許玉強管志川龐　華劉書杰許傳斌張洪寧勝亞楠

1.中國石油大學（華東）石油工程學院 2.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司深圳分公司3.中海油研究總院

深水鉆井最大允許氣侵溢流量的計算方法

許玉強1管志川1龐華2劉書杰3許傳斌1張洪寧1勝亞楠1

1.中國石油大學（華東）石油工程學院 2.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司深圳分公司3.中海油研究總院

許玉強等.深水鉆井最大允許氣侵溢流量的計算方法. 天然氣工業(yè)，2016，36（7）：74-80.

深水鉆井對井控提出了更高的要求，氣侵的早期監(jiān)測便成為深水井控研究的熱點。由于溢流量預(yù)警值為經(jīng)驗值，使得現(xiàn)有泥漿池增量法在水深較深、原始地層壓力較高的井中應(yīng)用的普適性和可靠性較差。為此，通過引入最大允許關(guān)井套壓和環(huán)空氣體上升位置，計算不同溢流量條件下的壓井風險，建立了基于氣侵的溢流量預(yù)警值反算方法，以此來保證在現(xiàn)有井控設(shè)備、施工參數(shù)和地層參數(shù)等確定的條件下進行更為精確可靠的氣侵溢流監(jiān)測。同時引入含可信度地層壓力預(yù)測方法對溢流量預(yù)警值反算方法進行改進，最大限度地降低了因地層壓力預(yù)測不準而導(dǎo)致的氣侵監(jiān)測誤差。實例計算結(jié)果表明，該方法充分考慮了氣侵后氣體上升位置和壓井風險，能夠大大提高深水鉆井氣侵早期監(jiān)測的準確率和可靠性，對于實現(xiàn)因井而異的溢流量預(yù)警值設(shè)計和降低氣侵監(jiān)測成本有實際意義。同時提出推薦采用精度更高更穩(wěn)定的進出口流量計對泥漿池增量進行監(jiān)測，以滿足半潛式鉆井平臺的測量精度。

深水鉆井 氣侵監(jiān)測 泥漿池增量法 溢流量預(yù)警值 設(shè)計方法 井控風險 氣體到達位置 半潛式鉆井平臺

深水油氣資源是21世紀全球重點關(guān)注和勘探開發(fā)的主要能源接替領(lǐng)域，中國南海深水區(qū)域也儲存著豐富的油氣資源，70%蘊藏于深海［1-3］。近期發(fā)現(xiàn)的陵水17-2氣田天然氣探明儲量規(guī)模超千億立方米，平均水深1 500 m，被定為大型氣田［4］。隨著“海洋石油981”的服役，我國進入了深水油氣田自主勘探開發(fā)的新階段［5］。深水鉆井對井控尤其是溢流監(jiān)測有著更高的要求，需要實時監(jiān)測溢流和盡早發(fā)現(xiàn)氣侵［6］，以便及時采取井控措施，避免井噴等事故的發(fā)生。這主要表現(xiàn)在：首先，隨著水深的增加，地層破裂壓力低，鉆井液安全密度窗口窄，井涌余量減?。?］，留給井控的反應(yīng)時間減少。其次，由于深水高靜壓環(huán)境的存在，氣泡到達海底井口時的總體尺度仍然較小，導(dǎo)致氣體進入隔水管時海面泥漿池增量可能依然不會達到預(yù)警值［8］，使泥漿池增量法等常規(guī)方法的監(jiān)測準確度大大降低。同時，目前現(xiàn)場所用泥漿池增量法的預(yù)警值為一經(jīng)驗性定值［6］，對于深水鉆井、尤其是深水高壓氣層鉆井的適用性較小，不利于及時發(fā)現(xiàn)氣侵，加大了井控風險。

