后，通知司鉆停常規(guī)氣體鉆井設備的空壓機和增壓機，通過計算機控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)精細 節(jié)流管匯，保持設定點壓力恒定，起下鉆或接單根完畢后，開啟常規(guī)氣體鉆井設備的空壓機 和增壓機，通過計算機控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)精細節(jié)流管匯，保持設定點壓力恒定，同時關閉回 壓系統(tǒng)，起下鉆或接單根程序完畢。
[00則 實施例2
[0060] 參照附圖2,依據(jù)實施例1的裝置控壓氣體鉆井方法主要是：
[0061] (1)通過測井資料計算地層孔隙壓力，地層孔隙壓力通過Terza曲i模型計算：
[006引 P。= Pp+ 0 (1)
[0063] 式中；P。為上覆巖層壓力；Pp為地層孔隙壓力；0為垂直有效應力。
[0064] 由于相同聲波時差的不同深度處的地層應力相同，即地層壓實程度相同；地層壓 實程度相同，巖石的骨架應力相同，即同樣的孔隙度對應相同的有效應力。
[006引若1和2兩點的聲波時差相同，具有相同的有效應力，則；
[0066] 0 1 = 0 2 (2)
[0067] 由Terza曲公式得：
[006引 p0i = Ppi+0i (3)
[006引 P02 = Pp2+02 (4)
[0070] 聯(lián)立求解得：
[ocm] Pp2 = P〇2- (P〇rPpi) (5)
[0072] 可得：
[0073] G出=- (G,,i - (6)
[0074] 式（6)可改寫為：
[007引 Gp = G。- (G化-Gpn)苦 (7)
[007引式中；He為等效深度；Gp、G。、G。。、Gpn分別為計算點處的地層孔隙壓力梯度、上覆巖 層壓力梯度、等效深度處的上覆巖層壓力梯度和正常地層孔隙壓力梯度。
[0077] 根據(jù)聲波時差隨深度變化的正常趨勢線方程：
[0078] Ati = At。? e_'H。 C8)
[0079] 因為：At2=Ati
[0080] 則可得：
[0081] At2=At〇-e-cH? C9)
[0082] 兩邊取對數(shù)可得等效深度的表達式：
[0083] = - In ^ (10) C Ato
[0084] 則地層孔隙壓力梯度計算式為：
[00財 Gp = G0 -(G0e -G化)韋 In 告 (11) 姐 At
[0086] 式中；A t。為深度為0時的聲波時差；C為常數(shù)，需要根據(jù)與實測地層壓力的對比 確定。
[0087] (2)正常鉆進情況下，通過井口節(jié)流閥維持地層環(huán)空壓力等于地層孔隙壓力；
[008引（3)當接單根或起下鉆時，用回壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)和補償井筒循環(huán)壓力的損失。
[0089] 在所述步驟（2)中，井口壓力接收器接收到井底隨鉆測壓儀從井內(nèi)傳輸?shù)木畠?nèi)值， 通過計算機控制系統(tǒng)根據(jù)計算結果自動調(diào)節(jié)精細節(jié)流管匯，實現(xiàn)井內(nèi)環(huán)空壓力始終等于地 層孔隙壓力；
[0090] 在所述步驟（3)中，回壓系統(tǒng)提前運轉(zhuǎn)待命，回壓系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)后，通知司鉆停常 規(guī)氣體鉆井設備的空壓機和增壓機，通過計算機控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)精細節(jié)流管匯，保持設 定點壓力恒定，起下鉆或接單根完畢后，開啟常規(guī)氣體鉆井設備的空壓機和增壓機，通過計 算機控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)精細節(jié)流管匯，保持設定點壓力恒定，同時關閉回壓系統(tǒng)，起下鉆或 接單根程序完畢。
[0091] 將空氣經(jīng)過空壓機和增壓機加壓后注入鉆柱內(nèi)，并通過環(huán)空返出；通過井口壓力 接收器接收井底隨鉆測壓儀從井內(nèi)傳輸?shù)木畠?nèi)值；計算A P=井底壓力-地層孔隙壓力；當 A P〉設定值時，計算機控制系統(tǒng)根據(jù)計算結果自動調(diào)節(jié)精細節(jié)流管匯，實現(xiàn)井內(nèi)環(huán)空壓力 始終等于地層孔隙壓力，當A 9<設定值時，開啟回壓系統(tǒng)，利用回壓系統(tǒng)彌補井內(nèi)循環(huán)壓 耗，通過計算機控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)精細節(jié)流管匯，實現(xiàn)井內(nèi)環(huán)空壓力始終等于地層孔隙壓 力。
