專利名稱：增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法
技術領域：
本發明屬于海洋油氣開發領域，具體地，涉及一種增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法。
背景技術：
我國南海海域蘊藏著大量的油氣資源，是我國重要的油氣來源。我國南海海域臺風和季風頻繁，當臺風來臨時，正常的海洋鉆井作業必須停止，在泥線以下的井筒內下入風暴閥封井，人員撤離作業現場。等臺風過后天氣和海況適合鉆井作業時，重新解除風暴閥，恢復正常的海洋鉆井作業。在臺風撤離期間，井筒中流體長時間處于靜止狀態，如果地層氣體侵入井筒，在一定條件下氣體上升并向井口聚集，解除風暴閥進行開井作業時該處壓力非常高，存在極大的安全風險。通常將避臺風期間氣體由井底上升至風暴閥處之前的時間稱為安全作業周期。若安全作業周期小于避臺風時間，則避臺風歸來解除風暴閥時井底氣體已經到達風暴閥處，會在該處形成高壓，形成安全隱患；反之，若安全周期大于避臺風時間，在解除風暴閥時相對會比較安全。因此，通過一定的方法增加避臺期間的鉆井安全作業周期，使其大于所需避臺風時間，會降低風暴閥解除過程中的風險。本發明提出一種增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，使安全作業周期能夠大于避臺風時間，降低解除風暴閥過程中的高壓風險，達到安全作業的目的。
發明內容
為克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，該方法是通過在井底注入一段高粘度的液體段塞減緩氣體的上升速度，增加安全作業周期，通過本發明的方法可計算出所需的最小高粘液體段塞的長度，確保安全作業周期大于避臺風時間，達到安全作業的目的。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下:增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，包括以下步驟:(I)讀取當前井的基礎數據；(2)將井筒由下往上劃分成若干個單元格；(3)確定井底處初始氣泡平均直徑的大小；(4)計算當前鉆井液條件下的安全作業周期；(5)判斷安全作業周期是否滿足避臺風要求，若安全作業周期大于預計的避臺風時間，則安全作業周期滿足要求；反之，則需采取注入高粘液體段塞的方法增加安全作業周期，繼續步驟(6)；(6)選擇注入液體段塞的粘度；(7)估計注入井底高粘液體段塞的長度；(8)計算得到注入高粘液體段塞后的安全作業周期；(9)判斷高粘液體段塞長度是否滿足最低要求，若注入高粘液體段塞后的安全作業周期大于預計的避臺風時間，則注入的液體段塞長度滿足要求，繼續步驟(10);反之，則需重新估計注入井底高粘液體段塞的長度，返回步驟(7)；(10)判斷高粘液體段塞長度是否在最長限制之內，若此液體段塞的長度小于風暴閥至井底的井筒長度，則滿足要求；反之，則說明此液體段塞的粘度偏低，應增大液體段塞的粘度，返回步驟(6)。優選地，所述的鉆井的基本參數是指鉆井液密度、鉆井液粘度、井身結構、地層的平均孔隙直徑、風暴閥的位置、預計避臺風時間。優選地，所述的將井筒由下往上劃分成若干個單元格是指采用非均勻網格劃分方法，將井筒由井底往上至風暴閥處劃分為若干個單元格，網格劃分時上部單元格比下部單元格更密集。優選地，所述的確定井底處初始氣泡直徑的大小的步驟如下:①根據當前井筒內鉆井液的密度計算井底壓力由井筒溫度場方程計算此時井底處的溫度；③根據井底處的壓力和溫度計算進入井筒內氣體的密度及氣液界面張力根據地層的平均孔隙直徑、氣液表面張力、氣體及液體的密度計算井底處初始氣泡直徑。優選地，所述的計算當前鉆井液條件下的安全作業周期的步驟如下:①根據當前井筒內鉆井液的密度計算井筒最下方單元格中心處的壓力由井筒溫度場方程計算井筒最下方單元格中心處的溫度；③由井底處初始氣泡直徑，結合氣體狀態方程確定井筒最下方單元格中心處氣泡的平均直徑計算氣泡的聚并速度，得到氣泡聚并后的直徑；⑤判斷氣泡是否發生破裂，并得到破裂后氣泡的平均直徑；⑥根據井筒最下方單元格內的液體粘度，計算氣泡在井筒最下方單元格中心處的上升速度；⑦計算氣泡通過井筒最下方單元格的時間；⑧重復步驟①-⑦，由下往上，依次計算氣體通過井筒每個單元格的時間，累加氣體通過整個井筒長度上所有單元格的時間，得到氣體上升至風暴閥處的安全作業周期。