CN111058794B - 对环空施加回压的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对环空施加回压的控制方法及装置，属于固井技术领域。该方法包括：在油气井内下入套管以及对油气井与套管之间的环空注入水泥浆之后，基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度；基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压；对环空施加该回压。该回压是随着时间的增加而逐渐增大，在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

Description

对环空施加回压的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及固井技术领域，特别涉及一种对环空施加回压的控制方法及装置。

背景技术

固井是指在油气井内下入套管，并对该油气井与套管之间的环空注入水泥浆，待水泥凝结后将油气井内的油层、气层和水层封隔的过程。通过对油气井的固井可以保护油气井内的套管并且能够增加油气井的开采寿命，是油气井钻井工程的重要环节之一。

在水泥浆由液体转变为固态的期间(也即水泥浆的候凝期间)中，水泥浆会发生失重现象，导致水泥浆对地层施加的静液柱压力降低，水泥浆对地层施加的静液柱压力可能无法对地层压力的平衡作用，可能会诱发气窜。气窜是指地层中的气体进入环空中并沿着环空向油气井的井口移动的现象。也即是，在水泥浆的候凝期间，水泥浆的失重现象会诱发气窜。气窜会导致后续钻井工程和开采工程无法进行，还可能造成全井报废的后果。目前，为了避免气窜的产生，可以在水泥浆的候凝期间，采用位于油气井的井口位置处的控压设备对环空施加回压，通过该回压对水泥浆损失的静液柱压力进行补偿，以平衡地层压力。

但是，目前控压设备对环空施加的回压是一个恒定值，导致在水泥浆的候凝期间的前期该回压可能过大，进而导致环空内的压力大于地层的破裂压力，从而导致油气井内发生井漏的现象。

发明内容

本发明实施例提供了一种对环空施加回压的控制方法及装置。可以解决现有技术的在水泥浆的候凝期间的前期控压设备对环空施加的回压过大，导致环空内的压力大于地层的破裂压力，从而导致油气井内发生井漏的现象的问题，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种对环空施加回压的控制方法，应用于在对油气井进行固井时，位于所述油气井的井口处的控压设备，所述方法包括：

在所述油气井内下入套管以及对所述油气井与所述套管之间的环空注入水泥浆之后，基于所述水泥浆的密度随时间的变化函数，确定所述水泥浆的实时的密度；

基于所述水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，以使在目标时长内所述水泥浆的实时的密度与所述回压呈反比，所述目标位置为所述油气井中易漏失地层的位置，所述目标时长为所述水泥浆的胶凝强度达到指定数值时的时长；

对所述环空施加所述回压；

其中，所述水泥浆的密度随时间的变化函数为：

其中，ESD为所述水泥浆的密度，t为所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长。

可选的，基于所述水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，包括：

检测所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长是否小于目标时长；

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长小于所述目标时长时，基于所述水泥浆当前时间的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第一回压计算公式为：

其中，P₀为所述待施加的回压，G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为所述目标位置上方的水泥浆的垂直高度，t₀为所述目标时长。

可选的，检测所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长是否小于目标时长之后，所述方法还包括：

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长不小于目标时长时，基于所述水泥浆在所述目标时长时的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第二回压计算公式为：

可选的，所述目标时长为所述水泥浆的胶凝强度达到240帕时的时长。

可选的，对所述环空施加所述回压之后，所述方法还包括：

在经过指定时长后，停止对所述环空施加所述回压，所述指定时长为所述水泥浆的凝结时长。

另一方面，提供了一种对环空施加回压的控制装置，应用于在对油气井进行固井时，位于所述油气井的井口处的控压设备，所述装置包括：

第一确定模块，用于在所述油气井内下入套管以及对所述油气井与所述套管之间的环空注入水泥浆之后，基于所述水泥浆的密度随时间的变化函数，确定所述水泥浆的实时的密度；

第二确定模块，用于基于所述水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，以使在目标时长内所述水泥浆的实时的密度与所述回压呈反比，所述目标位置为所述油气井中易漏失地层的位置，所述目标时长为所述水泥浆的胶凝强度达到指定数值时的时长；

