一种井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测方法与流程

本发明属于钻井施工技术领域，尤其涉及一种井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测方法。

背景技术：

在钻井施工过程中，一些大位移、大斜度等井型由于岩屑携带不完全、井内出现掉块会导致井眼清洁不良、井壁不稳定的现象，进而容易形成卡钻、井塌等事故。目前钻井施工中的井眼清洁度与井壁稳定性监测一般通过人工坐岗观察，不准确，不能对井眼清洁度和井壁稳定性进行实时的定量化监测。

技术实现要素：

本发明就是针对上述问题，提供一种井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括实际返出岩屑体积计算、理论返出岩屑体积计算、实时岩屑返出率计算和设定安全岩屑返出率窗口；

1、实际返出岩屑体积计算

1)计算每米返出岩屑质量m湿；

2)排除泥浆吸附作用引起的质量误差，具体为：取出单位体积湿岩屑，由电子天平称重获得质量为δm湿，单位体积干岩屑质量经过单位体积湿岩屑烘干称重即可得到，为δm干，单位体积干湿岩屑质量比为δm比＝δm干/δm湿，排除泥浆吸附作用后的岩屑质量为：m湿×δm比；

3)计算得到当前岩性岩屑密度ρ岩屑，则钻过1米井段实际返出岩屑体积为：δv实际＝(m湿×δm比)/ρ岩屑；

4)计算实际累积返出岩屑体积，需要从开始有返出岩屑井深h0开始，到当前井深ht，计量每钻过1米实际返出岩屑体积δv实际并求和，因此实际累积返出岩屑体积表示为：

h为测量井段(h＝ht-h0)；

2、理论返出岩屑体积计算

1)由钻过1米井段、钻头尺寸d钻头得出单米理论井眼体积，考虑单米井眼扩大率δvexcess可得单米理论岩屑体积为：

δv理论＝1/4π×d钻头²×1×δvexcess；

2)理论累积返出岩屑体积是对单米理论岩屑体积的求和，理论累积返出岩屑体积表示为：

3、实时岩屑返出率计算和设定安全岩屑返出率窗口

1)岩屑返出率r返出的计算通过实际累积返出岩屑体积与理论累积返出岩屑体积相比得到，表示为：

即

式中：

r返出——岩屑返出率；

h0——岩屑开始返出井深；

ht——当前返出岩屑井深；

m湿——湿岩屑质量；

δm比——单位体积干湿岩屑质量比；

ρ岩屑——岩屑密度；

d钻头——钻头尺寸；

δvexcess——井眼扩大率；

每钻过一米井段，井段和岩屑质量同步增加，岩屑返出率数据同步更新；

2)安全岩屑返出率窗口的设定：

设定安全岩屑返出率窗口(α，β)，通过实时岩屑返出率与安全岩屑返出率窗口进行比较，实现井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测，比较规则具体为：

当r返出<α时：井眼不清洁；

当r返出>β时：井壁不稳定；

当r返出∈(α，β)时，井眼清洁且井壁稳定。

作为一种优选方案，本发明所述1)通过安装在振动筛处的岩屑称重仪实时计算每米返出岩屑质量m湿。

作为另一种优选方案，本发明所述3)通过容量瓶法计算得到当前岩性岩屑密度ρ岩屑。

另外，本发明所述α＝85％，β＝110％。

本发明有益效果。

本发明可对井眼清洁度和井壁稳定性进行定量化实时监测。

本发明利用地面监测方式实时监测返出岩屑质量，无附加风险。

本发明能够准确识别井眼不清洁或井壁不稳定现象。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测方法示意图。

图2井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的井眼清洁度与井壁稳定性定量化实时监测方法包括以下步骤：

1、实际返出岩屑体积计算

1)从1000m开始进行返出岩屑监测，1001m时返出岩屑质量为m湿＝102.6kg；

2)排除泥浆吸附作用引起的质量误差，具体为：取出单位体积湿岩屑，由电子天平称重获得质量为δm湿＝100g，单位体积干岩屑质量经过单位体积湿岩屑烘干称重得到，为δm干＝74.5g，单位体积干湿岩屑质量比为δm比＝δm干/δm湿＝0.745，排除泥浆吸附作用后的岩屑质量为：m湿×δm比＝76.437kg；

3)通过容量瓶法计算得到当前岩性岩屑密度ρ岩屑＝2.6g/cm³，则钻过1米井段实际返出岩屑体积为：δv实际＝(m湿×δm比)/ρ岩屑＝0.0294m³。

4)以此类推，计算实际累积返出岩屑体积，从开始有返出岩屑井深h0＝1000m开始，到当前井深ht＝1010m，计量每钻过1米实际返出岩屑体积，使用数组表示为

δv实际[10]＝{0.0294,0.0312,0.0399,0.0286,0.0299,0.0285,0.0288,0.0324,0.0356,0.0298}

进行求和，得到实际累积返出岩屑体积表示为：

即从开始监测岩屑返出井深(1000m)开始到当前井深(1010m)所得到的实际累积返出岩屑体积为0.314m³。

2、理论返出岩屑体积计算

1)由钻过1米井段、钻头尺寸d钻头＝215.9mm得出单米理论井眼体积，进一步考虑单米井眼扩大率δvexcess＝104％可得单米理论岩屑体积为：

δv理论＝1/4π×d钻头²×1×δvexcess＝0.0381m³(保留四位小数)；

2)计量理论返出岩屑体积，从开始有返出岩屑井深h0＝1000开始，到当前井深ht＝1010m，计量每钻过1米理论岩屑体积δv理论并求和，因此理论返出岩屑体积表示为：

h为测量井段(h＝10m)；

3、实时岩屑返出率计算和设定安全岩屑返出率窗口

1)岩屑返出率r返出的计算通过实际累积返出岩屑体积与理论累积返出岩屑体积相比得到，表示为：

每钻过一米井段，井段和岩屑质量同步增加，岩屑返出率数据同步更新。

2)根据实时岩屑返出率与安全岩屑返出率窗口比较规则可知：

82.41％<85％，

即r返出<α，判断为井眼不清洁。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。