基于随钻压力测量数据的井底压力综合校正方法研究

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1、基于随钻压力测量数据的井底压力综合校正方法研究李梦博I柳贡慧李军I陶谦3张涛I(1.中国石油大学石油工程学院北京102249；2.北京信息科技大学北京100129；3.中国石化石油工程技术研究院北京100101)摘要：随着油气资源勘探、开发工作向高温高压地层、窄泥浆密度窗口地层、复杂压力地层等挑战性地层进行，由于井底压力计算不精确而导致的压力不平衡所引起复杂钻井事故频发,PWD实时数据测量的实现，可以有效地减少由钻井事故造成的非生产时间。但是PWD以及现有的井底压力的计算模型的局限性使得井底压力的精确计算仍面临诸多问题。本文结合井下P

2、WD测量数据、地面录井数据和物理模型，建立了嵌入物理模型的人工神经网络井底压力综合校正方法，并对模型误差的敏感性传播方程进行了推导，通过现场试验表明该模型精度更高，魯棒性更憑，从而为井底压力计算及钻井工况的实时监测提供参考，保证安全钻进。关键词：PWD；井底压力；物理模型；综合校正1引言随着油气资源勘探、开发工作越来越多在高温高压地层、窄泥浆密度窗口地层、复朵压力地层等进行，复杂事故频发，钻进效率、女全等问题H益突出。据统计山由不可预见的钻井事故而导致的非生产时间所造成的花费占钻井总成木的25%,主要的钻井事故包括由压力不平衡所引起的

3、井涌、卡钻、井壁坍塌和井漏等，因此精确地计算井底压力并控制其在女全窗口内以及实时监测钻井工况对于安全钻进至关重要。井下随钻压力测量工具(PressureWhileDrilling,PWD)nJ直接测量钻进中作用到地层的真实压力及井下近钻头处的环境，显示悬浮钻屑的载荷，保证当量循环密度在安全窗口内，有效的减少市钻井事故造成的非主产时间⑵。但是PWD对井卜压力的实时监测还存在一定的局限性，PWD较低的传输速率使得我们无法实时获得井下压力的瞬态变化，对于某些高温高压地层，其井下环境限制了传感器的使用和井下信号的传输⑶。目前利用PWD进行井下

4、工况监测的基本原理是利用现场地面和井下的实时监测数据校正和更新钻柱力学模型和井筒水力学模型，通过对比测量数据和校正模型的计算结果，快速检测出不对预见的井下工况，通过控制系统和人丄调节的方法来采取相应的措施⑷。而当PWD无法正常工作时，精确校正的井筒水力学模型则显得更加重要。目前山于缺乏对井下复杂环境下泥浆流变性能的认识，以及无法准确了解井下钻柱偏心情况、不规则井径以及井壁的粗糙度等井筒与钻柱的儿何形态，使得利用物理模型计算井底压力的粘度有待提高，而皋于人工智能的井底压力预测方法其稳定性较差，尤其是对于从未出现过的工况％】。基于此，木文

5、结合井下PWD测量数据、地而录井数据和物理模型，建立了井底压力综合校止方法，结果农明该方法精度更高，魯棒性更强，可为钻井工况的实时监测提供参考，保证安全钻进。2井底压力计算模型的研究11前井底压力的计算模型主要有两人类，一类是以流体力学等理论为皋础的物理模型,另一类是以测量数据分析为慕础的数据模型。不同类型的模型采川的计算参数及來源各不相同，具体参数对比见表1。表1物理模型为数据模型所需计算参数及来源对比S物理模型数据模型S钻头位置•■计算泵入泥浆流量•■测量返出泥浆流量•■测量钻柱泥浆体积模量•预测环空泥浆体积模量•预测泵入泥浆密度

6、••测量返出泥浆密度•■测量泥浆入口温度•■测量泥浆出口温度•■测量转盘转速•■测量井筒与钻柱几何尺寸•■计算泥浆性能•■测量/计算钻柱内摩擦系数•计算环空摩擦系数•计算泵压••测量/计算井口回压•■测量井底压力■测量井底温度■测量物理模型由流体流动的基木物理怎律和经验公式组成，物理控制方程控制着井筒内流体的流动。基于基本的物理假设，单相流体的流动模型山以下儿式表示:AP+pvAv+?Jpv2ds=JpgcosOds±J^^-ds(1)Dh±p+£(pv)=0(2)p=p(P,T)(3)f=f(Re,8)(4)

7、i=U（t，Y，P,T

8、）（5）其中，（1）（2）两式分别为动量守恒方程和质量守恒方程，（3）・（5）式分别为密度、摩擦系数和粘度的表达式来封闭两个控制方程进行计算。但是以往的工程经验表明，物理模型屮使用水力直径的概念来计算环空管路的参数和压降有时会导致较大的计算误差，不规则井径、钻柱偏心情况以及在不同深度和不同井眼儿何尺寸的环境下流变参数的变化，也会对计算结果造成影响，而这些变化很难描述，因此，物理模型的计算结果还不能楮确地反应井底压力的变化。数据模型可以利川邻井的资料进行的时间序列分析,使得人量的历史信息可以充分的利用，其计算结果更加精确，当遇到复杂钻井

9、工况现有模型无法计算时，数据模型是一种有效的手段。但是，当遇到以前没有出现过的钻井情况时，物理模型则更加可靠。因此很难建立一个数据模型来替代物理模型，也无法建立一个物理模型来描述所有的复朵工况并达到鮫高的精度。基丁•此，