水基钻井液井底密度静态预测方法
【专利摘要】本发明涉及水基钻井液井底密度静态预测方法，基于两邻近井地温梯度相同，先根据邻井的测井资料求得邻井的地温梯度以作为被预测井的地温梯度，再求得被预测井各垂深对应的温度值，然后分别测量地面温度、钻井液密度及钻井液固相含量，最后根据相邻垂深之间钻井液温度、压力和密度之间的关系，递推求得井底钻井液静态密度，实现对井底钻井液密度的预测；本发明的方法使用常见的温度计、钻井液密度仪和固相含量测量仪实现对井底钻井液密度的预测，非常易于实现和现场推广应用，对于实现近平衡钻井、储层保护和提高机械钻速具有非常重要的意义。
【专利说明】水基钻井液井底密度静态预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油天然气钻井【技术领域】，涉及一种水基钻井液井底密度静态预测方 法。
【背景技术】
[0002] 在石油天然气钻井领域，钻井液主要用来传递水力能量、携带岩屑、平衡地层压 力、保护储层等。因此，钻井液也常被喻为钻井的血液，其重要性可见一斑。
[0003] 目前在直井、定向井和水平井等常规井型中常用的是水基钻井液。钻井液的主要 性能包括钻井液失水，钻井液粘度，钻井液流变性，钻井液抑制性，钻井液密度等，其中钻井 液密度是钻井液主要指标之一，钻井液密度如果低于地层空隙压力，有可能诱发井涌、溢 流，乃至井喷发生；如果钻井液密度过高会导致井漏发生，尤其对于裂缝发育的地层，则会 更进一步加剧井漏发生的概率，对储层保护不利。同等情况下，钻井液密度过高还会使机械 钻速降低，影响钻井时效。因此上世纪钻井领域提出了近平衡钻井的概念，近些年有提出了 控压钻井的理念，其中，井底钻井液密度大小成为关键。
[0004] 由于受温度和压力影响，井底钻井液密度与井口钻井液密度存在一定差异，尤其 在深井、超深井中更是如此。目前，井底钻井液密度确定一般有两种方法，一个是测量的方 法，另一个是预测的方法。通过仪器测量井底钻井液密度，中国专利ZL01131019. 7公开了 一种确定钻井液密度的方法及控制钻井液密度的设备就是其中一种。但这种方法需费购置 或者租赁相关设备，聘请专业人员操作，仪器还需要下到井底进行测量，费时费力，各种成 本较高，推广受到很大限制。于是一些研究人员提出了预测的方法：高温高压条件下钻井液 当量静态密度预测模型(赵胜英，鄢捷年等发表于《石油钻探技术》第37卷第3期)，高温深 井钻井液当量循环密度预测模型(赵胜英，鄢捷年等发表于《钻井液与完井液》第26卷第2 期)，水基钻井液高温高压密度特性研究(王贵，蒲晓林等发表于《石油钻采工艺》第30卷第 3期)，但以上预测方法存在缺陷，主要体现在两个方面：一是都需要配置高温高压钻井液测 量设备，由于设备购置成本高，每个井队配置的可能性很小，再者，这种设备因为高温高压， 操作风险很高，要求严格。二是钻井液预测模型复杂，需要对配置好的钻井液进行多次测 量，然后进行大量的数据拟合，求其经验系数，求解模型经验系数的过程也非常复杂。因此， 这种做法在有实验条件的实验室可以使用，但在钻井现场几乎无法推广使用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种水基钻井液井底密度静态预测方法，以解决现有方法难 于操作、推广应用的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明的水基钻井液井底密度静态预测方法步骤包括如下：
[0007] ( 1)利用邻井测井资料计算邻井的地温梯度作为被测井的地温梯度；
[0008] (2)根据被预测井的地温梯度计算垂深对应的温度值；
[0009] (3)测量被预测井的地面温度；
[0010] (4)测量被预测井井口钻井液密度值；
[0011] (5)测量被预测井钻井液固相含量；
[0012] (6)根据步骤（2)至（5)的值及相邻垂深之间钻井液温度、压力和密度之间的关 系，递推求得井底钻井液静态密度。
[0013] 所述步骤（1)邻井测井资料中包括地面温度、垂深序列及垂深序列对应的温度值， 地温梯度的计算公式为：T (?) =Tg_d+G&，其中T (?)表示邻井垂深为&时的温度，Tg_d表 示邻井地面温度，G表示邻井的地温梯度，&表示邻井的垂深，j表示邻井垂深序列，是自然 数。