施加模块，用于对所述环空施加所述回压；

其中，所述水泥浆的密度随时间的变化函数为：

其中，ESD为所述水泥浆的密度，t为所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长。

可选的，所述第二确定模块，用于：

检测所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长是否小于目标时长；

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长小于所述目标时长时，基于所述水泥浆当前时间的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第一回压计算公式为：

其中，P₀为所述待施加的回压，G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为所述目标位置上方的水泥浆的垂直高度，t₀为所述目标时长。

可选的，所述第二确定模块，用于：

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长不小于目标时长时，基于所述水泥浆在所述目标时长时的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第二回压计算公式为：

可选的，所述目标时长为所述水泥浆的胶凝强度达到240帕时的时长。

可选的，所述装置还包括：

停止施加模块，用于在经过指定时长后，停止对所述环空施加所述回压，所述指定时长为所述水泥浆的凝结时长。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是至少包括：

通过水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度，并基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压。在控压设备对环空施加该回压时，可以有效的补偿水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力。由于水泥浆的实时的密度与回压呈反比，且在水泥浆注入环空之后，水泥浆的实时的密度随着时间的增加而逐渐减小，因此最终确定出的待施加的回压也不相同，且该回压是随着时间的增加而逐渐增大。在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的对环空施加回压的控制方法的实施环境示意图；

图2是本发明实施例提供的一种对环空施加回压的控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种对环空施加回压的控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种水泥浆的密度与水泥浆的候凝时间的曲线图；

图5是本发明实施例提供的一种对环空施加回压的控制装置的框图；

图6是本发明实施例提供的另一种对环空施加回压的控制装置的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，图1是本发明实施例提供的对环空施加回压的控制方法的实施环境示意图。该实施环境包括：油气井101和位于油气井101的井口处的控压设备102。当需要对油气井101进行固井时，可以在油气井101内下入套管103以及对油气井101与套管102之间的环空104注入水泥浆105。在水泥浆105的候凝期间，水泥浆105会出现失重现象诱发气窜。为了降低气窜的产生的概率，可以通过控压设备102对环空104施加回压。

请参考图2，图2是本发明实施例提供的一种对环空施加回压的控制方法的流程图。该对环空施加回压的控制方法应用于图1示出的实施环境中的控压设备102。该对环空施加回压的控制方法可以包括：

步骤201、在油气井内下入套管以及对油气井与套管之间的环空注入水泥浆之后，基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度。

其中，该水泥浆的密度随时间的变化函数为：

其中，ESD为水泥浆的密度，t为水泥浆注入环空之后经过的时长。

步骤202、基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，以使在目标时长内水泥浆的实时的密度与该回压呈反比。

该目标时长为水泥浆的胶凝强度达到指定数据的时长。该目标位置为油气井中易漏失地层的位置。需要说明的是，该易漏失地层是指油气井中漏失压力最小的地层。

在本发明实施例中，在水泥浆的候凝期间，水泥浆会出现失重现象，也即水泥浆的密度随着时间的增加而逐渐减小，导致水泥浆对目标位置施加的静液柱压力降低。因此，本发明实施例中的控压设备可以先基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度，然后基于该水泥浆实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压。

步骤203、对环空施加该回压。

在本发明实施例中，在控压设备通过步骤202中基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压之后，控压设备可以对环空施加该回压，可以有效的补偿水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力。

综上所述，本发明实施例提供的对环空施加回压的控制方法，通过水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度，并基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压。在控压设备对环空施加该回压时，可以有效的补偿水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力。由于水泥浆的实时的密度与回压呈反比，且在水泥浆注入环空之后，水泥浆的实时的密度随着时间的增加而逐渐减小，因此最终确定出的待施加的回压也不相同，且该回压是随着时间的增加而逐渐增大。在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

请参考图3，图3是本发明实施例提供的另一种对环空施加回压的控制方法的流程图。该对环空施加回压的控制方法应用于图1示出的实施环境中的控压设备102。该对环空施加回压的控制方法可以包括：

