CN117468876A - 一种控压钻井溢流监测方法、装置、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控压钻井溢流监测方法、装置、介质及设备，包括以下步骤：根据钻井返出管线的质量流量计确定返出管线中的总流量；利用伽马射线的吸收率，检测返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；根据总流量以及返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率，得到返出管线中气体、液体和固体对应的单项流量。由于不同的物质对伽马射线的吸收率不同，混合物组分引起的衰减不同，根据该原理可计算出流体混合密度。另外，可基于差压测得三相流总流量，然后结合伽马射线流量计测量的含气率获得钻井液、气体、钻屑单相流量。通过该改进方法，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻井技术领域，特别涉及一种控压钻井溢流监测方法、装置、介质及设备。
背景技术
控压钻井是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井过程，其目的是确定井下压力环境界限，并以此控制井眼环空液柱压力剖面。控压钻井技术通过对井筒环空压力的闭环实时监测与精确控制，有效解决海洋窄安全密度窗口地层钻完井易涌、易漏的难题，同时可有效解决低渗油气田储层保护等难题。
常规的控压钻井在节流阀后安装质量流量计，通过监测进入井筒及返出井筒的流量，可判断井筒内钻井液流动状态及井筒压力变化，但由于钻井接单根的后效气、欠平衡气侵等工况发生时，井筒返出流体中含有大量气体，节流撬中的质量流量计无法测量返出流体中的液体含量，无法判断井筒内钻井液流动状态及井筒压力变化，返出流体的组分无法确定，井筒气体来源无法确定，控压钻井的风险难以评估。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种控压钻井溢流监测方法、装置、介质及设备，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种控压钻井溢流监测方法，包括以下步骤：
根据钻井返出管线的质量流量计确定返出管线中的总流量；
利用伽马射线的吸收率，检测所述返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；
根据所述总流量以及所述返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率，得到返出管线中气体、液体和固体对应的单项流量。
在其中一个实施例中：
利用伽马射线的吸收率，根据下述模型算法检测所述返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；
Nx＝N0exp[-d(αgμg+αlμl+αsμs)]
αg+αl+αs＝1
式中：αg为气体体积分数；αl为液体体积分数；αs为固体体积分数；μg为气体密度；μl为液体密度；μs为固体密度；N0为初始伽马射线能量；Nx为吸收后的伽马射线能量；exp为以自然常数e为底的指数函数；d为测量位置处管道内径。
本发明还提供了一种控压钻井溢流监测装置，在控压钻井的返出管线上连接伽马射线流量计以及文丘里计量；
所述伽马射线流量计用于检测所述返出管线内部物质对伽马射线的吸收率，基于不同物质对伽马射线的吸收率不同，得到所述返出管线中三相的流相分率；
所述文丘里计量基于差压测得所述返出管线中三相流总流量；
结合所述三相的流相分率与所述三相流总流量获得三相的单相流量。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方案提及的控压钻井流动风险判别方法的步骤。
本发明还提供了一种电子设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器与所述处理器连接，用于存储程序；
所述处理器，通过运行所述存储器中的程序，实现上述方案所述的控压钻井溢流监测方法。
本发明还提供了一种基于上述方案所述的控压钻井溢流监测装置的控压钻井流动风险判别方法，包括以下步骤：
于所述返出管线中，监测到含有气体时，
若液体排量与钻井液泵入的排量一致，判定井筒处于稳定流动状态；
若液体排量比钻井液泵入量大，判定井筒处于溢流早期。
在其中一个实施例中：
于所述返出管线取样分析气体组分，判断气体是储层流体或者空气；
若气体组分为储层流体，则判定井筒内发生气侵，井筒内为欠平衡状态；
若气体组分为空气，计算后效气时间，若井筒进入节流撬距离接单根的时间和后效气时间相同，则气体为接单根引起的后效气。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