[0014] 所述步骤（3)是利用温度计测量被测井的地面温度。
[0015] 所述步骤（4)是利用钻井液密度仪测量钻井液密度。
[0016] 所述步骤（5)是利用固相含量测定仪测量钻井固相含量。
[0017] 所述步骤（6)中井底钻井液静态密度是通过如下递推公式得到：
[0018] POl^P^UgHi
[0019]
[0020] P w (?) =CieXp {C2 [T (?) -TJ +C3 [T (?) -TJ 2+C4 [P (?) -PJ +C5 [P (?) -PJ 2+C6 [ (T (?) -t0) (pag-Po)]}
[0021]
【权利要求】
1. 水基钻井液井底密度静态预测方法，其特征在于，该方法的步骤包括如下： (1) 利用邻井测井资料计算邻井的地温梯度作为被预测井的地温梯度； (2) 根据被预测井的地温梯度计算垂深对应的温度值； (3) 测量被预测井的地面温度； (4) 测量被预测井井口钻井液密度值； (5) 测量被预测井钻井液固相含量； (6) 根据步骤（2)至（5)的值及相邻垂深之间钻井液温度、压力和密度之间的关系，递 推求得被预测井井底钻井液静态密度。
2. 根据权利要求1所述的水基钻井液井底密度静态预测方法，其特征在于，所述步骤 (1)邻井测井资料中包括地面温度、垂深序列及垂深序列对应的温度值，地温梯度的计算公 式为：T (?) =Tg_d+GHj，其中T (?)表示邻井垂深为Η」时的地层温度，Tg_d表示邻井地面温 度，G表示邻井的地温梯度，&表示邻井的垂深，j表示邻井垂深序列号，是自然数。
3. 根据权利要求1所述的水基钻井液井底密度静态预测方法，其特征在于：所述步骤 (3) 是利用温度计测量被预测井的地面温度。
4. 根据权利要求1所述的水基钻井液井底密度静态预测方法，其特征在于：所述步骤 (4) 是利用钻井液密度仪测量被预测井的钻井液密度。
5. 根据权利要求1所述的水基钻井液井底密度静态预测方法，其特征在于：所述步骤 (5) 是利用固相含量测定仪测量被预测井钻井液固相含量。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的水基钻井液井底密度静态预测方法，其特征在 于：所述步骤（6)中井底钻井液静态密度是通过如下递推公式得到： P(Hi) = Pw(Hi_1)gHi T (Hj) -Tground〇+GHj P w (?) =CieXp {C2 [T (?) -TJ +C3 [T (?) -TJ 2+C4 [P (?) -p0] +C5 [P (?) -PJ 2+C6 [ (T (?) -τ0) (PO^-Po)]}
式中：g--重力加速度，取9. 81m/s2 ; ξ--校正系数，取0. 97-1. 03 ; i--被预测井垂深序列号，正整数； TgroundO --被预测井地面温度，°C ; P〇--标准大气压，取0. 101325MPa ; P(H〇)--等于匕，表示被预测井垂深为0时钻井液液柱所受压力； P(Hi)--被预测井垂深是氏时钻井液液柱压力，MPa ; P (H〇)--被预测井地面钻井液密度；g/cm3 ; P (?)--被预测井垂深是氏时钻井液密度，g/cm3 ; P w(Hi)--被预测井垂深氏时液相水密度，kg/m3 ; T〇--常温温度，取15°C ; λ-被预测井钻井液固相含量，％; Cp C2, C3, C4, C5, C6 是液相水的特性参数，（^=999. 10 ;C2=-0. 3571024ΧΚΓ3 ; C3=-0. 206368 X 10_5 ;C4=0. 471137 X 10_3 ;C5=-0. 860420 X ΙΟ-6 ;C6=0. 892173 X 10_6。
【文档编号】G01N9/00GK104111208SQ201410010647
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】闫吉曾, 罗懿, 梅洁, 屈玉凤 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司华北分公司工程技术研究院