重程度不同又可分为侵入、井涌和井喷，影响了钻井工程的安全与钻井的效率。因此，在钻井过程中对压力的监测显得尤为重要。
[0003]传统随钻压力监测方法通常采用直接识别超压层的方法，例如dc指数监测方法，该指数是一种表征地层可钻性参数，需要建立泥岩的正常压实趋势线，并根据监测dc指数曲线偏离正常压实趋势线来预判超压地层的出现。其中dc指数受到钻速、钻压、钻头尺寸等工程施工参数的共同影响，从而使超压地层的判断不准确，不能为超压层的钻井应对措施提供及时、准确的预警信息，造成钻井效率降低，并且影响了钻井的安全。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种地层压力的随钻监测方法及其监测装置，对地层孔隙压力系数进行实时监测，可在进入超压储层前预警，为准备应对超压储层的各项措施预留作业时间，减少井下事故的发生。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种地层压力的随钻监测方法，所述监测方法包括:监测钻井过程中钻井参数的变化，判断钻井是否进入超压封隔层，如果是，则发出报警信息；否则继续钻井。
[0006]优选地，所述钻井参数包括钻井液中烃类气体的体积浓度背景值、钻井的钻速、泥地比以及井口温度的其中之一或任意组合。
[0007]优选地，当满足以下至少一种时，确定钻井进入超压封隔层:当监测到的烃类气体的体积浓度背景值为第一设定值时，钻井在常压层，未进入超压封隔层；当监测到的烃类气体的体积浓度背景值上升至第二设定值时，钻井进入超压封隔层；钻井的钻速为第三设定值；获取岩性的泥地比为第四设定值；以及井口温度升高第五设定值。
[0008]优选地，所述第一设定值为0.05%-0.3%,所述第二设定值为0.1 % -6%，第三设定值为15-20米/小时，第四设定值为大于70%，第五设定值为2°C _5°C。
[0009]优选地，所述监测方法还包括:在钻井进入超压封隔层后，调整井筒泥浆密度至井筒泥浆压力系数等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数。
[0010]本发明提供的另一种技术方案:一种地层压力的随钻监测装置，所述监测装置包括:监测单元，设置于钻井的井口处，用于监测钻井过程中钻井参数的变化；报警单元；控制单元，分别与所述监测单元和报警单元电性连接，用于接收所述监测单元发送的所述钻井参数的数据信号，并判断钻井是否进入超压封隔层，如果是，则发送第一控制信号至所述报警单元，用于控制所述报警单元输出报警信号；否则继续钻井。
[0011]优选地，所述控制单元还电性连接所述钻井；在钻井进入超压封隔层后，所述控制单元发送第二控制信号至所述钻井，用于调整井筒泥浆密度至井筒泥浆压力系数等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数。
[0012]优选地，所述监测单元包括第一监测装置、第二监测装置、第三监测装置以及第四监测装置的其中之一或任意组合；其中，所述第一监测装置用于监测钻井液中烃类气体的体积浓度背景值，所述第二监测装置用于监测钻井的钻速，所述第三监测装置用于监测岩性的泥地比及其厚度，所述第四监测装置用于监测井口的温度。
[0013]本发明地层压力的随钻监测方法及其监测装置通过监测钻井过程中钻井参数的变化，对可能发生井涌、井喷的地层进行监测和预测，并可在钻井进入超压封隔层时发出报警信息，为准备各项超压储层应对措施预留作业时间，运用有效的井控方法消除可能引起井喷等隐患，减少钻井事故的发生。
[0014]本发明地层压力的随钻监测方法及其监测装置根据超压封隔层中各项钻井参数的变化，可准确判断出超压封隔层地带，并调整井筒泥浆密度，为钻井进入超压储层做好充分准备，提高探井作业的安全性。
[0015]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0017]图1是本发明地层压力的随钻监测方法的控制流程图。
