一种模拟石油钻井的风险预测方法及系统

本发明属于钻井安全防控，尤其涉及一种模拟石油钻井的风险预测方法及系统。

背景技术：

1、随着油气勘探开发的不断深入，钻井作业面临着日益复杂的地质环境和安全风险。油气井事故一旦发生，往往伴随着严重的人员伤亡、财产损失和环境污染。所以，预防溢流和井喷等井控事故的发生，显得尤为重要。

2、其中，溢流是指油、气、水等地层流体侵入井筒，导致井筒中的钻井液外溢的现象；井喷是指地层流体无法控制地涌入井筒，喷出地面的现象。目前，一般是通过调控钻井液的密度来达到预防溢流井喷等井控事故的发生；然而，由于地质环境的复杂性，在实际钻井过程中，随着钻井深度的不断加深，发生溢流井喷等井控事故的风险会变得越来越难控制和预测。因此，有必要对溢流井喷等井控事故的风险性进行实时预测和监控，以提高在实际石油钻井过程中的安全性。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种模拟石油钻井的风险预测方法，旨在解决上述技术问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种模拟石油钻井的风险预测方法，其包括以下步骤：

3、‌勘探待模拟预测地层的内部构造，获取不同地层深度的流体层分布情况，并实时获取不同地层深度的地层孔隙压力，确定地层孔隙压力与地层深度的函数关系；

4、基于钻井钻速模型，根据当前钻井深度实时确定当前钻井行程速度：

5、根据当前钻井行程速度，预测得到未来钻井深度与时间的函数关系；

6、根据未来钻井深度与时间的函数关系，以及地层孔隙压力与地层深度的函数关系，实时预测得到未来t时刻的地层孔隙压力；

7、根据未来钻井深度与时间的函数关系，以及不同地层深度的流体层分布情况，实时预测流入钻井液中的地层流体浓度；

8、获取钻井液环空返速和岩屑沉降速度，并根据当前钻井行程速度，计算得到环空岩屑浓度；根据流入钻井液中的地层流体浓度以及环空岩屑浓度，实时对钻井液的初始密度进行实时修正，得到钻井液的修正密度；

9、基于环空压耗计算模型，根据钻井液环空返速和钻井液的修正密度，实时预测得到未来t时刻的环空压耗预测值；

10、根据未来钻井深度与时间的函数关系、钻井液的修正密度以及环空压耗预测值，实时预测得到未来t时刻的井底压力修正值；

11、根据未来t时刻的井底压力修正值与地层孔隙压力的差值，实时预测钻井过程中发生溢流或井喷的风险性。

12、进一步，所述钻井钻速模型为：

13、；

14、式中， v pc为当前钻井行程速度； k r为拟定的常数，与岩石的可钻性和钻头的效率相关； w为钻压，即施加在钻头上的力，单位为kn； m为钻压的基准值，单位为kn； n为钻头的转速，单位为rpm；为拟定的校正指数，与钻头的磨损度和岩石的破碎特性相关； c2为拟定的校正系数，与钻头的特性相关； h0为当前钻井深度，单位m； c p为拟定的钻压系数，与钻压和钻速之间的关系相关； c h为拟定的钻头系数，与钻头的类型相关。

15、进一步，所述未来钻井深度与时间的函数关系为：

16、；

17、式中， t为时间，单位为h； h( t)为未来钻井深度，单位为m。

18、进一步，根据未来钻井深度与时间的函数关系，以及不同地层深度的流体层分布情况，实时预测流入钻井液中的地层流体浓度的步骤，具体包括：

19、当未来钻井深度不大于钻开流体层的最小深度时，地层流体浓度为0；

20、当未来钻井深度大于钻开流体层的最小深度时，根据预设的基于物理约束的混合时序注意网络，实时预测流入钻井液中的地层流体浓度；

21、其中，所述基于物理约束的混合时序注意网络包括流速-浓度耦合物理约束模型；所述流速-浓度耦合物理约束模型为：

22、；

23、；

24、式中， c b( t)为未来t时刻流入钻井液中的地层流体浓度； h c为当前包含岩屑的钻井液的静液柱高度； d为井眼内径； d1为地层孔隙的平均半径； v r( t)为未来t时刻侵入流体的平均流速； ρ0为钻井液的初始密度； ρ b为地层流体的平均密度； g为重力加速度； p p( t)为未来t时刻的地层孔隙压力； p b为泵压； b为流动势能系数； k1为压力影响系数； k2为钻井液影响系数。

