一种天然气水合物钻采井筒压力控制方法

本发明涉及钻井工程领域，特别涉及一种天然气水合物钻采井筒压力控制方法。

背景技术：

1、天然气水合物是一种广泛存在于海洋沉积物中的天然气资源，具有高能量密度和丰富的储量，多存在于深海沉积物或极低温环境下的陆地沉积物中，由于天然气水合物在高压和低温的条件下处于稳定态，且具有高度脆弱性，因此天然气水合物的开采的过程需要考虑多种因素，包括压力控制、温度管理、井筒稳定等。

2、在天然气水合物的钻采过程中，钻头的压力控制是影响钻采效果的关键因素，当井底的压力高于钻机的施加压力时，高压地层流体会从井底喷出，形成井喷现象，而当井底的压力低于钻机压力时，容易造成井壁不稳定，从而导致井筒变形、卡钻、井眼塌陷等问题，严重影响钻采工作的正常进行。

3、传统的压力控制方法主要依靠调整钻井液的密度和流量，或通过压力透平系统和防喷井口等安全装置以平衡井底压力与钻机压力，然而，天然气水合物的钻采环境大部分处于复杂的地质条件同时水合物的位置有着不可预测的分布特点，面对高压低温环境下的钻采作业，传统的压力控制方法往往难以实现精确的压力控制，因此，需要一种能够实时监测和调节钻头压力的精确控制方法，以增强天然气水合物钻采过程中的压力校准性能，进而提高开采效率和安全性，适应不同地质条件和钻采环境的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种天然气水合物钻采井筒压力控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供了一种天然气水合物钻采井筒压力控制方法，获取井筒内钻井底部的压力数据，在天然气水合物的钻采过程中，通过钻机获得钻头的压力数据，记钻井底部的压力数据为第一数据，记钻头的压力数据为第二数据，基于第一数据和第二数据，建立压力交互配准曲线。所述方法能够精准控制钻采过程中的压力匹配，防止钻机出现压力失衡，通过对钻井底部和钻机钻头的压力数据进行数据匹配，建立压力交互配准曲线，通过该曲线实现压力变化趋势的预测，从而精准控制开采作业过程中的压力调节，使得钻头始终保持在合适的压力区间，保证钻具的使用寿命，同时实现平衡压力钻井，提高钻采效率。

3、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种天然气水合物钻采井筒压力控制方法，所述方法包括以下步骤：

4、s100，获取井筒内钻井底部的压力数据；

5、s200，在天然气水合物的钻采过程中，通过钻机获得钻头的压力数据；

6、s300，记钻井底部的压力数据为第一数据，记钻头的压力数据为第二数据；

7、s400，基于第一数据和第二数据，建立压力交互配准曲线。

8、进一步地，步骤s100中，获取井筒内钻井底部的压力数据的方法为：在井筒内布置随钻测井仪，通过随钻测井仪中的压力传感器，对井筒内钻井底部的压力进行实时监测，从而获得井筒内钻井底部的实时压力数据，钻井底部即钻机的钻头与井筒的底部所接触的局部地层；或者，通过多参数综合测井系统获得井筒内钻井底部的实时压力数据，或者，通过压力随钻监测系统获得井筒内钻井底部的实时压力数据；

9、在任意一个时段t内，以ti作为时段t内的第i秒，i为序号，ti为时刻，以pa(ti)作为随钻测井仪在时刻ti所监测到的井筒内钻井底部的压力大小，i的取值范围为i=1,2,…,n，n为时段t的长度，则pa(ti)=pa(t1),pa(t2),…,pa(tn)，将pa(ti)记为井筒内钻井底部的压力数据。

10、可选地，随钻测井仪的型号为sdjwh-3。

11、可选地，随钻测井仪的安装位置为井筒的内壁，或者附于钻机的钻杆上。

12、进一步地，步骤s200中，在天然气水合物的钻采过程中，通过钻机获得钻头的压力数据的方法具体为：在时段t内，通过钻机内的压力传感器获取钻头的实时压力数据，以pb(ti)作为钻头在时刻ti的压力大小，则pb(ti)=pb(t1),pb(t2),…,pb(tn)，将pb(ti)记为钻头的压力数据。

13、可选地，时段t设置为一个自然日24小时内的任意n分钟（长度为n*60），或者，时段t设置为井筒内天然气水合物的钻采过程中长度为n*60的任意一个时段（长度按秒计算），其中，n设置为区间[30,60]中的一个整数。

14、进一步地，步骤s300中，记钻井底部的压力数据为第一数据，记钻头的压力数据为第二数据的方法具体为：分别创建一个空白的集合pa[]和一个空白的集合pb[]；将钻井底部的压力数据pa(t1),pa(t2),…,pa(tn)全部加入到集合pa[]，将钻头的压力数据pb(t1),pb(t2),…,pb(tn)全部加入到集合pb[]中，则集合pa[]和集合pb[]的长度都为n；记集合pa[]为第一数据，记集合pb[]为第二数据。

15、进一步地，步骤s400中，基于第一数据和第二数据，建立压力交互配准曲线的方法具体为：

16、s401，以pa(i)作为数组pa中的第i个元素，以pb(i)作为数组pb中的第i个元素，i为序号，i的取值范围为i=1,2,…,n，初始化一个变量j，变量j的取值范围与序号i的取值范围相同，以pa(j)表示数组pa中的第j个元素，pa(j)的值随变量j的值变化而变化；