[0018]图2是西湖凹陷异常压力带钻井响应特征示意图。
[0019]图3是本发明地层压力的随钻监测装置的结构示意图。
[0020]附图标记说明
[0021]I 控制单元2 监测单元
[0022]21 第一监测装置 22 第二监测装置
[0023]23 第三监测装置 24 第四检测装置
[0024]3 报警单元4 钻井。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0026]如图1所示，本发明地层压力的随钻监测方法包括:
[0027]步骤100:在钻井过程初期，钻井系统采用过平衡的钻井方式工作。
[0028]其中，过平衡的钻井方式为井筒泥浆压力系数大于地层孔隙压力系数，所述井筒泥浆压力系数为泥浆液柱产生的压力与同深度的水的压力比。其中，通过调整井筒泥浆密度可以改变井筒泥浆压力。
[0029]在钻井过程初期，所述地层孔隙压力系数为1.0，所述井筒泥浆压力系数的范围可为1.1-1.2，优选地可为1.15，可以保证井壁处于良好的工况，便于保持钻井工作的稳定。
[0030]步骤200:监测钻井过程中钻井参数的变化，判断钻井是否进入超压封隔层，如果是，则执行步骤300，否则执行步骤100。
[0031]所述钻井参数包括钻井液中烃类气体的体积浓度背景值、钻井的钻速、岩性的泥地比以及井口温度的其中之一或任意组合。其中，钻井液中烃类气体的体积浓度背景值是指烃类气体体积浓度(TG)在某段深度范围内的基值。
[0032]当满足以下至少一种时，确定钻井进入超压封隔层:
[0033]当监测到的烃类气体的体积浓度背景值为第一设定值时，钻井在常压层，未进入超压封隔层，当监测到的烃类气体的体积浓度背景值上升至第二设定值时，钻井进入超压封隔层；钻井的钻速为第三设定值；获取的岩性的泥地比为第四设定值；以及井口温度升高第五设定值。
[0034]其中，第一设定值为0.05% -0.3%，第二设定值为0.1% _6%，第三设定值为15-20米/小时，第四设定值为大于70%，第五设定值为2°C _5°C。
[0035]其中，烃类气体的体积浓度的单位为ppm，即cm3/m3，习惯上用％表示，例如，烃类气体的体积浓度为70000ppm，则可表示为7%，即每立方米含0.07立方米的烃类气体。
[0036]在常压层中，所监测到的气体基本上为地层岩石破碎气(在钻井过程中，钻头机械的破碎岩石而释放到泥浆中的气体称为破碎气)，监测到的烃类气体的体积浓度背景值非常稳定，一般维持在0.05% -0.3%之间。
[0037]随着地层埋深的增加，地层孔隙压力系数升高，井筒泥浆压力与地层孔隙压力之间的压差不断减小，当井筒泥浆压力系数小于地层孔隙压力系数时，除了岩石破碎产生的气体外，地层中的气体不断向井筒方向聚集，并释放到钻井液中，同时，所释放的气体在井筒空间上升过程中，由于压力的降低，气体不断膨胀，气体浓度明显升高，一般升至0.1% -6%范围内，而且以泥岩为主，厚度达到150米，持续时间长，表现为气体浓度整体抬升。
[0038]如图2所示，当钻井至3905-4056m深度时，在井筒泥浆密度维持不变的情况下，监测到的钻井参数都有一定的变化，例如监测到的钻井液中烃类气体的体积浓度具有整体抬高的趋势，在3905米以上，气体浓度背景值为0.24 %，在3905-4056m，气体全量明显上升一个台阶，气体浓度背景值增加到4%，将这一层段定义为超压封隔层。
[0039]其中，所述超压封隔层的特征为:
[0040]A、岩性特征:泥地比超过70%以上。
[0041 ] 其中，所述泥地比为某一地层段内泥岩厚度与地层厚度的比值。
[0042]B、钻井的钻速:钻井的钻速为15-20米/小时。
[0043]C、钻井过程综合录井特征:烃类气体的体积浓度背景值明显升高，一般升高至
0.1% -6%左右；井口温度较平均泥浆温度上升2°C _5°C。
[0044]D、超压封隔层的厚度:一般为150-200m。
[0045]步骤300:钻井系统报警。