25、进一步，所述钻井液的修正密度的计算公式为：

26、；

27、式中， ρ e( t)为钻井液的修正密度； ρ a为岩屑密度 ；c a为环空岩屑浓度。

28、进一步，所述地层流体包括石油、天然气和水中的一种或多种；所述地层流体的平均密度的预测方法具体包括以下步骤：

29、根据未来钻井深度以及不同地层深度的流体层分布情况，确定各个流体的权重；

30、根据各个流体的权重，计算流体密度的加权平均数，得到所述地层流体的平均密度。

31、进一步，所述未来t时刻的井底压力修正值的预测公式为：

32、；

33、式中， p w( t)为未来t时刻的井底压力修正值； g为重力加速度；为未来t时刻的环空压耗预测值。

34、进一步，根据未来t时刻的井底压力修正值与地层孔隙压力的差值，实时预测钻井过程中发生溢流或井喷的风险性的步骤，具体包括：

35、根据未来t时刻的井底压力修正值与地层孔隙压力的差值，计算得到修正压差；

36、计算未来一定时间内修正压差的均值和标准差；

37、基于累积分布函数，根据修正压差的均值和标准差，计算得到未来钻井过程中发生溢流或井喷的风险概率。

38、进一步，所述未来钻井过程中发生溢流或井喷的风险概率的计算公式为：

39、；

40、式中， f为未来钻井过程中发生溢流或井喷的风险概率； x为修正压差， x=p w( t) -p p( t)； μ x为修正压差的均值； σ x为修正压差的标准差。

41、本发明的另一个目的在于提供一种模拟石油钻井的风险预测系统，用于实现上述的模拟石油钻井的风险预测方法，其包括：

42、地层‌勘探单元，用于‌勘探待模拟预测地层的内部构造，获取不同地层深度的流体层分布情况，并实时获取不同地层深度的地层孔隙压力，确定地层孔隙压力与地层深度的函数关系；

43、钻速确定单元，用于基于钻井钻速模型，根据当前钻井深度实时确定当前钻井行程速度：

44、井深预测单元，用于根据当前钻井行程速度，预测得到未来钻井深度与时间的函数关系；

45、地层孔隙压力预测单元，用于根据未来钻井深度与时间的函数关系，以及地层孔隙压力与地层深度的函数关系，实时预测得到未来t时刻的地层孔隙压力；

46、地层流体浓度预测单元，用于根据未来钻井深度与时间的函数关系，以及不同地层深度的流体层分布情况，实时预测流入钻井液中的地层流体浓度；

47、钻井液密度修正单元，用于获取钻井液环空返速和岩屑沉降速度，并根据当前钻井行程速度，计算得到环空岩屑浓度；根据流入钻井液中的地层流体浓度以及环空岩屑浓度，实时对钻井液的初始密度进行实时修正，得到钻井液的修正密度；

48、环空压耗预测单元，用于基于环空压耗计算模型，根据钻井液环空返速和钻井液的修正密度，实时预测得到未来t时刻的环空压耗预测值；

49、井底压力预测单元，用于根据未来钻井深度与时间的函数关系、钻井液的修正密度以及环空压耗预测值，实时预测得到未来t时刻的井底压力修正值；

50、风险性预测单元，用于根据未来t时刻的井底压力修正值与地层孔隙压力的差值，实时预测钻井过程中发生溢流或井喷的风险性。

51、本发明实施例提供的一种模拟石油钻井的风险预测方法，可以实时预测流入钻井液中的地层流体浓度，并结合环空岩屑浓度，可以对钻井液的初始密度进行实时修正，预测得到钻井液在实际钻井过程中的真实密度，以更加准确地预测未来某一时刻的井底压力，从而可以实时且准确地预测溢流井喷等井控事故的风险性。