[发明专利]深水控压钻井水力参数实时优化方法及设备

说明书

本发明实施例提供一种深水控压钻井水力参数实时优化方法及设备。该方法包括采集当前钻井过程中的溢流参数，对该溢流参数进行预处理和特征提取，并将该预处理和特征提取后的溢流参数输入到训练好的支持向量机识别模型进行溢流判断；以及在判断当前钻探深度发生溢流时，减小节流管线上的节流阀的开度，同时升高海底泵排量；测量井口回压，并根据所测量的井口回压，计算井底压力；在所计算的井底压力未落入一安全窗口内的情况下，判断是否继续发生溢流；在继续发生溢流的情况下，采用高密度钻井液与原钻井液混合从钻杆泵入井筒环空，并执行上述减小节流阀的开度、升高海底泵排量、计算井底压力以及判断继续发生溢流的操作，直至不再发生溢流。

技术领域

本发明涉及海洋深水油气钻井工程领域，具体地涉及一种基于双多模型与大数据融合的深水控压钻井水力参数实时优化方法及设备。

背景技术

经济的快速发展使得人类对油气资源的依赖度逐年增加，随着陆地油气勘探储量的不断衰竭，开发潜力巨幅降低，为维持油气的稳步增长必须依赖海洋油气的安全高效开发。截至2018年国际能源署(IEA)统计，海洋天然气储量为95万亿立方米，占全球总储量的57.2％，其中的探明率只有30.6％，因此，海上天然气的勘探开发具有十分广阔的前景。在海洋天然气资源开发过程中，面临着深水环境恶劣、地层异常高压、密度窗口极窄、泥线附近低温高压环境下水合物的生成、钻遇穿过水合物储层时水合物的分解流入以及地层中CO₂和H₂S酸性气体侵入的风险。同时，深水钻井过程中，井口通常位于井底，长距离的节流管线造成巨大的压力损失，井涌、井漏、井壁坍塌和卡钻等井下事故频发，特别是孔隙压力与破裂压力极窄的地层，井下事故的发生严重增加非作业时间，降低钻井效率，增加钻井成本。由于深水天然气田开发过程中存在上述特点，难以利用随钻测量分析井内异常状况，无法做到早期溢流有效监测，同时海洋天然气田钻探技术理论复杂交织，给深水天然气田的控压钻井带来严峻的挑战，如果不能准确及时的反应井筒内复杂的流动情况，造成的钻井事故将会带来巨大的经济损失和人员伤亡。

发明内容

本发明实施例提供一种深水控压钻井水力参数实时优化方法，该方法包括：实时采集当前钻井过程中的溢流参数，对该溢流参数进行预处理和特征提取，并将该预处理和特征提取后的溢流参数输入到训练好的支持向量机识别模型进行溢流判断；以及在判断当前钻探深度发生溢流时，减小节流管线上的节流阀的开度，增大井口回压，同时升高海底泵排量，增加钻井液的排量；测量井口回压，并根据所测量的井口回压，计算井底压力；在所计算的井底压力未落入一安全窗口内的情况下，判断是否继续发生溢流；在继续发生溢流的情况下，采用高密度钻井液与原钻井液混合从钻杆泵入井筒环空，并执行上述减小节流阀的开度、升高海底泵排量、计算井底压力以及判断继续发生溢流的操作，直至不再发生溢流。

其中，所述训练好的支持向量机识别模型包括：流量识别模型、泥浆池增量识别模型和立压识别模型；所述实时采集当前钻井过程中的溢流参数，对该溢流参数进行预处理和特征提取，并将该预处理和特征提取后的溢流参数输入到训练好的支持向量机识别模型进行溢流判断包括：实时采集当前钻井过程中的进出口的流量差、泥浆池增量以及立压，对所述流量差、泥浆池增量以及立压进行预处理和特征提取，并将该行预处理和特征提取后的流量差、泥浆池增量以及立压输入到相应的支持向量机识别模型进行溢流判断；以及采用信息融合模型对各个识别模型下的溢流概率进行处理，以判断当前钻探井深是否溢流。

其中，根据所测量的井口回压，计算井底压力包括：确定控压钻井溢流后的流动计算参数；确定溢流状态下的复杂流体组分；考虑溢流状态时井筒内的复杂流动，建立井筒双多模型；确定核心辅助方程和边界条件；对双多模型求解域进行网格划分和数值离散；以及利用所述双多模型，求解当前测量井口回压下的井底压力。

其中，所述流动计算参数包括：井身结构、钻具组合、地层数据、钻井平台上监测到的气-液-固相排量、钻井液密度、钻井液粘度、实时井口回压、井口处的温度和压力、当前的钻头钻探深度；所述复杂流体组分包括：钻井液、流入原油、地层水、破碎岩屑、钻穿水合物层时的水合物、烃类气体、CO₂、H₂S。