[发明专利]用于评估被动压力隔离罩的系统与方法

说明书

有关申请的交叉参考

不适用。

关于联邦资助研究的声明

不适用。

技术领域

本发明一般涉及用于评估被动压力隔离罩的系统和方法。更特定地，本发明涉及使用迭代过程对无法接近的被动压力隔离罩的事先、实时、和／或事后的评估。

背景技术

用于遏制井中地层流体的方法之一是使用加重钻井液，其中这个流体的静水压力防止流体流入量流入井内。与例如机械防喷器相比，这个方法被认为是被动的，因为对于这个方法的有效性来说，不需要直接的人类干预。当钻井时，把一系列的套管和衬管使用水泥粘附至（cemented to）地层。如图1中所示，图1是井一部分和周围地层110的横截面图，固井过程一般用加重钻井液106密封住水泥108顶部和套管102顶部、或衬管104顶部之间的环形区域。一般，在固井之后，环形区域中的加重钻井液106是无法接近的，尤其是在海底、深水油井的情况下。陷入环形区域内的加重钻井液106的一个性质在于，它的体积随温度增加而增加且它的体积随压力增加而减小。例如，“理想气体”在体积V、压力P、和温度T之间存在下列关系（R是与气体类型有关的常数）：

V=R*TP]]>

可看到，温度T增加导致体积V增加。还可看到，压力P增加导致体积V减小。然而，实际的井眼流体比这个简单模型更复杂。例如，在Poling等人的“The Properties of Gases and Liquids（气体与流体的性质）”,（第五版，McGraw-Hill图书公司，纽约州，纽约，2001，4.43-4.46节）中描述了各种流体模型。此外，井套管具有因温度增加、内压力增加、和／或外部压力减小而膨胀的性质。例如，Timoshenko和Goodier在“Theory of Elasticity（弹性理论）”，（McGraw-Hill图书公司，纽约州，纽约，1970，68-71页）；Halal和Mitchell的“Casing Design for Trapped Annular Pressure Buildup（环空压力增大的套管设计）”,(SPE Drilling&Completion,Society of Petroleum Engineers,德克萨斯州，Richardson，1993，179-190页；以及Halal等人的“Multi-string Casing Design with Wellhead Movement（具有井口运动的多钻柱套管设计）”,(SPE Production Operations Symposium,俄克拉荷马州，俄克拉荷马城，1997，477-484页)中描述了这个性质的细节。

当对环形区域浇注水泥时，环形区域内包含的钻井液具有特定的初始温度和压力分布。初始压力分布被选择为具有适当的被动性质，以防止流体流入环形区域，并且还防止邻近环形区域的地层压裂。当井被钻到较深的深度时，井作业（例如，钻井液的循环、固井作业、和／或关井期间）可改变井中的温度。改变温度会改变位于闭合的环形区域内的压力。例如，温度增加导致流体体积增加。然后，封闭体积中这个流体体积增加将导致压力增加，需要通过压缩流体来保持原始的体积。其它环形区域中的压力和热行为以及套管和衬管的压力和热行为使总体计算进一步复杂化。通过下降至地层压力以下而允许流体流入量、或通过压裂地层而导致环形区域流体体积损失，环形区域中产生的压力变化可不利地影响被动压力隔离罩。例如，在图2中，基于实际井的建模数据的曲线图示出当循环流体已经使环形区域中的加重钻井液冷却时，环形区域压力可如何随时间而减小。这个静水压力的减小具有允许流体流入的潜力，表示被动压力隔离罩可能失效。因此API RP96推荐监测，或政府法规（例如，BOEMRE）要求监测，以保证井控制和遏制地层流体。