使用本发明进行监测时，由于不同的物质对伽马射线的吸收率不同，伽马射线通过流过返出管线的钻井液、气体、钻屑混合物时，混合物分子中的电子和原子引起伽马射线衰减，混合物组分引起的衰减不同，根据该原理可测量三相流相分率(包括含气率)，并计算出流体混合密度。文丘里是差压式流量计，可基于差压测得三相流总流量，然后结合伽马射线流量计测量的含气率获得钻井液、气体、钻屑单相流量。通过该改进方法，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
附图说明
图1是本发明一实施例中控压钻井溢流监测方法的流程示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
常规的控压钻井在节流阀后安装质量流量计，通过监测进入井筒及返出井筒的流量，可判断井筒内钻井液流动状态及井筒压力变化，但由于钻井接单根的后效气、欠平衡气侵等工况发生时，井筒返出流体中含有大量气体，节流撬中的质量流量计无法测量返出流体中的液体含量，无法判断井筒内钻井液流动状态及井筒压力变化，返出流体的组分无法确定，井筒气体来源无法确定，控压钻井的风险难以评估。针对上述技术问题，本发明提供一种控压钻井溢流监测方法，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
下面结合具体实例对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明所涉及的一种控压钻井溢流监测方法，包括以下步骤：
步骤10：根据钻井返出管线的质量流量计确定返出管线中的总流量；
步骤20：利用伽马射线的吸收率，检测返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；
步骤30：根据总流量以及返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率，得到返出管线中气体、液体和固体对应的单项流量。
示例性的是，使用本发明进行监测时，由于不同的物质对伽马射线的吸收率不同，伽马射线通过流过返出管线的钻井液、气体、钻屑混合物时，混合物分子中的电子和原子引起伽马射线衰减，混合物组分引起的衰减不同，根据该原理可测量三相流相分率(包括含气率)，并计算出流体混合密度。文丘里是差压式流量计，可基于差压测得三相流总流量，然后结合伽马射线流量计测量的含气率获得钻井液、气体、钻屑单相流量。通过该改进方法，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
在一实施例中，具体的是，利用伽马射线的吸收率，根据下述模型算法检测返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；
Nx＝N0exp[-d(αgμg+αlμl+αsμs)]
αg+αl+αs＝1
式中：αg为气体体积分数；αl为液体体积分数；αs为固体体积分数；μg为气体密度，Kg/m3；μl为液体密度，Kg/m3；μs为固体密度，Kg/m3；N0为初始伽马射线能量；Nx为吸收后的伽马射线能量；exp为以自然常数e为底的指数函数；d为测量位置处管道内径，m。
本发明还提供了一种控压钻井流动风险判别方法，包括上述方案中提及的控压钻井溢流监测方法，还包括以下步骤：
于返出管线中，监测到含有气体时，
若液体排量与钻井液泵入的排量一致，判定井筒处于稳定流动状态；
若液体排量比钻井液泵入量大，判定井筒处于溢流早期。
跟进一步地，该方法还包括：
于返出管线取样分析气体组分，判断气体是储层流体或者空气；
若气体组分为储层流体，则判定井筒内发生气侵，井筒内为欠平衡状态；
若气体组分为空气，计算后效气时间，若井筒进入节流撬距离接单根的时间和后效气时间相同，则气体为接单根引起的后效气。
本发明根据返出管线中测量到的含气量，得到井筒出气后钻井液返出流量的变化，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。在得知整体的状态以及流动稳定性后，即可方便后续对钻井进行调压，另外，井筒出气后，根据返现管道的取样分析，还能够精准判断出井筒气体类型是否为地层气体，进而判断井筒进气来源。
本发明还提供了一种控压钻井溢流监测装置，在控压钻井的返出管线上连接伽马射线流量计以及文丘里计量。
其中，伽马射线流量计用于检测返出管线内部物质对伽马射线的吸收率，基于不同物质对伽马射线的吸收率不同，得到返出管线中三相的流相分率，文丘里计量基于差压测得返出管线中三相流总流量。
在使用本装置时，由于不同的物质对伽马射线的吸收率不同，伽马射线通过流过返出管线的钻井液、气体、钻屑混合物时，混合物分子中的电子和原子引起伽马射线衰减，混合物组分引起的衰减不同，根据该原理可测量三相流相分率(包括含气率)，并计算出流体混合密度。文丘里是差压式流量计，可基于差压测得三相流总流量，然后结合伽马射线流量计测量的含气率获得钻井液、气体、钻屑单相流量。通过该改进方法，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器。其中，存储器与处理器连接，用于存储程序。处理器，通过运行存储器中的程序，实现上述方案中提及的控压钻井溢流监测方法。
