[发明专利]基于深层井筒水泥浆体系模拟的控压固井方法及系统

说明书

本发明提供一种基于深层井筒水泥浆体系模拟的控压固井方法及系统，该方法包括如下步骤：根据作业井的基础数据和固井数据，模拟井筒水泥浆的水化反应，根据模拟实时计算固井过程中的井底压力，调节所述节流管汇的开度以控制井口回压，从而使地层孔隙压力井底压力地层破裂压力。该系统，包括存有预设程序的计算机可读介质，该预设程序被执行时能够实现以上方法。本发明所述的方法和系统，可以通过对固井过程中水泥浆体系物理或化学反应过程的模拟，实时计算出井底压力，通过调节节流管汇控制井口回压，从而使得井底压力始终维持在地层安全作业窗口范围内，从而防止井涌、气窜、漏失等复杂事故的发生。

技术领域

本发明涉及油气井开发技术领域，尤其涉及一种基于深层井筒水泥浆体系模拟的控压固井方法及系统。

背景技术

伴随世界能源不断地枯竭，全球新发现油气藏不断向深层、深水发展。深层、深水油气藏带来的不仅是丰富的油气资源，同时伴随而来的是越来越复杂的地质条件。针对深层油气井固井过程中，复杂油气藏窄安全密度窗口等难题会导致固井过程中井涌、井漏、气窜现象频发，严重威胁井筒的完整性。

传统固井技术通常采用高密度水泥浆平衡地层压力来防止气窜的发生，然而窄安全密度窗口条件下，过重的水泥浆容易压裂地层诱发漏失事故。固井过程中井筒内水泥浆体系存在复杂的物理化学反应，水泥浆水化失重等现象也会诱发固井气窜事故的发生。此外，固井工艺流程复杂，包括循环洗井、下套管、注水泥、侯凝等多种工况，导致固井过程井筒压力多变，更容易诱发井涌、井漏、气窜等事故的发生。因此，传统的固井技术已经难以满足深层复杂地层条件安全高效固井的要求。

发明内容

本发明针对现有技术存的问题，提出一种基于深层井筒水泥浆体系模拟的控压固井方法及系统，可以通过对固井过程中水泥浆体系物理或化学反应过程的模拟，实时计算出井底压力，通过调节节流管汇控制井口回压，从而控使得井底压力始终维持在地层安全作业窗口范围内，从而防止井涌、气窜、漏失等复杂事故的发生，弥补了传统固井技术的不足。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于深层井筒水泥浆体系模拟的控压固井方法，包括如下步骤：根据作业井的基础数据和固井数据，模拟井筒水泥浆的反应，根据模拟实时计算固井过程中的井底压力，调节所述节流管汇的开度以控制井口压力，从而使地层孔隙压力井底压力地层破裂压力。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：若为洗井作业，则模拟洗井液动态流动过程，并计算井底压力其中，p_b为井底压力；p_a为井口回压，ρ为井筒流体密度，h为井筒长度，f为环空摩阻系数，v为环空钻井液流速，d_w为井眼直径，d_co为套管外径。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：若为下套管作业，则模拟套管下放过程中的井筒压力分布，并计算套管下放过程中的当量流速其中，为环空当量流速；v_c下套管速度；K_c为钻井液的粘附系数。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：若为注水泥作业时，则模拟井筒内浆柱液面的流动过程，并计算井底压力其中，n为注入流体种类。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：若为侯凝作业，则根据水泥浆数据模拟井筒内水泥浆凝固过程，并计算井底压力其中，h_i为第i种水泥浆长度；α_i为第i种水泥浆水化度；α₅₀₀为水泥浆强度达到预设强度时的水泥浆水化度。

作为本发明的进一步优化，若节流管汇开到预设最小开度时井底压力小于地层孔隙压力，则开启回压泵以使井口压力增大，从而使井底压力大于地层孔隙压力。