目前，國內(nèi)外學者針對深水鉆井的溢流早起監(jiān)測問題進行了大量研究［6，9-10］，并取得了豐富的成果，主要集中在平臺監(jiān)測、海水段檢測和井下隨鉆監(jiān)測三個方面。新型溢流監(jiān)測設(shè)備和傳感器的研制，提高了深水鉆井溢流監(jiān)測的精度，為溢流的早期監(jiān)測提供了堅實基礎(chǔ)。然而，目前的諸多研究均集中在溢流監(jiān)測方式或設(shè)備的研制上［6］，對于深水鉆井溢流監(jiān)測中操作簡單、方便實用、使用最廣泛的泥漿池增量法研究較少，普遍認為該方法精度和準確性較低，已不適用于深水鉆井的溢流監(jiān)測［6，9-10］。如前所述，目前深水鉆井所用泥漿池增量法的預(yù)警值仍為一個經(jīng)驗性定值，這是導(dǎo)致該方法準確性和時效性低的重要因素，若能依據(jù)現(xiàn)場實際計算設(shè)計適用于該井或區(qū)塊的溢流量預(yù)警值，使之能及時有效地預(yù)警風險較大的溢流或氣侵，這無疑會大大提高深水鉆井溢流監(jiān)測的效率，同時降低溢流監(jiān)測成本。因此，通過分析深水鉆井氣侵時溢流量與井控難易的關(guān)系，研究適用于深水鉆井氣侵控制的溢流量預(yù)警值計算方法，對提高深水鉆井氣侵監(jiān)測精度和降低溢流監(jiān)測成本等有實際意義。

1　現(xiàn)有泥漿池增量法在深水鉆井中的局限

深水鉆井中若鉆遇高壓氣層，地層內(nèi)氣體會進入井筒并迅速向上運移，隨著氣侵時間的推移，井筒環(huán)空內(nèi)的氣體形態(tài)由泡狀流逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳鳌h(huán)狀流等［10］。同時，由于氣體的進入，井筒環(huán)空壓力逐漸降低，井底壓差進一步增大，導(dǎo)致井底氣侵速度逐步增加，加大了井噴風險；另一方面，深水高靜壓環(huán)境使井筒環(huán)空內(nèi)的氣泡總體尺度較小，氣體運移至隔水管時井口泥漿池增量往往還達不到預(yù)警值，導(dǎo)致泥漿池增量法失效［8-9］。因此，有必要通過計算分析深水鉆井氣侵后井筒環(huán)空內(nèi)氣液兩相流運移規(guī)律和溢流量與氣體到達位置的關(guān)系等，尋找深水鉆井中泥漿池增量法準確率和時效性低的根源，并對該方法進行改進。

1.1深水鉆井氣侵時井筒環(huán)空壓力計算模型

近年來，鉆井井筒環(huán)空多相流計算模型已趨于成熟，基本可以滿足現(xiàn)場設(shè)計施工對精度的要求［11-14］，而深水鉆井由于水深低溫等特有的環(huán)境因素，導(dǎo)致外界溫度對井筒環(huán)空內(nèi)的鉆井液流變性、密度和氣液兩相流型的影響較大［12，14］，因此需要提高海水段溫度模型和井筒傳熱模型的計算精度。

深水海洋段溫度模型是建立在大量實測數(shù)據(jù)擬合基礎(chǔ)之上的，且具有區(qū)域性特點。本文采用文獻［12］中建立的南海南部海域溫度—水深模型作為海水段外界溫度模型。

水深大于200 m的區(qū)間，采用如下公式計算：

式中Tsea表示海水溫度，℃；a1=39.4，a2=37.1，a0=130.1，a3=402.7。h為海水深度，m。

水深小于200 m的區(qū)間，根據(jù)海域的四季變化分別采用不同的計算公式，此處不再贅述。

采用文獻［11］中介紹的漂移流動模型為基礎(chǔ)建立深水非穩(wěn)態(tài)井筒多相流動控制方程組，具體模型及求解方法可見本文作者的相關(guān)文獻［11，14］，此不贅述。