優選地，所述的選擇注入液體段塞的粘度是指選擇一種注入液體段塞的粘度，且該粘度比當前井筒內的鉆井液粘度高。優選地，所述的判斷高粘液體段塞長度是否滿足最低要求是指比較注入高粘液體段塞后的安全作業周期與預計的避臺風時間；若此安全作業周期大于預計的避臺風時間，則注入的液體段塞長度滿足要求；反之，需重新估計注入井底高粘液體段塞的長度，重新計算直至滿足要求。優選地，所述的判斷高粘液體段塞長度是否在最長限制之內是指比較計算出的液體段塞的長度與風暴閥至井底的井筒長度，若此液體段塞的長度小于風暴閥至井底的井筒長度，則滿足要求；反之，說明此液體段塞的粘度偏低，應增大液體段塞的粘度，重復計算直至滿足要求。優選地，所述的高粘液體段塞長度的最低要求是指保證安全作業周期等于預計的避臺風時間時的高粘液體段塞長度。優選地，所述的高粘液體段塞的最長限制是指保證液體段塞的長度要小于風暴閥至井底的井筒長度。本發明相對于現有技術，具有以下顯著效果:(I)、本發明所述的方法可通過注入高粘液體段塞的方式增加海洋鉆井的安全作業周期，該方法工藝簡單，適合現場使用。
(2)、本發明所述的方法能夠給出注入高粘液體段塞的具體長度，使得注入高粘液體段塞增加安全作業周期的可操作性強。(3)、采用本發明方法在計算氣體上升速度時考慮了氣泡在井筒上升過程中的膨脹、聚并和破裂，并采用非均勻網格的劃分方法，提高了計算的準確性。(4)、采用本發明方法可有效的提高海洋鉆井避臺風時的鉆井安全作業周期，可降低風暴閥解除操作過程中的高壓風險。說明書附1為本發明增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的流程示意圖；圖2為計算當前鉆井液條件下的安全作業周期的流程示意圖。
具體實施例方式如
圖1所示，增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，包括如下步驟:1、讀取當前井的基礎數據根據當前井的實際情況，讀取當前井的基礎數據，包括:鉆井液密度、鉆井液粘度、井身結構、地層的平均孔隙直徑、風暴閥的位置、預計避臺風時間。2、將井筒由下往上劃分成若干個單元格采用非均勻網格劃分方法，將井筒由井底往上至風暴閥處劃分為若干個單元格，分別為1、2、3、…、N，由于氣體在井底上升速度慢，靠近井口的位置上升速度快，因此網格的劃分可采用非均勻網格的形式，下疏上密；由于氣體在井筒上部的上升速度要比底部高，網格劃分時上部單元格更密集。3、確定井底處初始氣泡直徑的大小(I)、根據當前井筒內鉆井液的密度計算井底壓力由于風暴閥與鉆井連接處有一單向閥，鉆柱內流體可流向井筒，而井筒中流體不能流向鉆柱，因此雖然在泥線下井筒內安裝由風暴閥，但通過單向閥與鉆柱聯通，井底壓力仍按照整個井筒長度計算:Pb=PnigH (I)式中，Pb為井底壓力，Pa ; Pm為井底的壓力當量密度，Kg/m3 ;H為井深，m。(2)、由井筒溫度場方程計算此時井底處的溫度井筒環空內溫度場方程為:
權利要求
1.增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于: (1)讀取當前井的基礎數據； (2)將井筒由下往上劃分成若干個單元格； (3)確定井底處初始氣泡平均直徑的大小； (4)計算當前鉆井液條件下的安全作業周期； (5)判斷安全作業周期是否滿足避臺風要求，若安全作業周期大于預計的避臺風時間，則安全作業周期滿足要求；反之，則需采取注入高粘液體段塞的方法增加安全作業周期，繼續步驟⑶; (6)選擇注入液體段塞的粘度； (7)估計注入井底高粘液體段塞的長度； (8)計算得到注入高粘液體段塞后的安全作業周期； (9)判斷高粘液體段塞長度是否滿足最低要求，若注入高粘液體段塞后的安全作業周期大于預計的避臺風時間，則注入的液體段塞長度滿足要求，繼續步驟(10);反之，則需重新估計注入井底高粘液體段塞的長度，返回步驟(7)； (10)判斷高粘液體段塞長度是否在最長限制之內，若此液體段塞的長度小于風暴閥至井底的井筒長度，則滿足要求；反之，則說明此液體段塞的粘度偏低，應增大液體段塞的粘度，返回步驟(6)。
2.根據權利要求1所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的鉆井的基本參數是 指鉆井液密度、鉆井液粘度、井身結構、地層的平均孔隙直徑、風暴閥的位置、預計避臺風時間。