步骤301、在油气井内下入套管以及对油气井与套管之间的环空注入水泥浆之后，基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度。

在本发明实施例中，在油气井内下入套管以及对油气井与套管之间的环空注入水泥浆之后，控压设备可以基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度。该水泥浆的密度随时间的变化函数可以为：

其中，ESD为水泥浆的密度，t为水泥浆注入环空之后经过的时长。

需要说明的是，在控压设备基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度之前，控压设备还需要获取水泥浆的密度随时间的变化函数。

在本发明实施例中，可以通过实验设备获取该水泥的密度随时间的变化函数。示例的，实验设备可以通过以下几个过程获取该水泥的密度随时间的变化函数。

首先，实验设备可以通过模拟实验获取到水泥浆的密度与水泥浆的候凝时间的之间的对应关系。其中，该水泥浆的候凝时间也即是本发明实施例中的水泥浆注入环空之后经过的时长。该水泥浆的密度与水泥浆的候凝时间之间的对应关系可以参考表1。

表1

根据该表1可知，当水泥浆的候凝时间为0(也即是水泥浆刚开始凝结)时，水泥浆的密度为1.91g/cm³；当水泥浆的候凝时间为10min时，水泥浆的密度为1.88g/cm³。

之后，实验设备根据表1示出的水泥浆的密度与水泥浆的候凝时间之间的对应关系，可以模拟出如图4示出的水泥浆的密度随时间的变化曲线。该曲线符合以下曲线函数：

最后，实验设备可以基于该曲线函数以及水泥浆的密度与水泥浆的候凝时间之间的对应关系，拟合出：a＝0.976，b＝0.927，c＝34.617，k＝3.36，进而可以得到水泥浆的密度随时间的变化函数：

需要说明的是，在实验设备获取到水泥浆的密度随时间的变化函数之后，在一种可能的实现方式中，实验设备可以将该水泥浆的密度随时间的变化函数发送给控压设备，此时，控压设备能够获取到实验设备发送的水泥浆的密度随时间的变化函数。

在另一种可能的实现方式中，工作人员可以基于实验设备获取的水泥浆的密度随时间的变化函数，将该水泥浆的密度随时间的变化函数输入至控压设备内，使得控压设备能够获取到该水泥浆的密度随时间的变化函数。

步骤302、检测水泥浆注入环空之后经过的时长是否小于目标时长。

该目标时长可以为在水泥浆注入油气井与套管之间环空后，水泥浆的胶凝强度达到指定数值时的时长。可选的，该目标时长为水泥浆的胶凝强度达到240帕时的时长。该目标时长通常是可以通过实验获取得到的。

在本发明实施例中，环空内的水泥浆在其胶凝强度小于240帕时，水泥浆的失重现象而诱发气窜的概率较大，控压设备对环空施加的回压的大小需要不断的增大。当环空内的水泥浆在其胶凝强度大于或等于240帕时，水泥浆的失重现象不会再诱发气窜，控压设备对环空施加的回压的大小无需再不断的增大，此时，控压设备对环空施加的回压的大小是固定值。

因此，在水泥浆在其胶凝强度小于240帕时，以及在水泥浆在其胶凝强度大于或等于240帕时，控压设备计算待施加的回压的方式有所不同。在本发明实施例中，控压设备需要检测注入环空之后经过的时长是否小于目标时长，当控压设备检测到水泥浆注入环空之后经过的时长小于目标时长时，执行步骤303；当控压设备检测到的水泥浆注入环空之后经过的时长不小于目标时长时，执行步骤304。

步骤303、当水泥浆注入环空之后经过的时长小于目标时长时，基于水泥浆当前时间的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算待施加的回压。

在本发明实施例中，当控压设备检测出水泥浆注入环空之后经过的时长小于目标时长时，控压设备可以基于水泥浆的当前时间的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算待施加的回压。

其中，该第一回压计算公式为：

其中，P₀为待施加的回压，G_p为目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为目标位置上方的水泥浆的垂直高度"，t₀为目标时长，t为水泥浆注入环空之后经过的时长。