1.2泥漿池增量與氣體到達位置的關(guān)系

利用1.1中建立的模型模擬南海海域某深水井的氣侵過程，分析氣侵發(fā)生后溢流量與井筒環(huán)空內(nèi)氣體到達位置的關(guān)系。該井具體參數(shù)如下：

水深為1 524 m，井深為5 030 m，已固井段為3 153 m，海水表面溫度為15℃，隔水管外徑為508 mm，循環(huán)排量為28 L/s，鉆井液密度為1.29 g/cm3，鉆井液導(dǎo)熱系數(shù)為1.73 W/（m·℃），稠度系數(shù)為0.27，流性指數(shù)為0.4，地層孔隙度為0.3%，滲透率為50 mD，地層導(dǎo)熱系數(shù)為2.25 W/（m·℃），原始地層壓力為70 MPa。

得到泥漿池增量（溢流量）與井筒環(huán)空內(nèi)氣體到達位置的關(guān)系如圖1所示。該井氣侵發(fā)生后，井筒環(huán)空內(nèi)氣體到達海底泥線附近時，泥漿池增量僅為0.56 m3，遠低于海洋鉆井手冊［15］中規(guī)定的1 m3的預(yù)警值，且即使泥漿池增量到達1 m3的預(yù)警值，也不能立刻對是否發(fā)生溢流進行判斷，需要繼續(xù)觀察鉆井液返回流量是否增加、停泵后鉆井液從返出管處是否自動外溢、泥漿池增量是否持續(xù)增加（至2 m3）、鉆壓是否下降、大鉤懸重是否增加等。當泥漿池增量至2 m3時，氣體已在隔水管內(nèi)運移了4 min，上升了350 m，此時已浪費了寶貴的井控時間，將大大增加井控風險。

圖1　溢流量與環(huán)空內(nèi)氣體到達位置對比圖

通過上述分析，深水鉆井中泥漿池增量法的局限性在于：當發(fā)生氣侵時，受深水高靜壓環(huán)境的影響，泥漿池增量反應(yīng)較為滯后，而海洋鉆井手冊中規(guī)定的1～2 m3預(yù)警值對于水深較深、原始地層壓力較高的井過于保守；且按照目前的操作規(guī)程，即使泥漿池增量達到了1 m3，也不能準確判斷是否發(fā)生溢流，究其原因在于該預(yù)警值為一經(jīng)驗值，普適性和可靠性較差。

因此，有必要針對區(qū)域或具體井位設(shè)計具體的溢流量預(yù)警值，提高該預(yù)警值的溢流監(jiān)測準確度和可靠度。如此，對于風險較大的深水井可及時準確地檢測到溢流，而對于風險較小的井則可減少誤報頻率，降低監(jiān)測成本。

2　最大允許關(guān)井套壓計算

泥漿池增量法判斷溢流，其基本原理是通過儀器測量循環(huán)池中鉆井液體積的增量來反映井底溢流量的多少，并根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置一定的預(yù)警值來排除各種因素的影響，認為超過該預(yù)警值即發(fā)生溢流。

該方法對于常規(guī)鉆井來說具有操作簡單、方便實用、普適性高的特點。而深水鉆井對井控提出了更高的要求，深水環(huán)境等因素導(dǎo)致一旦發(fā)生氣侵留給井控的時間明顯減少，因此需要及時準確地檢測到溢流或氣侵的發(fā)生，同時保證有足夠的時間進行壓井等井控措施。由此可見，常規(guī)的泥漿池增量法并不能滿足深水鉆井對井控的需求，需要綜合考慮發(fā)生溢流或氣侵后壓井安全的因素。

為了加入溢流后壓井安全的因素，同時實現(xiàn)溢流量預(yù)警值因區(qū)塊而異、甚至因井而異，引入最大允許關(guān)井套壓對溢流量預(yù)警值進行設(shè)計。