3.根據權利要求1-2所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的將井筒由下往上劃分成若干個單元格是指采用非均勻網格劃分方法，將井筒由井底往上至風暴閥處劃分為若干個單元格，網格劃分時上部單元格比下部單元格更密集。
4.根據權利要求1-3所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的確定井底處初始氣泡直徑的大小的步驟如下:①根據當前井筒內鉆井液的密度計算井底壓力由井筒溫度場方程計算此時井底處的溫度；③根據井底處的壓力和溫度計算進入井筒內氣體的密度及氣液界面張力；④根據地層的平均孔隙直徑、氣液表面張力、氣體及液體的密度計算井底處初始氣泡直徑。
5.根據權利要求1-4所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的計算當前鉆井液條件下的安全作業周期的步驟如下:①根據當前井筒內鉆井液的密度計算井筒最下方單元格中心處的壓力由井筒溫度場方程計算井筒最下方單元格中心處的溫度；③由井底處初始氣泡直徑，結合氣體狀態方程確定井筒最下方單元格中心處氣泡的平均直徑計算氣泡的聚并速度，得到氣泡聚并后的直徑；⑤判斷氣泡是否發生破裂，并得到破裂后氣泡的平均直徑；⑥根據井筒最下方單元格內的液體粘度，計算氣泡在井筒最下方單元格中心處的上升速度；⑦計算氣泡通過井筒最下方單元格的時間；⑧重復步驟①-⑦，由下往上，依次計算氣體通過井筒每個單元格的時間，累加氣體通過整個井筒長度上所有單元格的時間，得到氣體上升至風暴閥處的安全作業周期。
6.根據權利要求1-5所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的選擇注入液體段塞的粘度是指選擇一種注入液體段塞的粘度，且該粘度比當前井筒內的鉆井液粘度高。
7.根據權利要求1-6所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的判斷高粘液體段塞長度是否滿足最低要求是指比較注入高粘液體段塞后的安全作業周期與預計的避臺風時間；若此安全作業周期大于預計的避臺風時間，則注入的液體段塞長度滿足要求；反之，需重新估計注入井底高粘液體段塞的長度，重新計算直至滿足要求。
8.根據權利要求1-7所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的判斷高粘液體段塞長度是否在最長限制之內是指比較計算出的液體段塞的長度與風暴閥至井底的井筒長度，若此液體段塞的長度小于風暴閥至井底的井筒長度，則滿足要求；反之，說明此液體段塞的粘度偏低，應增大液體段塞的粘度，重復計算直至滿足要求。
9.根據權利要求7所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的高粘液體段塞長度的最低要求是指保證安全作業周期等于預計的避臺風時間時的高粘液體段塞長度。
10.根據權利要 求8所述的增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其特征在于:所述的高粘液體段塞的最長限制是指保證液體段塞的長度要小于風暴閥至井底的井筒長度。
全文摘要
本發明屬于海洋油氣開發領域，具體地，涉及一種增加避臺風期間海洋鉆井安全作業周期的方法，其步驟如下讀取當前井的基礎數據；將井筒由下往上劃分成若干個單元格；確定井底處初始氣泡直徑的大小；計算當前鉆井液條件下的安全作業周期；判斷安全作業周期是否滿足避臺風要求；選擇注入液體段塞的粘度；估計注入井底高粘液體段塞的長度；計算注入高粘液體段塞后的安全作業周期；判斷高粘液體段塞長度是否滿足最低要求；判斷高粘液體段塞長度是否在最長限制之內。本發明能夠使安全作業周期大于避臺風時間，降低解除風暴閥過程中的高壓風險，達到安全作業的目的。
文檔編號E21B41/00GK103195394SQ201310129919
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者王志遠, 孫寶江, 王金波, 公培斌, 王寧, 王金堂 申請人:中國石油大學(華東)