【主權項】
1. 一種控壓氣體鉆井裝置，包括空氣增壓系統(tǒng)、井口系統(tǒng)、空壓鉆機和鉆機節(jié)流管匯， 其中空氣增壓系統(tǒng)包括增壓機和/或空壓機、氣體流量及壓力記錄儀、泄壓管和/或旁通 管、排空管、控制閥，其特征是：裝置中還包括回壓系統(tǒng)和精細節(jié)流管匯，井口系統(tǒng)上設有旋 轉(zhuǎn)控制頭，回壓系統(tǒng)和精細節(jié)流管匯與旋轉(zhuǎn)控制頭連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的控壓氣體鉆井裝置，其特征是：所述回壓系統(tǒng)包括增壓機和/ 或空壓機、氣體流量及壓力記錄儀、泄壓管和/或旁通管、排空管、控制閥；所述的精細節(jié)流 管匯包括由節(jié)流閥、控制閥、氣體流量計連接構成的節(jié)流匯管，以及井底隨鉆測壓儀、井口 壓力接收器、計算機控制系統(tǒng)；其中，精細節(jié)流管匯通過其節(jié)流匯管與旋轉(zhuǎn)控制頭連接，井 底隨鉆測壓儀設在井下鉆機底部，井口壓力接收器連接在鉆機節(jié)流管匯和井口系統(tǒng)中的環(huán) 空出口之間，計算機控制系統(tǒng)連接在精細節(jié)流管匯的節(jié)流閥和井口壓力接收器之間。
3. 根據(jù)權利要求2所述的控壓氣體鉆井裝置，其特征是：裝置中還包括回收池；回壓系 統(tǒng)、空氣增壓系統(tǒng)以及精細節(jié)流管匯均連接至回收池中。
4. 依據(jù)權利要求1、2、3所述的控壓氣體鉆井裝置的控壓氣體鉆井方法，其特征是包括 以下步驟： 第一步，通過測井資料計算地層孔隙壓力； 第二步，正常鉆進情況下，通過精細節(jié)流管匯維持地層環(huán)空壓力等于地層孔隙壓力； 第三步，當接單根或起下鉆時，用回壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)和補償井筒循環(huán)壓力的損失。
5. 根據(jù)權利要求4所述的控壓氣體鉆井方法，其特征是地層孔隙壓力通過Terzaghi模 型計算： P0 = Pp+〇(1) 式中：P。為上覆巖層壓力；pp為地層孔隙壓力；0為垂直有效應力； 由于相同聲波時差的不同深度處的地層應力相同，即地層壓實程度相同；地層壓實程 度相同，巖石的骨架應力相同，即同樣的孔隙度對應相同的有效應力； 設1和2兩點的聲波時差相同，具有相同的有效應力，則： 〇 ! = 〇 2 (2) 由公式（1)得： Pol = Ppi+〇1 (3) P〇2 = Pp2+ 0 2 (4) 聯(lián)立求解得： Pp2 - P〇2_ (P〇l_Ppi) (5) 可得：
式中：扎為等效深度；Gp、G。、G%、Gpn分別為計算點處的地層孔隙壓力梯度、上覆巖層壓 力梯度、等效深度處的上覆巖層壓力梯度和正常地層孔隙壓力梯度； 根據(jù)聲波時差隨深度變化的正常趨勢線方程： At1 = At0 ? e cHe (8) 因為：At2 =Ah則可得： At」=At。? e lHe(9) 兩邊取對數(shù)可得等效深度的表達式：
則地層孔隙壓力梯度計算式為：
式中：At。為深度為0時的聲波時差；c為常數(shù)，需要根據(jù)與實測地層壓力的對比確定。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種控壓氣體鉆井裝置包括空氣增壓系統(tǒng)、井口系統(tǒng)、空壓鉆機和鉆機節(jié)流管匯，其中空氣增壓系統(tǒng)包括增壓機和/或空壓機、氣體流量及壓力記錄儀、泄壓管和/或旁通管、排空管、控制閥。裝置中還包括回壓系統(tǒng)和精細節(jié)流管匯，井口系統(tǒng)上設有旋轉(zhuǎn)控制頭，回壓系統(tǒng)和精細節(jié)流管匯與旋轉(zhuǎn)控制頭連接。本發(fā)明該提出了控壓氣體鉆井方法，包括以下步驟：通過測井資料計算地層孔隙壓力；正常鉆進情況下，通過井口節(jié)流閥維持地層環(huán)空壓力等于地層孔隙壓力；當接單根或起下鉆時，用回壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)和補償井筒循環(huán)壓力的損失。本發(fā)明解決了在氣體鉆井實施過程中，存在地層出水現(xiàn)象，很好的解決復雜地層安全鉆進問題。
【IPC分類】E21B7-18
【公開號】CN104563870
【申請?zhí)枴緾N201310512969
【發(fā)明人】王宗鋼, 韓來聚, 李作會, 馮光通, 牛洪波, 魏振, 趙洪山, 麻地輝, 劉曉蘭
【申請人】中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月27日