基于该第一回压计算公式可知，当水泥浆注入环空之后经过的时长小于目标时长时，水泥浆的密度随着水泥浆注入环空之后经过的时长的增大而减小，待施加的回压随着水泥浆注入环空之后经过的时长的增大而增大。因此，在目标时长内水泥浆的实时的密度与该待施加的回压呈反比。

需要说明的是，该目标位置处的地层压力当量密度G_p，以及目标位置处的地层压力当量密度的安全值△G_p，均是可以从在钻井得到油气井时获取到的钻井数据中得到。

步骤304、当水泥浆注入环空之后经过的时长不小于目标时长时，基于水泥浆在目标时长时的密度，以及目标位置处地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算待施加的回压。

在本发明实施例中，当控压设备检测出水泥浆注入环空之后经过的时长不小于目标时长时，控压设备可以基于水泥浆在目标时长时的密度，以及目标位置处地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算待施加的回压。

其中，该第二回压计算公式可以为：

其中，P₀为待施加的回压，G_p为目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为目标位置上方的水泥浆的垂直高度，t₀为目标时长。

基于该第二回压计算公式可知，当水泥浆注入环空之后经过的时长超过目标时长时，由于水泥浆的胶凝强度已经达到了240帕，水泥浆的失重现象不会再诱发气窜，因此，后续无需不停的一直增大待施加的回压，保证该待施加的回压一直为：水泥浆注入环空之后经过的目标时长时计算出的待施加的回压即可。·

步骤305、对环空施加该回压。

在本发明实施例中，在控压设备基于第一回压计算公式或第二回压计算公式计算出待施加的回压之后，控压设备可以对环空施加该回压。

示例的，在水泥浆注入环空之后经过的时长在目标时长内时，控压设备需要采用第一回压计算公式计算出待施加的回压。此时，水泥浆的实时的密度与该待施加的回压呈反比，因此，控压设备对环空施加的回压是随着水泥浆注入环空之后经过的时长的增大而逐渐增大。控压设备能够在有效的补偿了水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力的前提下，保证在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

在水泥浆注入环空之后经过的时长超过目标时长时，控压设备需要采用第二回压计算公式计算待施加的回压，此时，由于水泥浆的胶凝强度已经达到了240帕，水泥浆的失重现象不会再诱发气窜，因此，控压设备可以持续对环空施加相同的回压。使得控压设备能够在平衡地层压力的前提下，减小了对环空施加的回压的大小，从而降低了控压设备的能耗。控压设备持续对环空时间的回压可以为水泥浆注入环空之后经过的目标时长时计算出的待施加的回压。

可选的，控压设备在对环空施加回压之前，控压设备还需要执行以下步骤：

步骤A、检测目标位置处的实际压力当量密度是否大于指定当量密度。

该实际压力当量密度是基于待施加的回压与目标位置处的地层压力当量密度以及目标位置处的地层压力当量密度的安全值确定的。示例的，该实际压力当量密度可以采用实际压力当量密度计算公式计算得到，该实际压力当量密度计算公式为：

其中，G₁为目标位置处的实际压力当量密度，P₀为基于步骤303或步骤304计算出的待施加的回压。

该指定当量密度是基于目标位置处的破裂压力当量密度以及目标位置处的破裂压力当量密度安全值确定的。示例的，该指定当量密度可以采用指定当量密度计算公式计算得到，该指定当量密度计算公式为：

G₂＝G_f－△G_f；

其中，G₂为指定当量密度，G_f为目标位置处的破裂压力当量密度，△G_f为目标位置处的破裂压力当量密度的安全值。需要说明的是，该目标位置处的破裂压力当量密度G_f，以及目标位置处的破裂压力的地层压力当量密度的安全值△G_f，均是可以从在钻井得到油气井时获取到的钻井数据中得到。

在本发明实施例中，控压设备需要检测目标位置处的实际压力当量密度是否大于指定当量密度。当目标位置处的实际压力当量密度不大于指定当量密度时，执行步骤305，也即是，控压设备对环空施加步骤303或步骤304计算得到的待施加的回压。当目标位置处的施加压力当量密度大于指定当量密度时，执行步骤B。

