一种确定超深井井底钻井液液柱压力的方法及系统与流程

本发明属于石油、天然气钻探领域，具体涉及一种确定超深井井底钻井液液柱压力的方法及系统，用于钻井液施工中。

背景技术：

1、随着全球能源消耗量的持续增加，常规油气资源已经无法满足日益增长的世界能源需求，油气勘探开发目的层从中浅层向深层超深层快速延伸。据统计，深层、超深层天然气探明可采储量已达729×108t油当量，占全球总可采储量49.07％。我国70％剩余石油天然气资源位于深部地层，目前已形成塔里木盆地、鄂尔多斯盆地及四川盆地等现实区域。由于超深层油气藏地应力大，储层应力压实作用显著。通常认为，具有勘探开发意义的超深层油气藏普遍具有储层基块致密，天然裂缝、微裂缝发育、压力系数高等特点。发育的天然裂缝既是油气藏开采过程中的主要渗流路径，也是钻完井过程中钻完井液侵入储层的主要通道。

2、钻揭超深油气藏时，通常使用高密度钻井液以平衡地层压力、保证钻井安全。而若钻遇天然裂缝时，钻井液在井底液柱压力作用下极易侵入储层，若钻井液封堵能力不足以封堵裂缝，则裂缝开度将在钻井液液柱压力作用下进一步增大，甚至发生裂缝延伸扩展，最终导致大型漏失。因此，准确预测井底钻井液液柱压力，是优选钻井液固相粒度分布、防止漏失的关键。

3、常规井底钻井液液柱压力的计算公式为：

4、p＝ρgh/1000  (1)

5、式中：p为井底钻井液液柱压力，mpa；ρ为钻井液密度，g/cm3；g为重力常数，9.8n/kg；h为井底深度，m。

6、矿场中，钻井液密度ρ普遍为地层温度、大气压力条件下测得的。然而，超深井用高密度钻井液所用添加剂及固相成分复杂，在超深层油气藏所处的高温高压条件下，不同温度压力条件下的钻井液密度表现出显著差异。也就是说，井筒液柱钻井液密度并不均一，常规的井底钻井液液柱压力计算方法用于超深井井底钻井液的液柱压力确定误差较大。矿场实际使用过程中，可能由于钻井液密度计算不准导致钻井过程中发生井漏或者井塌。

7、中国专利公开文献cn106437609a公开了一种高温高压超深井全过程塞流防漏固井设计方法，其依次包括以下步骤：步骤a：通井并计算通井循环时的环空总循环压耗，将其作为地层承压能力；步骤b：根据地层承压能力计算套管或尾管下入速度，然后下入套管串或尾管串；步骤c：根据地层承压能力计算下套管或尾管后的钻井液循环排量，然后循环钻井液；步骤d：计算注水泥作业的塞流临界排量；步骤e：计算注水泥作业的安全临界排量；步骤f：根据注水泥作业的塞流临界排量和安全临界排量，确定实际作业排量，进行塞流注水泥作业，依次注入隔离液、水泥浆和替浆液。该专利通过准确计算环空总循环压耗，确定地层承压能力，随后计算套管和尾管下入速度，深井超深井塞流固井提供指导，确保超深井固井作业成功和提高固井质量，但是该专利方法计算循环压耗时钻井液密度为均值，与实际情况相差较大。

8、中国专利公开文献cn103806907a公开了一种深井、超深井钻井岩石可钻性测试装置及测试方法，该测试装置包括机架、设置于机架上的高温高压加载机构以及微钻头破岩钻深测量机构，其向三轴腔室内的岩样施加围压、孔隙压力以及液柱压力，利用液压泵向岩样施加上覆岩层压力，模拟井底地层高压环境，并通过微钻头处位移传感器测试钻深与时间的关系，实现钻压、转速、钻井液类型优选，以及钻井机械钻速预测。本发明的有益效果是：可以满足模拟深井、超深井钻井过程中对井底温度和压力要求，并且具有深钻孔单次实验测量多组岩石可钻性值的功能，但是该专利没有考虑钻井液压缩导致钻井液密度变化，从而带来的井底压力变化对岩石可钻性会产生影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种确定超深井井底钻井液液柱压力的方法及系统，获得高精度的超深井井底钻井液液柱压力，以减少由于超深井井底液柱压力预测不准造成的井漏、井塌等井下复杂情况的发生。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的第一个方面，提供了一种确定超深井井底钻井液液柱压力的方法，所述方法首先通过实验获得高温高压条件下的钻井液密度，并利用钻井液液柱压力叠加原理，将实验获得的钻井液密度应用到钻井液液柱压力计算中，进而获得超深井井底钻井液液柱压力。