17、分别设置一个变量r1和一个变量r2，r1和r2的初始值都设置为0，分别设置两个空白的集合seta{}和setb{}，从j=1开始遍历变量j，转到s402；

18、s402，在数组pb中，将所有元素值大于pa(j)的值的元素加入到集合seta{}中，同时将所有元素值小于pa(j)的值的元素加入到集合setb{}中，以n1表示集合seta{}的长度（即集合seta{}内所有元素的数量），以n2表示集合setb{}的长度，转到s403；

19、s403，将变量r1的值增加n1，将变量r2的值增加n2，同时清空集合seta{}以及集合setb{}（即删除这两个集合内的所有元素）；

20、如果当前变量j的值小于n，则将变量j的值增加1，并转到s402；如果当前变量j的值等于或大于n，则转到s404；

21、s404，分别创建一个空白的数组cre[]和一个空白的数组ple[]，比较r1的值和r2的值；

22、如果r1>r2，则在数组pa中，选取pa(1),pa(2),…,pa(r)这r个数据加入到数组cre[]中，同时选取数组pb中的pb(r+1),pb(r+2),…,pb(n)加入到数组ple[]中；

23、如果r1<r2，则选取数组pb中的pb(1),pb(2),…,pb(r)这r个数据加入到数组cre[]中，同时选取数组pa中的pa(r+1),pa(r+2),…,pa(n)加入到数组ple[]中，转到s405；

24、其中，r=int(max{r1,r2}/n)，max{}表示对{}内的数取最大值，int()表示对()内的数进行向下取整；

25、s405，以cre(x)表示数组cre[]中的第x个元素，x为序号，x的取值范围为x=1,2,…,s1，s1为数组cre[]中所有元素的数量；以ple(y)表示数组ple[]中的第y个元素，y为变量，y的取值范围为y=1,2,…,s2，s2为数组ple[]中所有元素的数量；

26、基于第一压力系数和第二压力系数建立压力交互配准曲线。

27、进一步地，所述基于第一压力系数和第二压力系数建立压力交互配准曲线的方法具体为：

28、记第一压力系数，记第二压力系数；其中，h0为数组cre[]中所有元素的平均值，h1为数组ple[]中所有元素的平均值；

29、建立压力交互配准曲线p_curve(p)：

30、

31、式中，p为曲线的自变量，p的定义域为(0,+∞)，k0=r/2。

32、本步骤的有益效果为：要实现平衡压力钻井，钻头所接触的地块的压力数据不可或缺，当钻机钻进时的压力与井底压力不匹配时，容易引起压力失衡或钻井故障等现象，造成钻机负荷异常，影响开采作业的正常进行，本步骤的方法通过对钻井底部和钻机的钻头进行实时的压力数据取样，从而得到第一数据和第二数据，在两组数据筛选出相互匹配的数据段，利用该数据段建立压力交互配准曲线，压力交互配准曲线以分段函数的形式适配压力剧增或骤降两种情形，当曲线的变化较为陡峭时，意味着此时钻进压力和井底压力失衡的程度较大，从而钻头压力的调节幅度也需要相对增加，当曲线的变化较为平缓时，钻头压力的调节幅度相对减小，以实现钻进时的压力平衡，同时以第一压力系数和第二压力系数对压力交互配准曲线进行曲率微调，使得曲线的斜率与钻头压力的调节幅度实现精准匹配，进而通过压力交互配准曲线有效地实现钻井时的压力平衡，根据曲线的实时曲率实现调整钻头的高精准压力调节，实现平衡压力钻井，最大程度地减少地层压裂的风险，避免钻进时发生压力失衡等现象，充分提高天然气水合物钻采作业的效率，保障钻机安全运行。

33、可选地，步骤s400中，基于第一数据和第二数据，建立压力交互配准曲线，还包括，通过压力交互配准曲线对钻头的压力进行控制，具体为：设时刻t0为天然气水合物的钻采过程中的任意一个时刻，通过钻机内的压力传感器获取钻头在时刻t0的压力大小pb(t0)，计算压力交互配准曲线p_curve(p)在点p=pb(t0)处的斜率k1；设kp为k1个单位的压力值；

34、如果pb(t0)落于区间(0,m)内，则在时刻t0之后的t0秒，将钻头的压力升高kp；如果pb(t0)落于区间(m,+∞)内，则在时刻t0之后的t0秒，将钻头的压力降低kp；

35、其中，t0设置为区间[5,30]中的任意一个整数，m=m2/m1。

36、优选地，通过压力交互配准曲线对钻头的压力进行控制，还可以为：设时刻t0为天然气水合物的钻采过程中的任意一个时刻，通过钻机内的压力传感器获取钻头在时刻t0的压力大小pb(t0)；如果pb(t0)落于区间(0,m)内，则在时刻t0之后的t0秒，将钻头的压力升高10%；如果pb(t0)落于区间(m,+∞)内，则在时刻t0之后的t0秒，将钻头的压力降低10%。

37、本发明的有益效果为：所述方法能够精准控制钻采过程中的压力匹配，防止钻机出现压力失衡，通过对钻井底部和钻机钻头的压力数据进行数据匹配，建立压力交互配准曲线，通过该曲线实现压力变化趋势的预测，从而精准控制开采作业过程中的压力调节，使得钻头始终保持在合适的压力区间，保证钻具的使用寿命，同时实现平衡压力钻井，提高钻采效率。