最大允許關(guān)井套壓曲線為關(guān)井時采用不同鉆井液密度條件下所允許的最大關(guān)井套壓，反映了溢流發(fā)生后采用不同密度的鉆井液壓井時井筒承壓能力的極限，根據(jù)海洋鉆井手冊［14］的規(guī)定，最大允許關(guān)井套壓不得超過井口裝置額定工作壓力、套管抗內(nèi)壓強度的80%和薄弱地層破裂壓力所允許關(guān)井套壓三者中的最小值。由此，可按照如下步驟計算最大允許關(guān)井套壓曲線：

1）根據(jù)鉆井設(shè)計選取的井口裝置型號，確定該井的井口裝置額定工作壓力pwh。

2）根據(jù)已固井段所用套管的型號，確定不同開次的套管抗內(nèi)壓強度pci（i表示套管層次）。若井筒環(huán)空存在兩種或兩種以上的套管層次（尾管未回接至井口），選取各層次套管抗內(nèi)壓強度的最小值。

3）根據(jù)井身結(jié)構(gòu)和地層破裂壓力剖面，確定裸眼井段地層破裂壓力的最小值pfmin及其所在深度H。

4）依據(jù)鉆井設(shè)計中不同開次壓井所備用的鉆井液密度，通過式（2）確定不同壓井液密度ρj條件下的最大允許關(guān)井套壓pj。即

（2）式中pwh表示井口裝置額定工作壓力，MPa；pci表示套管抗內(nèi)壓強度，MPa；pfmin表示裸眼井段地層破裂壓力當量密度的最小值，g/cm3；H表示地層破裂的深度，m；ρj表示壓井液密度，g/cm3；pj表示最大允許關(guān)井套壓，MPa。

5）繪制ρj—pj曲線，即得到最大允許關(guān)井套壓曲線。

3　基于氣侵的深水鉆井溢流量預(yù)警值反算方法

由2節(jié)可知，當鉆井施工參數(shù)、地層條件等因素確定時，最大允許關(guān)井套壓為定值，一旦發(fā)生氣侵，若在不同溢流量條件下進行壓井，必定存在溢流量的極限值，當超過該值進行壓井時，關(guān)井套壓峰值會超過最大允許關(guān)井套壓，會有壓漏地層或損毀井口裝置的危險，甚至導(dǎo)致壓井失敗。

為了提高深水鉆井氣侵發(fā)生后溢流量預(yù)警值的監(jiān)測精度和可靠度，得到保證壓井安全的溢流量預(yù)警值極值，利用1.1中的模型對目標深水井模擬氣侵和壓井過程，計算不同溢流量條件下采用不同鉆井液密度進行壓井的關(guān)井套壓峰值，通過與最大允許關(guān)井套壓的對比，反算該深水井的溢流量預(yù)警值。具體計算步驟如下：

1）根據(jù)深水井的鉆井參數(shù)和地層壓力剖面等數(shù)據(jù)，確定高壓氣層等易發(fā)生氣侵的井深Hq，假定鉆至該井深處發(fā)生氣侵。利用2節(jié)的方法計算該深水井發(fā)生氣侵后不同壓井液密度ρj條件下的最大允許關(guān)井套壓pj。

2）利用1.1介紹的方法建立該深水井氣侵后的井筒壓力計算模型和壓井模型，模擬計算氣侵發(fā)生后井筒內(nèi)氣體到達位置和溢流量的對應(yīng)關(guān)系（原理如圖1），初步分析現(xiàn)有溢流量預(yù)警值條件下氣侵后的井控風險。依據(jù)井控裝置的性能選取氣體到達井深H0（推薦海底井口附近）時的溢流量為基于氣體到達位置的溢流量預(yù)警值上限Qmax。

3）針對不同溢流量進行壓井模擬，根據(jù)實際需要選取步長Q0，分別計算溢流量為Qi=（1+i）Q0（其中i取0～n）時采用不同密度鉆井液ρi進行壓井的套壓峰值pmax，ij，當pmax，ij＞pj時停止計算，記錄此時的溢流量QK。

