[发明专利]一种高温高压超深井全过程塞流防漏固井设计方法

权利要求书

1.一种高温高压超深井全过程塞流防漏固井设计方法，依次包括以下步骤：

步骤A：通井，根据通井循环排量(如果钻井阶段发生漏失则选取漏失排量)，得到通井循环时的环空总循环压耗P_f，将其作为地层承压能力：

$P_f=\underset{i=1}{\overset{s}{\Σ}}\frac{32{\mathrm{\ρ}}_m{f}_i{L}_i{Q}_d^2}{{\mathrm{\π}}^2{(D_{hi}-D_{ci})}^3{(D_{hi}+D_{ci})}^2}$

式中P_f——环空总循环压耗，单位为MPa，

s——环空分段总数，无因次，

i——第i段，i＝1,2,3……s，无因次，

Q_d——通井循环排量或钻井阶段发生漏失时的漏失排量，单位为L/s，

D_hi——环空内径，单位为mm，

D_ci——下入钻杆或套管外径，单位为mm，

ρ_m——钻井液密度，单位为g/cm³，

f_i——摩阻系数，无因次，

L_i——环空长度，单位为m；

步骤B：根据地层承压能力计算套管或尾管下入速度，使钻井液在环空上返产生的压耗不超过地层承压能力，然后下入套管串或尾管串：

$v_c={\mathrm{av}}_{cm}={\mathrm{aP}}_f^{0.5}{\left(\underset{i=1}{\overset{s}{\Σ}}\frac{2{\mathrm{\ρ}}_m{f}_i{L}_i{(K_c+\frac{D_{ci}^2}{D_{hi}^2-D_{ci}^2})}^2}{D_{hi}-D_{ci}}\right)}^{-0.5}$

式中v_cm——套管或尾管安全下入速度，单位为m/s，

v_c——套管或尾管实际下入速度，单位为m/s，

a——附加安全系数，0<a<1，无因次，

K_c——黏附系数，K_c＝0.4～0.5，无因次；

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：

$Q_{cm}={(P_f-P_t)}^{0.5}{\left(\underset{i=1}{\overset{s}{\&Sigma;}}\frac{32{\mathrm{\&rho;}}_m{f}_i{L}_i}{{\mathrm{\&pi;}}^2{(D_{hi}-D_{ci})}^3{(D_{hi}+D_{ci})}^2}\right)}^{-0.5}$

式中Q_cm——下套管或尾管后的钻井液循环排量，单位为L/s，

P_t——尾管悬挂器处产生的附加局部阻力，单位为MPa；

步骤D：计算注水泥作业的塞流临界排量，确定水泥浆流变模式为幂律模式，通过

下式确定注水泥作业的塞流临界排量Q_pm：

$Q_{pm}=\min imun\left\{\frac{\mathrm{\&pi;}(D_{hi}^2-D_{ci}^2)}{4000}{\left\{\frac{{12}^{n-1}{\&lsqb;(2n+1)/\left(3n\right)\&rsqb;}^{n}100k}{{\mathrm{\&rho;}}_c{(D_{hi}-D_{ci})}^n}\right\}}^{\&lsqb;1/(2-n)\&rsqb;}\right\}$

式中n——水泥浆流性指数，无因次，

k——水泥浆稠度系数，Pa·sⁿ，

ρ_c——水泥浆密度，单位为g/cm³；

步骤E：计算注水泥作业的安全临界排量，水泥浆顶替到位时刻，环空循环压耗、尾管悬挂器处产生的附加局部阻力和静液柱压力增加值不超过地层承压能力，通过下式确定注水泥作业的安全临界排量Q_sm：

$Q_{sm}={(P_f-P_t-{\mathrm{\&Delta;P}}_h)}^{0.5}{\left(\underset{i=1}{\overset{s}{\&Sigma;}}\frac{32{\mathrm{\&rho;}}_i{f}_i{L}_i}{{\mathrm{\&pi;}}^2{(D_{hi}-D_{ci})}^3{(D_{hi}+D_{ci})}^2}\right)}^{-0.5}$

式中ΔP_h——固井顶替到位后由隔离液、水泥浆引起的环空静液柱压力变化值，单位为MPa，

ρ_i——顶替到位时，第i段环空中流体的密度，单位为g/cm³；

步骤F：根据注水泥作业的塞流临界排量Q_pm和安全临界排量Q_sm，确定实际作业排量Q_p，进行塞流注水泥作业，依次注入隔离液、水泥浆和替浆液，实际作业排量Q_p通过下式确定：

$Q_p=\left\{\begin{array}{cc}{Q}_{pm},& Q_{pm}\&lt;Q_{sm}\\ Q_{sm},& Q_{pm}\&gt;Q_{sm}\end{array}\right..$