需要说明的是，该电子设备可以包括：处理器(processor)、通信接口(CommunicationsInterface)、存储器(memory)、以及通信总线。
其中：处理器、通信接口、以及存储器通过通信总线完成相互间的通信。通信接口，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器，用于执行程序，具体可以执行上述用于电子设备的控压钻井流动风险判别方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。电子设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。
存储器，用于存放程序。存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。程序具体可以用于使得处理器执行上述任一实施例中的控压钻井流动风险判别方法对应的操作。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟***或者其它设备固有相关。各种通用***也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类***所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
本发明还提供了一种计算机存储介质，存储介质中存储有至少一可执行命令使得处理器执行上述方案提及的控压钻井流动风险判别方法对应的操作。
通过该改进方法，能够对返出管线中的钻井液、气体以及钻屑单相流量进行监测，进而得知控压钻井井筒流动稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种控压钻井溢流监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据钻井返出管线的质量流量计确定返出管线中的总流量；
利用伽马射线的吸收率，检测所述返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；
根据所述总流量以及所述返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率，得到返出管线中气体、液体和固体对应的单项流量。
2.根据权利要求1所述的控压钻井溢流监测方法，其特征在于：
利用伽马射线的吸收率，根据下述模型算法检测所述返出管线中气体、液体和固体对应的流相分率；
Nx＝N0exp[-d(αgμg+αlμl+αsμs)]
αg+αl+αs＝1
式中：αg为气体体积分数；αl为液体体积分数；αs为固体体积分数；μg为气体密度；μl为液体密度；μs为固体密度；N0为初始伽马射线能量；Nx为吸收后的伽马射线能量；exp为以自然常数e为底的指数函数；d为测量位置处管道内径。
3.一种控压钻井溢流监测装置，其特征在于，在控压钻井的返出管线上连接伽马射线流量计以及文丘里计量；
所述伽马射线流量计用于检测所述返出管线内部物质对伽马射线的吸收率，基于不同物质对伽马射线的吸收率不同，得到所述返出管线中三相的流相分率；
所述文丘里计量基于差压测得所述返出管线中三相流总流量；
结合所述三相的流相分率与所述三相流总流量获得三相的单相流量。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述的控压钻井流动风险判别方法的步骤。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器；
所述存储器与所述处理器连接，用于存储程序；
所述处理器，通过运行所述存储器中的程序，实现如权利要求1或2所述的控压钻井溢流监测方法。
6.一种基于权利要求3所述的控压钻井溢流监测装置的控压钻井流动风险判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
于所述返出管线中，监测到含有气体时，
若液体排量与钻井液泵入的排量一致，判定井筒处于稳定流动状态；
若液体排量比钻井液泵入量大，判定井筒处于溢流早期。
7.根据权利要求6所述的控压钻井流动风险判别方法，其特征在于：
于所述返出管线取样分析气体组分，判断气体是储层流体或者空气；
若气体组分为储层流体，则判定井筒内发生气侵，井筒内为欠平衡状态；
若气体组分为空气，计算后效气时间，若井筒进入节流撬距离接单根的时间和后效气时间相同，则气体为接单根引起的后效气。
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