4）由此可得到基于氣侵的深水鉆井溢流量預(yù)警值的精確計算值為：

QW= min｛Qmax， QK｝（3）

上述步驟2）中加入了氣體到達位置與溢流量的關(guān)系，通過設(shè)定溢流量預(yù)警值上限，將氣體限定在可控井深以下，有利于結(jié)合其他深水鉆井井控裝置最大限度地降低井控風險。

該方法綜合考慮了氣侵后氣體到達位置和壓井風險，反算得到的溢流量預(yù)警值不再是一經(jīng)驗值，可保證在現(xiàn)有井控設(shè)備、施工參數(shù)和地層參數(shù)等確定的條件下進行更為精確可靠的氣侵溢流監(jiān)測。

4　基于含可信度地層壓力預(yù)測的溢流量預(yù)警值改進計算方法

前面建立了基于氣侵的深水鉆井溢流量預(yù)警值的計算方法，當?shù)貙訅毫Φ葏?shù)確定時，該方法計算的溢流量預(yù)警值具有較高的精度，可滿足深水鉆井氣侵井控的需要。然而，地層壓力的預(yù)測是存在誤差的，且隨著水深和井深的增加誤差變大［16-17］，依據(jù)小節(jié)3中的計算步驟，若高壓氣層的地層壓力預(yù)測值偏低，則計算所得溢流量預(yù)警值偏高，會使溢流量預(yù)警值監(jiān)測滯后，加大井控風險；反之，若高壓氣層的地層壓力預(yù)測值偏高，則計算所得溢流量預(yù)警值偏低，會增加誤報頻率和增加監(jiān)測成本。因此，有必要引入含可信度的地層壓力預(yù)測方法［16］對溢流量預(yù)警值計算方法進行改進。

管志川等人基于統(tǒng)計和概率統(tǒng)計的原理，針對地層壓力信息的不確定性問題，采用含可信度的剖面來定量描述地層壓力的分布，使地層壓力剖面變?yōu)榫哂幸欢ǜ怕市畔⒌姆植紖^(qū)間。該方法的預(yù)測較之前的單一曲線更為可靠，原理如圖2所示，具體計算方法見本文參考文獻［16］。

圖2 含可信度地層孔隙壓力剖面圖

圖2分別表示了可信度90%（左圖）和30%（右圖）的地層孔隙壓力預(yù)測結(jié)果，在實際應(yīng)用中，為了提高預(yù)測精度，可選擇較大的可信度進行地層壓力預(yù)測。

假設(shè)選擇可信度J對深水井的地層壓力進行預(yù)測，則預(yù)測得到的地層壓力為包含可信度J信息的取值區(qū)間［ph1， ph2］，其中ph1表示井深H處的地層壓力預(yù)測值下限，ph2表示井深H處的地層壓力預(yù)測值上限。

則小節(jié)3中溢流量預(yù)警值反算方法所用到的地層壓力均不再是單一數(shù)值，而是需在區(qū)間［ph1， ph2］中進行取點計算，從而得到基于氣體到達位置的溢流量預(yù)警值上限取值區(qū)間［Qmax1，Qmax2］和達到最大允許關(guān)井套壓的溢流量取值區(qū)間［QK1，QK2］，此時基于含可信度地層壓力預(yù)測的溢流量預(yù)警值為：

上式中的QW包含了可信度信息，可根據(jù)目標井的地層壓力預(yù)測精度、井控裝置性能和井控精度等工程實際選取合適的可信度進行設(shè)計計算。

由此，建立了綜合考慮氣侵后氣體到達位置、壓井安全和地層壓力預(yù)測不確定性的溢流量預(yù)警值計算方法，可在提高深水鉆井氣侵早期監(jiān)測的可靠性和精度的同時降低成本，同時實現(xiàn)了溢流量預(yù)警值因井而異甚至因井深而異。