[0046]如图2所示，超压封隔层主要为下部的超压储层的出现提供一个良好的封盖条件，其地层特征表现为厚层泥岩层、钻井的钻速慢、具有一定厚度的地层；钻井表现出钻速越低、泥地比越高、厚度越大，表明“封隔层”的封盖能力越好，也预示着下部的超压储层的异常压力越高，钻井风险越大。因此，需要及时预警，并自动或者由接收到报警信息的相关工作人员手动做出相应的措施，以降低钻井事故的发生频率。
[0047]在步骤300后还应包括:
[0048]步骤300a:在钻井进入超压封隔层后，调整井筒泥浆密度至井筒泥浆压力系数等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数。
[0049]图2中，当观察到气体浓度背景值有明显抬升时，发出预警信息，及时调节泥浆比重，将泥浆比重由1.15逐渐增加至1.47。
[0050]深部的超压储层地层孔隙度、渗透率均较好，由于物性突然变好，超压能量能够突然释放，地层流体进入井眼，按进入的严重程度不同分为侵入、井涌和井喷，可能会影响钻井工程的安全，在这种情况下，进行欠平衡的钻井方式工作会产生很大风险。因此，钻井系统发出报警信号以给相关工作人员预警，并可以自动或者是人工手动调整井筒泥浆密度，改变井筒泥浆压力系数，使其等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数。同时运用其他有效的井控方法消除可能引起的井涌、井喷隐患。
[0051]步骤400:继续监测钻井过程中钻井参数的变化，判断钻井是否进入超压储层，如果是执行步骤500，否则继续钻进。
[0052]当满足以下至少一种时，确定钻井进入超压储层:
[0053]当监测到的岩性为砂岩；从进入超压封隔层起，钻井继续深入150-200m ;以及钻井的钻速大于20米/小时；烃类气体的体积浓度背景值上升至4% -30%。
[0054]由于超压封隔层的厚度一般为150-200m，因此，当钻井在进入超压封隔层起在继续深入150-200m，即可进入超压储层，岩性为砂岩，钻速相对于超压封隔层加快，一般大于15-20米/小时。
[0055]此外，如果泥浆比重依然小于地层压力，由于超压储层中天然气不断缓慢的从地层中渗出，烃类气体的体积浓度的背景值仍将继续升高，最高可达到30%左右。
[0056]图2中，由于在超压封隔层发出预警信息，及时调整泥浆比重，在进入4056米以下的超压储层后气体浓度没有继续升高。
[0057]步骤500:钻井进入超压储层，结束预警监测。
[0058]在钻井进入超压储层后，检测到钻井钻速变快，则需要控制钻井钻进2-3m后需要停钻循环观察，确保循环一周后没有出现后效气等现象，才能继续钻井。
[0059]如图3所示，本发明地层压力的随钻监测装置包括监测单元2，设置于钻井4的井口处，用于监测钻井过程中钻井参数的变化；报警单元3 ;控制单元1，分别与所述监测单元2和报警单元3电性连接，用于接收所述监测单元2发送的所述钻井参数的数据信号，并判断钻井4是否进入超压封隔层，如果是，则发送第一控制信号至所述报警单元3，用于控制所述报警单元3输出报警信号；否则继续钻井。
[0060]本发明地层压力的监测装置在钻井进入超压封隔层时，及时发出报警信息，通知相关工作人员，手动调整井筒泥浆密度，使其等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数，为钻井进入超压储层做准备。
[0061]其中，所述控制单元I还电性连接所述钻井4。在钻井进入超压储层后，可以由所述控制单元I发送第二控制信号至所述钻井4，以调整井筒泥浆密度，使调整后的井筒泥浆压力系数等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数，运用有效的井控方法消除可能引起井喷等隐患，使钻井安全的进入超压储层。
