专利汇可以提供一种针对U形管效应的固井压力控制方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种针对U形管效应的固井压 力 控制方法及系统,其通过分析注 水 泥过程中的进出口流量变化特征和进出口压力变化特征,及时发现U形管效应,如果出现U形管效应,进行一次流量调节,并待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值Q′进行初级判断;如果管内注入流量值Q大于环空出口流量值Q′,表明经环空节流后井下出现了漏失情况,则通过计算漏失状态下的井底漏失压力Pf1,反算得到管内注入流量值Q条件下的节流 阀 阀板闭合度η;进行二次流量调节,控制固井压力,从而达到 预防 或减轻井下漏失和保护井壁的目的。,下面是一种针对U形管效应的固井压力控制方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种针对U形管效应的固井压力控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力值P′,并根据监测值进行判断是否出现U形管效应;
S2、如果出现U形管效应,则将环空出口流量值Q′缓慢降至管内注入流量值Q;
S3、待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值Q′,如果管内注入流量值Q等于环空出口流量值Q′,表明U形管效应已得到有效控制;如果管内注入流量值Q大于环空出口流量值Q′,表明经环空节流后井下出现了漏失情况,进入步骤S4;
S4、计算漏失状态下的井底漏失压力Pf1,以漏失压力Pf1为目标反算管内注入流量值Q条件下的节流阀阀板闭合度η;
S5、根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度η调整节流阀,指导节流操作,从而控制固井压力。
2.根据权利要求1所述针对U形管效应的固井压力控制方法,其特征在于,所述步骤S1还包括以下子步骤:
S11、获取总井深值H、井眼直径值Dh、套管外径值Dc、套管内径值Di、水泥浆密度值ρ1、钻井液密度值ρ3、环空流动摩阻系数值f、节流阀的通径D、管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力P′;
S12、实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力值P′;
S13、根据各项监测值进行判断是否出现U形管效应,当P>0,Q=Q′,表明未产生U形管效应,注水泥作业施工正常,无需控制;当P=0,Q3.根据权利要求1所述针对U形管效应的固井压力控制方法,其特征在于,所述井底漏失压力Pf1的具体分析计算方法如下:
计算井底漏失压力:
Pf1=F1(H,ρ3)+F2(H,Q′,ρ3,f,Dh,Dc)+P′
上式中:
F1(H,ρ3)=9.81ρ3H
P′从环空出口监测系统直接读取。
4.根据权利要求3所述针对U形管效应的固井压力控制方法,其特征在于,所述节流阀阀板闭合度η的具体分析计算方法如下:
①计算管内注入流量值Q条件下环空出口应控制的节流压力P1:
P1=Pf1-F1(H,ρ3)-F2(H,Q,ρ3,f,Dh,Dc)
②计算环空出口节流阀应保持的流通面积A:
③计算环空出口节流阀阀板应保持的闭合度η:
当 时采用下式计算闭合度η:
当 时采用下式计算闭合度η:
5.一种针对U形管效应的固井压力控制系统,用于实时分析井下工况和计算环空出口节流阀的阀板闭合度,其特征在于,包括如下模块:
数据监测模块,用于实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力值P′,并根据监测值进行判断是否出现U形管效应
流量调节模块,用于将环空出口流量值Q′缓慢降至管内注入流量值Q;
监测比较模块,用于待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值Q′,如果管内注入流量值Q等于环空出口流量值Q′,则表明U形管效应已得到有效控制,并未出现井漏现象,此时按照管内注入流量值Q正常施工即可;如果管内注入流量值Q大于环空出口流量值Q′,则表明经环空节流后井下出现了漏失情况;
分析计算模块,用于对漏失状态下的井底漏失压力Pf1进行计算,并以漏失压力Pf1为目标,反推得到在管内注入流量值Q条件下的节流阀阀板闭合度η;
控制执行模块,用于根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度η调整节流阀,指导节流操作,从而控制固井压力。
6.根据权利要求5所述针对U形管效应的固井压力控制系统,其特征在于,所述数据监测模块包括以下子模块:
参数获取子模块,用于获取总井深值H、井眼直径值Dh、套管外径值Dc、套管内径值Di、水泥浆密度值ρ1、钻井液密度值ρ3、环空流动摩阻系数值f、节流阀的通径D、管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力P′。
实时监测子模块,用于在实际固井注水泥施工过程中,实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力P′;
分析判断子模块,用于根据监测值进行判断是否出现U形管效应,当P>0,Q=Q′,表明未产生U形管效应,注水泥作业施工正常,无需控制;当P=0,Q7.根据权利要求6所述针对U形管效应的固井压力控制系统,其特征在于,所述井底漏失压力Pf1的计算步骤具体如下:
计算井底漏失压力:
Pf1=F1(H,ρ3)+F2(H,Q′,ρ3,f,Dh,Dc)+P′
上式中:
F1(H,ρ3)=9.81ρ3H
P′从环空出口监测系统直接读取。
8.根据权利要求7所述针对U形管效应的固井压力控制系统,其特征在于,所述节流阀阀板闭合度η的计算步骤具体如下:
①计算管内注入流量值Q条件下环空出口应控制的节流压力P1:
P1=Pf1-F1(H,ρ3)-F2(H,Q,ρ3,f,Dh,Dc)
②计算环空出口节流阀应保持的流通面积A:
③计算环空出口节流阀阀板应保持的闭合度η:
当 时采用下式计算闭合度η:
当 时采用下式计算闭合度η:
技术领域:
[0034] 具体的,所述总井深值H、井眼直径值Dh、套管外径值Dc、套管内径值Di、水泥浆密度值ρ1、钻井液密度值ρ3、环空流动摩阻系数值f、节流阀的通径D可以从固井设计数据获取;[0035] 固井注入流量值Q、注入压力值P可以从套管入口监测系统直接获取;环空出口返出流量值Q′、环空出口压力P′可以从环空出口监测系统直接获取。[0036] 步骤S4中所述井底漏失压力Pf1的具体分析计算方法如下:[0037] 计算井底漏失压力:[0038] Pf1=F1(H,ρ3)+F2(H,Q′,ρ3,f,Dh,Dc)+P′[0039] 上式中:[0040] F1(H,ρ3)=9.81ρ3H[0041][0042] P′从环空出口监测系统直接读取。[0043] 所述节流阀阀板闭合度η的具体分析计算方法如下:[0044] ①计算管内注入流量值Q条件下环空出口应控制的节流压力P1:[0045] P1=Pf1-F1(H,ρ3)-F2(H,Q,ρ3,f,Dh,Dc)[0046] ②计算环空出口节流阀应保持的流通面积A:[0047][0048] ③计算环空出口节流阀阀板应保持的闭合度η:[0049][0050] 当 时采用下式计算闭合度η:[0051][0052] 当 时采用下式计算闭合度η:[0053][0054] 式中:总井深H、井眼直径Dh、套管外径Dc、套管内径Di、节流阀的通径D单位为m;3
水泥浆密度ρ1、钻井液密度ρ3单位为kg/m ;管内注入流量值Q、环空出口返出流量值Q′
3
单位为m/s;环空流动摩阻系数f、节流阀阀板闭合度η单位为无因次;井底地层漏失压力Pf1、注入压力值P、环空出口压力P′、注入流量Q条件下环空出口应控制的节流压力P1单
2
位为Pa;环空出口节流阀应保持的流通面积A单位为m。[0055] 图3为本发明所述针对U形管效应的固井压力控制方法的步骤流程示意图。[0056] 本发明还提供一种针对U形管效应的固井压力控制系统,用于实时分析井下工况和计算环空出口节流阀的阀板闭合度,如图4所示,其包括如下模块:[0057] 数据监测模块,用于实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力值P′,并根据监测值进行判断是否出现U形管效应;[0058] 流量调节模块,用于将环空出口流量值Q′缓慢降至管内注入流量值Q;[0059] 监测比较模块,用于待流动稳定时监测比较管内注入流量值Q和环空出口流量值Q′,如果管内注入流量值Q等于环空出口流量值Q′,则表明U形管效应已得到有效控制,并未出现井漏现象,此时按照管内注入流量值Q正常施工即可;如果管内注入流量值Q大于环空出口流量值Q′,则表明经环空节流后井下出现了漏失情况;[0060] 分析计算模块,用于对漏失状态下的井底漏失压力Pf1进行计算,并以漏失压力Pf1为目标,反推得到在管内注入流量值Q条件下的节流阀阀板闭合度η;[0061] 控制执行模块,用于根据分析计算得到的节流阀阀板闭合度η调整节流阀,指导节流操作,从而控制固井压力。[0062] 其中,如图5所示,所述数据监测模块包括以下子模块:[0063] 参数获取子模块,用于获取总井深值H、井眼直径值Dh、套管外径值Dc、套管内径值Di、水泥浆密度值ρ1、钻井液密度值ρ3、环空流动摩阻系数值f、节流阀的通径D、管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力P′。[0064] 参数实时监测子模块,用于在实际固井注水泥施工过程中,实时监测管内注入流量值Q、注入压力值P、环空出口流量值Q′、环空出口压力P′;[0065] 分析判断子模块,用于根据监测值进行判断是否出现U形管效应,当P>0,Q=Q′,表明未产生U形管效应,注水泥作业施工正常,无需控制;当P=0,Q[0066] 本发明所述为一种针对U形管效应的固井压力控制方法及系统,通过实时监测分析注水泥过程中的进出口流量变化特征和进出口压力变化特征,及时发现U形管效应,并通过一次流量调节进行初级判断,再通过计算得到节流阀阀板闭合度η进行二次流量调节,从而达到预防或减轻井下漏失和保护井壁的目的。[0067] 图6为U形管效应下的固井流体循环示意图,下面以下结合图6来解释本发明实施的原理:[0068] 某井为直井,总井深H=3000m、井眼直径Dh=0.24m、套管外径Dc=0.1778m、套3 3
管内径Di=0.157m、水泥浆密度ρ1=1800kg/m 、钻井液密度ρ3=1200kg/m 、环空流动摩阻系数f=0.009、节流阀的通径D=0.15m。[0069] 假设t时刻监测的管内注入流量值Q=0.03m3/s,注入压力值P=0,环空出口返3
出流量值Q′=0.045m/s,环空出口压力P′=0,节流阀阀板闭合度η=0。[0070] 经分析发现,注入压力值P=0,且Q=0.03m/s,观察5分钟,流动稳定后监测发现环空出口节流压力P′=6.6MPa,环空出口
3
流量Q′=0.02m/s,小于注入流量Q,表明经环空节流后井下出现了漏失情况。此时计算如下:[0071] ①计算井底地层漏失压力:[0072][0073] ②计算注入流量Q条件下环空出口应控制的节流压力P1:[0074][0075] ③计算环空出口节流阀应保持的流通面积A:[0076][0077] ④计算环空出口节流阀阀板应保持的闭合度η:[0078][0079] 由于 故采用下式计算闭合度η:[0080][0081] 计算得环空出口节流阀阀板应保持的闭合度η为0.335。
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