[发明专利]一种压差式气侵和置换式气侵判断方法及装置

说明书

本发明公开了一种压差式气侵和置换式气侵判断方法及装置，所述方法先获取实际出口流量时间序列数据和立管压力导数时间序列数据；再根据钻井参数，分别得到压差式气侵下以及置换式气侵下标准出口流量时间序列数据和/或标准立管压力导数时间序列数据；分别计算实际出口流量时间序列数据和/或立管压力导数时间序列数据分别与压差式气侵标下和置换式气侵下标准出口流量时间序列数据和/或标准立管压力导数时间序列数据的相似度，根据相似度判断气侵方式。通过本发明，可以快速判断气侵类型，降低钻井风险，且操作简便、设备需求少。

技术领域

本发明涉及天然气钻井过程中环空气侵方式判断技术领域，具体地，涉及一种压差式气侵和置换式气侵判断方法及装置。

背景技术

随着环保压力增加和技术进步，全球能源消费的低碳化趋势日益明显，天然气作为优质高效、绿色清洁的低碳能源，将成为全球能源由高碳向低碳转变的重要桥梁。为满足国家经济发展对清洁能源的需求，天然气开发不断走向深部复杂地层，但深部复杂地层常具有高温、高压、窄密度安全窗口等特点，钻井事故复杂频发，钻井风险高。尤其是在深部窄密度窗口钻进时，常因井底压力控制不当，出现地层中天然气侵入井筒现象。天然气侵入井筒后，受钻井液循环及气体本身的滑脱作用将沿环空上升且不断膨胀，造成井底压力降低，进一步加重气侵程度，严重甚至导致井喷失控。

根据发生机理及地层特征，气侵分为压差式气侵、置换式气侵、岩屑破碎气气侵和浓度差气侵等气侵方式，其中岩屑破碎气气侵和浓度差气侵井底进气量较小(一般可忽略)，压差式气侵和置换式气侵井底进气量较大，对钻井安全影响大。

压差式气侵和置换式气侵在发生机理上有本质差别，处理方式也截然不同，压差式气侵是指井底压力小于地层压力，地层中的气体在压差作用下由地层渗流到井筒的过程，其发生在井底负压差情况下，处理方法为增加井底压力，使井底压力平衡地层压力；而置换式气侵指地层中的气体与井筒中的钻井液在密度差的作用下，井筒中的钻井液进入到地层，地层气体进入井筒中的过程，其发生在井底过平衡、近平衡情况下，处理方法为封堵地层裂缝，如果采用增加井底压力的方法，不但不能抑制气侵，反而会压漏地层，造成更大损失。虽然发生机理及处理方法不同，但其表现形式却大致相同(如出口流量增加，立管压力降低等)，如果不对数据进行深度分析，难易区别两种气侵方式，另外，目前国内钻井现场流量及压力传感器测量精度较低，采集的测量数据精度不足，也导致气侵方式的识别困难。

目前公开发表的论文和专利中，对压差式气侵和置换式气侵的判断方法为：监测到气侵发生之后，在井口处施加回压，根据增加回压一个迟到时间后井口处钻井液流量进行判断，若施加回压一个迟到时间后井口处钻井液流量减小，为压差式气侵；若施加回压一个迟到时间后井口处钻井液流量保持不变，则为置换式气侵。该方法虽然能够判断压差式气侵和置换式气侵，但使用条件受限，只适用于具有施加回压条件的控压钻井过程，另外深井的一个迟到时间一般为数小时，判断所需时间较长，不能满足快速处理气侵的井控安全要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种压差式气侵和置换式气侵判断方法及装置，可在气侵发生时及时判断气侵类型，为针对性地采取井控措施提供技术支持。

具体的，本发明涉及的一种压差式气侵和置换式气侵判断方法，所述方法包括以下步骤：

S1：采集出口流量和立管压力数据，获取实际出口流量时间序列数据和立管压力导数时间序列数据；

S2：根据钻井参数，分别模拟压差式气侵和置换式气侵过程，分别得到压差式气侵标下标准出口流量时间序列数据和/或标准立管压力导数时间序列数据，以及置换式气侵下标准出口流量时间序列数据和/或标准立管压力导数时间序列数据；

S3：分别计算实际出口流量时间序列数据和/或立管压力导数时间序列数据分别与压差式气侵标下和置换式气侵下标准出口流量时间序列数据和/或标准立管压力导数时间序列数据的相似度，根据相似度判断气侵方式。

优选的，所述的相似度计算方法如下：