[0062]如图3所示，所述监测装置2包括第一监测装置21、第二监测装置22、第三监测装置23以及第四监测装置24的其中之一或任意组合；其中，所述第一监测装置21用于监测钻井液中烃类气体的体积浓度背景值，所述第二监测装置22用于监测钻井的钻速，所述第三监测装置23用于监测岩性的泥地比，所述第四监测装置24用于监测井口的温度。通过监测钻井过程中各项钻井参数的变化，可准确判断出超压封隔层地带，为各项超压储层应对措施预留作业时间，从而可减少井下事故的发生。
[0063]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0064]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。
[0065]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种地层压力的随钻监测方法，其特征在于，所述监测方法包括: 监测钻井过程中钻井参数的变化，判断钻井是否进入超压封隔层，如果是，则发出报警信息；否则继续钻井。
2.根据权利要求1所述的地层压力的随钻监测方法，其特征在于，所述钻井参数包括钻井液中烃类气体的体积浓度背景值、钻井的钻速、泥地比以及井口温度的其中之一或任意组合。
3.根据权利要求2所述的地层压力的随钻监测方法，其特征在于，当满足以下至少一种时，确定钻井进入超压封隔层: 当监测到的烃类气体的体积浓度背景值为第一设定值时，钻井在常压层，未进入超压封隔层；当监测到的烃类气体的体积浓度背景值上升至第二设定值时，钻井进入超压封隔层； 钻井的钻速为第三设定值； 获取岩性的泥地比为第四设定值；以及 井口温度升高第五设定值。
4.根据权利要求3所述的地层压力的随钻监测方法，其特征在于，所述第一设定值为0.05% -0.3%，所述第二设定值为0.1% _6%，第三设定值为15-20米/小时，第四设定值为大于70%，第五设定值为2°C _5°C。
5.根据权利要求1所述的地层压力的随钻监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括:在钻井进入超压封隔层后，调整井筒泥浆密度至井筒泥浆压力系数等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数。
6.一种地层压力的随钻监测装置，其特征在于，所述监测装置包括: 监测单元(2)，设置于钻井(4)的井口处，用于监测钻井过程中钻井参数的变化； 报警单元⑶； 控制单元(I)，分别与所述监测单元(2)和报警单元(3)电性连接，用于接收所述监测单元(2)发送的所述钻井参数的数据信号，并判断钻井(4)是否进入超压封隔层，如果是，则发送第一控制信号至所述报警单元(3)，用于控制所述报警单元(3)输出报警信号；否则继续钻井。
7.根据权利要求6所述的地层压力的随钻监测装置，其特征在于，所述控制单元(I)还电性连接所述钻井(4); 在钻井(4)进入超压封隔层后，所述控制单元(I)发送第二控制信号至所述钻井(4)，用于调整井筒泥浆密度至井筒泥浆压力系数等于当前时刻的等效地层孔隙压力系数。
8.根据权利要求6所述的地层压力的随钻监测装置，其特征在于，所述监测单元(2)包括第一监测装置(21)、第二监测装置(22)、第三监测装置(23)以及第四监测装置(24)的其中之一或任意组合；其中，所述第一监测装置(21)用于监测钻井液中烃类气体的体积浓度背景值，所述第二监测装置(22)用于监测钻井的钻速，所述第三监测装置(23)用于监测岩性的泥地比，所述第四监测装置(24)用于监测井口的温度。
【文档编号】E21B44/00GK104453843SQ201410645973
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】张国华, 王建平, 鲁法伟, 张书平, 刘金水, 李宁, 孙鹏, 侯志强, 刘云 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油(中国)有限公司上海分公司