5　實例計算

以南海某深水井為例，鉆至3 630 m（含水深1 310 m）時發(fā)生氣侵，利用本文建立的溢流量預(yù)警值計算方法對該井進行溢流量預(yù)警值設(shè)計，該井的主要參數(shù)如下：水深為1 310 m，已固井段為1 490 m，裸眼井段長度為850 m，海水表面溫度為15 ℃，隔水管外徑為533 mm，循環(huán)排量為30 L/s，鉆井液密度為1.14 g/cm3，鉆井液黏度為0.027 Pa·s，鉆井液導(dǎo)熱系數(shù)為1.73 W/（m·℃），稠度系數(shù)為0.27，流性指數(shù)為0.4，地層孔隙度為10%，地層滲透率為50 mD，地層導(dǎo)熱系數(shù)為2.25 W/（m·℃），原始地層壓力為43 MPa。

根據(jù)式（2）可得該井鉆至3 650 m時的最大允許關(guān)井套壓與壓井液密度的關(guān)系如圖3所示。

圖3　關(guān)井套壓與壓井液密度關(guān)系曲線圖

根據(jù)本文第3章中的計算步驟2，計算氣侵發(fā)生后井筒環(huán)空內(nèi)氣體到達位置與溢流量的關(guān)系，如圖4所示。

由圖4可知，當氣侵氣體運移至海底井口時，溢流量為0.80 m3，則此時基于氣體到達位置的溢流量預(yù)警值上限Qmax= 0.80 m3。

圖4　氣體到達位置與溢流量隨氣侵時間變化曲線圖

根據(jù)鉆井設(shè)計要求，此時采用密度為1.215 g/cm3的壓井液進行壓井，則由圖3可知此時的最大允許關(guān)井套壓為7.3 MPa。通過模擬不同溢流量條件下的壓井過程，得到套壓峰值與溢流量的關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5　套壓峰值與溢流量的關(guān)系曲線圖

由圖5可知，壓井時保證套壓峰值不超過最大允許關(guān)井套壓的最大溢流量，QK= 0.68 m3。

則基于氣侵的深水鉆井溢流量預(yù)警值的精確計算值QW= min｛Qmax， QK｝ = min｛0.80， 0.68｝ = 0.68 m3。

可見，若按照常規(guī)泥漿池增量法進行溢流監(jiān)測，當泥漿池增量達到1 m3時，井筒環(huán)空內(nèi)的氣體早已進入隔水管段，且此時再進行壓井，套壓峰值必然會超過最大允許關(guān)井套壓，有損毀套管、防噴器和壓漏地層的風險而導(dǎo)致壓井失敗。

若在此基礎(chǔ)上考慮該井地層壓力預(yù)測存在誤差，引入含可信度地層壓力預(yù)測，根據(jù)小節(jié)4中的改進計算方法，選取可信度80%進行計算，可以得到井底處的地層壓力預(yù)測區(qū)間為［41.2 MPa， 44.5 MPa］。此時，基于氣體到達位置的溢流量預(yù)警值上限取值區(qū)間Qmax為［0.68 m3，0.91 m3］，達到最大允許關(guān)井套壓的溢流量取值區(qū)間QK為［0.52 m3，5.8 m3］，從而得到基于含可信度地層壓力預(yù)測的溢流量預(yù)警值QW=min｛［0.68， 0.91］， ［0.52，5.8］｝=0.52 m3。

針對該深水井，若采用溢流量預(yù)警值0.52 m3對氣侵進行監(jiān)測，由于引入了含可信度地層壓力預(yù)測，最大限度地排除了地層壓力預(yù)測不準而導(dǎo)致的監(jiān)測誤差，還充分考慮了氣侵后氣體到達位置和壓井風險，大大提高了深水鉆井氣侵早期監(jiān)測的準確率和可靠性。

6　結(jié)論與建議

1）通過模擬計算深水井氣侵后氣體到達位置與泥漿池增量的關(guān)系，分析了現(xiàn)有泥漿池增量法的局限性，發(fā)現(xiàn)目前的溢流量預(yù)警值為一經(jīng)驗值，對于水深較深、原始地層壓力較高的井過于保守，且不能準確判斷是否發(fā)生溢流，普適性和可靠性較差。