步骤B、当目标位置处的实际压力当量密度是大于指定当量密度时，基于指定当量密度确定新的回压。

示例的，控压设备在检测出目标位置处的实际压力当量密度是大于指定当量密度时，控压设备可以基于指定当量密度确定新的回压。例如，控压设备可以采用新的回压计算公式计算该新的回压，该新的回压计算公式为：

P₀’＝0.00981×H×(G_f－ΔG_f－ESD)；其中，P₀’为新的回压。

步骤C、将该新的回压确定为控压设备所要对环空施加的回压。

在本发明实施例中，控压设备在将该新的回压确定为控压设备所要对环空施加的回压之后，执行步骤305，也即是，控压设对环空施加该新的回压。

步骤306、在经过指定时长后，停止对环空施加回压。

在本发明实施例中，控压设备在经过指定时长后，可以停止对环空施加回压。该指定时长可以为水泥浆的凝结时长，也即是，水泥浆由液态转变为固态的时长。需要说明的是，该水泥浆的凝结时长是通过实验获取得到的。示例的，该指定时长可以为8小时，则控压设备在对环空施加8小时回压后，可以停止对该环空施加回压。

假设目标位置上方的水泥浆的垂直高度为1400m(米)，在水泥浆注入环空之后目标位置处的水泥浆的初始静液柱压力为11.67MPa(兆帕)，则水泥浆注入环空之后经过的时长(也称为水泥浆候凝时间)与控压设备对环空施加的回压的关系如表2所示。

表2

其中，当候凝时间为5min时，控压设备对环空施加的回压为5.908MPa；当候凝时间为60min时，水泥浆的胶凝强度达到了240帕，在候凝时间60min之后，控压设备可以持续对环空施加10.045MPa的回压；在候凝时间达到8小时，水泥浆由液态转为了固态，此时，控压设备可以停止对环空施加压力。

需要说明的是，本发明实施例提供的对环空施加回压的控制的步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本申请的保护范围之内，因此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的对环空施加回压的控制方法，通过水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度，并基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压。在控压设备对环空施加该回压时，可以有效的补偿水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力。由于水泥浆的实时的密度与回压呈反比，且在水泥浆注入环空之后，水泥浆的实时的密度随着时间的增加而逐渐减小，因此最终确定出的待施加的回压也不相同，且该回压是随着时间的增加而逐渐增大。在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

本发明实施例提供了一种对环空施加回压的控制装置，该装置应用于图1示出的实施环境中的控压设备102。示例的，该装置可以是图1示出的实施环境中的控压设备102，也可以集成在控压设备102中。如图5所示，该对环空施加回压的控制装置400可以包括：

第一确定模块401，用于在油气井内下入套管以及对油气井与套管之间的环空注入水泥浆之后，基于水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度。

第二确定模块402，用于基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，以使在目标时长内水泥浆的实时的密度与回压呈反比，目标位置为油气井中易漏失地层的位置，目标时长为水泥浆的胶凝强度达到指定数值时的时长。

施加模块403，用于对环空施加回压。

其中，水泥浆的密度随时间的变化函数为：

其中，ESD为水泥浆的密度，t为水泥浆注入环空之后经过的时长。

综上所述，本发明实施例提供的对环空施加回压的控制装置，通过水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度，并基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压。在控压设备对环空施加该回压时，可以有效的补偿水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力。由于水泥浆的实时的密度与回压呈反比，且在水泥浆注入环空之后，水泥浆的实时的密度随着时间的增加而逐渐减小，因此最终确定出的待施加的回压也不相同，且该回压是随着时间的增加而逐渐增大。在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

可选的，该第二确定模块402，用于：检测水泥浆注入环空之后经过的时长是否小于目标时长；当水泥浆注入环空之后经过的时长小于目标时长时，基于水泥浆当前时间的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算待施加的回压；第一回压计算公式为：

其中，P₀为待施加的回压，G_p为目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为目标位置上方的水泥浆的垂直高度，t₀为目标时长。

