[发明专利]一种隔水管气举钻井流型控制方法

说明书

本发明涉及一种隔水管气举钻井流型控制方法，是将专用气液分离装置安装在隔水管中间特定位置处，当隔水管气举钻井期间注入气体沿隔水管环空上返至气液分离装置时，使得部分气体经气液分离后沿单独排气管线返回钻井平台，从而显著降低上部隔水管环空混合流体中气体的比例，保证隔水管环空中的混合流体始终处于泡状流或段塞流状态，实现隔水管气举安全钻井的目的。实践表明，该方法不改变现有隔水管气举钻井设备及工艺，且施工操作简单、结构可靠稳定，能够为我国海洋深水油气资源开发提供有力的技术支持。

技术领域

本发明属于海洋石油钻井工程技术领域，特别涉及一种隔水管气举钻井流型控制方法。

背景技术

随着国家走向“深蓝”海洋战略的不断推进，海洋油气资源勘探开发中钻井新技术发展成为了国家海洋战略的关键一环。双梯度钻井是为解决海洋深水钻井液密度窗口狭窄问题而逐渐发展起来的一种新型控压钻井技术，在我国南海、东海等深水海域油气资源丰富的地区具有广阔的应用前景。

当前，海上钻井使用的主要是单梯度钻井技术。单梯度钻井在同尺寸的井眼中只有一个液柱梯度，即井底压力由海面到井底的钻井液柱压力来产生，钻井液柱压力梯度均以海面为参考点。在海洋深水钻井中，由于海底疏松的沉积物和海水柱影响，地层孔隙压力和破裂压力之间的间隙(即钻井液密度窗口)很小，使得钻井非常困难。如果使用的钻井液密度较小，使得井底环空钻井液循环压力小于地层孔隙压力，将会导致地层流体侵入井筒，严重时会引发井涌、井喷事故；若钻井液密度过大，井底环空钻井液循环压力超过地层破裂压力，则会导致井漏复杂情况的发生。

双梯度钻井是自上世纪90年代发展起来的一种新型控压钻井技术，能够很好解决海洋深水钻井中钻井液密度窗口狭窄的问题。采用该技术时，海底以上隔水管环空内流体密度与海水密度相近，钻井液柱的压力计算以海底为参考点，使得地层孔隙压力和破裂压力之间区域相对变宽，井涌、井喷和井漏事故大大减少，从而有利于缩短建井周期和降低处理钻井事故的时间和成本。隔水管气举钻井作为双梯度钻井技术的一种实现型式，是通过将气体压缩后注入到海底隔水管环空中降低钻井液的密度来实现双梯度钻井的，具有平台设备改造少、无需海底复杂设备以及可以降低17％～24％深水钻井费用等诸多技术优势。

理论和试验研究表明，隔水管气举钻井期间向海底隔水管环空中注入的气体量较大，加上气体具有可压缩性的特点，隔水管气举钻井能否成功安全实施的技术关键在于气体沿隔水管环空上行过程中的流型控制和环空钻井液压力梯度非线性控制问题。注气初期时，由于隔水管下部环空压力较高，压缩气体主要以小气泡形式均匀地分布在钻井液中；当气体随钻井液上行过程中，随着隔水管环空钻井液柱压力降低，气体将会发生膨胀，气液两相流中气体所占比例将不断上升，混合流体也将出现由泡状流、段塞流向搅拌流、环状流的转化，钻井液携岩性能将会明显下降，同时隔水管环空钻井液的压力控制也将变得极不稳定，尤其当达到环状流的时候，将会出现钻井液携岩困难和海底隔水管环空压力难以控制的问题，从而严重影响隔水管气举双梯度钻井的安全实施。因此，在压缩气体沿隔水管环空上行至一定井深时，采取一定技术措施将气体从钻井液中分离出来，尽可能保持混合流体处于泡状流或段塞流的状态，成为了隔水管气举钻井亟待解决的关键问题之一。

综上分析，如果能够有效控制隔水管气举钻井过程中气液两相流的流型变化，使隔水管环空中的气液两相流避免出现搅拌流、环状流，将会极大改善隔水管气举钻井过程中钻井液的携岩及环空压力控制效果，从而显著增强隔水管气举双梯度钻井的安全性及适用性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种隔水管气举钻井流型控制方法，通过控制钻杆与隔水管环空中的混合流体始终处于泡状流或段塞流状态，有效保证整个隔水管气举钻井期间钻井液的携岩性能及隔水管环空压力控制效果，实现隔水管气举安全钻井的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

首先，钻井液经钻井平台7上的钻井泵依次通过钻杆1、钻头6泵送至井下，并从井眼与钻杆1之间环空上返进入钻杆1与隔水管5之间环空中；