4、本发明的进一步改进在于：

5、所述方法包括：

6、(1)钻井液取样；

7、(2)通过实验获得不同温度、不同压力下钻井液的体积；

8、(3)获得不同温度、不同压力下的钻井液密度；

9、(4)获得压力与钻井液密度的关系式；

10、(5)根据不同深度的钻井液密度获得超深井井底钻井液液柱压力。

11、本发明的进一步改进在于：

12、所述步骤(2)的操作包括：

13、(21)设定实验参数：根据地层深度设定多组实验参数，每组实验参数包括：温度ti和压力pi；温度ti和压力pi随地层深度的增加而增加；

14、(22)利用实验参数进行试验，获得每组实验参数对应的钻井液的体积。

15、优选的，压力pi的取值位于常规的液柱压力计算方法得到的井底压力与井口压力之间，且压力的数量不少于10个，并均匀分布。

16、本发明的进一步改进在于：

17、所述步骤(22)的操作包括：

18、取常压条件下初始密度为ρ0、初始体积为v0的钻井液；

19、将钻井液放入到液体压缩性实验装置中，依次利用每组实验参数对钻井液进行实验，获得每组实验参数对应的钻井液的体积。

20、本发明的进一步改进在于：

21、所述依次利用每组实验参数对钻井液进行实验，获得每组实验参数对应的钻井液的体积的操作包括：

22、首先将钻井液加热至一组实验参数对应的温度ti；

23、然后向钻井液施加该组实验参数对应的压力pi；

24、从液体压缩性实验装置中读取钻井液的体积vi；

25、完成该组实验参数后，对钻井液进行加温加压使其达到下一组实验参数对应的温度和压力，然后利用下一组实验参数进行实验；

26、利用所有组实验参数完成实验后，获得每组实验参数对应的钻井液体积。

27、本发明的进一步改进在于：

28、所述步骤(3)的操作包括：

29、依次利用下式计算每组实验参数对应的钻井液密度，得到不同温度ti、不同压力pi下的钻井液密度ρi：

30、ρi＝ρ0v0/vi。

31、本发明的进一步改进在于：

32、所述步骤(4)的操作包括：

33、在以压力为横坐标、钻井液密度为纵坐标的坐标图上绘制各个离散点，并对获得的离散点进行拟合，得到压力与钻井液密度的关系式如下：

34、ρi＝f(pi，ti)。

35、本发明的进一步改进在于：

36、所述步骤(5)的操作包括：

37、假定井口压力p0为大气压，井筒深度为x米，深度增量δx米范围内钻井液密度不变；

38、利用下式计算获得x米深度处的超深井井底钻井液液柱压力pn：

39、

40、n是钻井液计算时分的段数。

41、优选的，深度增量δx不超过100m。

42、本发明的第二个方面，提供了一种确定超深井井底钻井液液柱压力的系统，所述系统包括：

43、数据采集单元：用于采集通过实验获得的不同温度、不同压力下钻井液的体积；

44、密度获取单元：与所述数据采集单元连接，用于获得不同温度、不同压力下的钻井液密度；

45、关系式获取单元：与所述数据采集单元、密度获取单元连接，用于获得压力与钻井液密度的关系式；

46、压力确定单元：与所述关系式获取单元连接，用于根据不同深度的钻井液密度获得超深井井底钻井液液柱压力。

47、本发明的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行上述确定超深井井底钻井液液柱压力的方法中的步骤。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

49、本发明考虑了超深井高温高压条件下由于高密度钻井液压缩性导致的不同井筒深度钻井液密度不均匀的实际条件，利用钻井液液柱压力叠加原理获得了高精度的超深井井底钻井液液柱压力，进而减少了由于超深井井底液柱压力预测不准造成的井漏、井塌等井下复杂情况的发生。