2）通過引入最大允許關(guān)井套壓和環(huán)空氣體到達位置等因素，計算不同溢流量條件下的壓井風險，建立了基于氣侵的溢流量預(yù)警值反算方法，實現(xiàn)了因井而異的溢流量預(yù)警值精確計算，可保證在現(xiàn)有井控設(shè)備、施工參數(shù)和地層參數(shù)等確定的條件下進行更為精確可靠的氣侵溢流監(jiān)測。

3）引入含可信度地層壓力預(yù)測方法對溢流量預(yù)警值計算進行改進，最大限度地排除了由于地層壓力預(yù)測不準而導(dǎo)致的監(jiān)測誤差，有利于結(jié)合現(xiàn)場實際選取不同的可信度對溢流量預(yù)警值進行設(shè)計。

4）利用本文方法設(shè)計的溢流量預(yù)警值具有較高的精度，而對于深水鉆井中常用的半潛式作業(yè)平臺，泥漿池的液面浮動較大，不利于精確檢測泥漿池增量。為了滿足測量精度，推薦采用精度更高更穩(wěn)定的進出口流量計對泥漿池增量進行監(jiān)測。

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（修改回稿日期 2016-05-10 編 輯 凌 忠）

A calculation method of the maximum allowable gas invasion overfl ow in deepwater drilling

Xu Yuqiang1， Guan Zhichuan1， Pang Hua2， Liu Shujie3， Xu Chuanbin1， Zhang Hongning1， Sheng Yanan1
（1. College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum， Qingdao， Shandong 266580， China； 2. Shenzhen Branch of CNOOC Safety Technology & Service Co.， Shenzhen， Guangdong 518067， China； 3. CNOOC Research Center， Beijing 100028， China）
NATUR. GAS IND. VOLUME 36， ISSUE 7， pp.74-80， 7/25/2016. （ISSN 1000-0976； In Chinese）

Deepwater drilling requires more rigorous well control. Accordingly， proactive gas invasion detection is a hot topic in research of deepwater well control. The warning overflow value is an empiric value， so the existing pit-gain method is less applicable and reliable for the wells with a high initial reservoir pressure in deep water. In this paper， the well-killing risks under different overflow conditions were calculated with consideration to the maximum allowable shut-in casing pressure and the annulus gas-ascending position. Then， a back calculation method was developed on the basis of the warning overflow value of gas invasion so as to monitor gas invasion overflow more accurately and reliably with the existing well control equipment， construction parameters and formation parameters. Furthermore，this method was improved by integrating the credibility formation pressure prediction method to minimize the gas invasion monitoring errors caused by inaccurate formation pressure prediction. Practical calculation shows that this method takes the annulus gas-ascending positions and well-killing risks into full account， so the accuracy and reliability of proactive gas invasion detection in deepwater drilling are improved greatly. This method plays a practical role in designing well-specific warning overflow value and reducing gas invasion monitoring costs. Finally， it was recommended to monitor the pit gain by using the import and export flow meters of higher accuracy and stability so as to satisfy the measurement accuracy of semi-submersible drilling platforms.

Deepwater drilling； Gas invasion monitoring； Pit gain method； Overflow warning value； Design method； Well control risk；Gas position；semi-submersible drilling platform

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.07.011

國家自然科學基金項目（編號：51574275）、長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助項目（編號：IRT1086），中海石油（中國）有限公司科研項目（編號：YXKY-2015-ZY-12）。

許玉強，1987年生，博士；主要從事井下信息與控制、深水鉆井技術(shù)及安全風險評價等研究工作。地址：（266580）山東省青島市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)長江西路66號。電話：18678953867。ORCID： 0000-0002-7431-266X。E-mail：auyuqiang@163.com

管志川，1959年生，教授，博士生導(dǎo)師，博士；主要從事油氣井力學、井下測控技術(shù)、深井超深井鉆井和深水鉆井等方面的研究工作。電話：（0532）86981764。E-mail：guanzhch@163.com