可选的，该第二确定模块402，还用于：当水泥浆注入环空之后经过的时长不小于目标时长时，基于水泥浆在目标时长时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算待施加的回压；第二回压计算公式为：

可选的，该目标时长为水泥浆的胶凝强度达到240帕时的时长。

可选的，如图6所示，该对环空施加回压的控制装置400还可以包括：停止施加模块404，用于在经过指定时长后，停止对环空施加回压，指定时长为水泥浆的凝结时长。

综上所述，本发明实施例提供的对环空施加回压的控制装置，通过水泥浆的密度随时间的变化函数，确定水泥浆的实时的密度，并基于水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压。在控压设备对环空施加该回压时，可以有效的补偿水泥浆损失的静液柱压力，以平衡地层压力。由于水泥浆的实时的密度与回压呈反比，且在水泥浆注入环空之后，水泥浆的实时的密度随着时间的增加而逐渐减小，因此最终确定出的待施加的回压也不相同，且该回压是随着时间的增加而逐渐增大。在水泥浆的候凝期间的前期，对环空施加的回压较小，避免了出现环空内的压力大于地层的破裂压力的问题，从而降低了油气井内发生井漏的现象的概率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有至少一条指令，该指令由处理器加载并执行以实现图2或图3示出的对环空施加回压的控制方法。

本发明实施例还提供了一种控压设备，包括：处理器和存储器，该存储器中存储有至少一条指令，指令由处理器加载并执行以实现图2或图3示出的对环空施加回压的控制方法。

在本发明实施例中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的可选的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种对环空施加回压的控制方法，其特征在于，应用于在对油气井进行固井时，位于所述油气井的井口处的控压设备，所述方法包括：

在所述油气井内下入套管以及对所述油气井与所述套管之间的环空注入水泥浆之后，基于所述水泥浆的密度随时间的变化函数，确定所述水泥浆的实时的密度；

基于所述水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，以使在目标时长内所述水泥浆的实时的密度与所述回压呈反比，所述目标位置为所述油气井中易漏失地层的位置，所述目标时长为所述水泥浆的胶凝强度达到240帕时的时长；

对所述环空施加所述回压；

其中，所述水泥浆的密度随时间的变化函数为：

其中，ESD为所述水泥浆的密度，t为所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，包括：

检测所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长是否小于目标时长；

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长小于所述目标时长时，基于所述水泥浆当前时间的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第一回压计算公式为：

其中，P₀为所述待施加的回压，G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为所述目标位置上方的水泥浆的垂直高度，t₀为所述目标时长。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，检测所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长是否小于目标时长之后，所述方法还包括：

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长不小于目标时长时，基于所述水泥浆在所述目标时长时的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第二回压计算公式为：

4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，对所述环空施加所述回压之后，所述方法还包括：

在经过指定时长后，停止对所述环空施加所述回压，所述指定时长为所述水泥浆的凝结时长。

5.一种对环空施加回压的控制装置，其特征在于，应用于在对油气井进行固井时，位于所述油气井的井口处的控压设备，所述装置包括：

第一确定模块，用于在所述油气井内下入套管以及对所述油气井与所述套管之间的环空注入水泥浆之后，基于所述水泥浆的密度随时间的变化函数，确定所述水泥浆的实时的密度；

第二确定模块，用于基于所述水泥浆的实时的密度，以及目标位置处的地层压力当量密度，确定待施加的回压，以使在目标时长内所述水泥浆的实时的密度与所述回压呈反比，所述目标位置为所述油气井中易漏失地层的位置所述目标时长为所述水泥浆的胶凝强度达到240帕时的时长；

施加模块，用于对所述环空施加所述回压；

其中，所述水泥浆的密度随时间的变化函数为：

其中，ESD为所述水泥浆的密度，t为所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，用于：

检测所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长是否小于目标时长；

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长小于所述目标时长时，基于所述水泥浆当前时间的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第一回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第一回压计算公式为：

其中，P₀为所述待施加的回压，G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度，△G_p为所述目标位置处的地层压力当量密度的安全值，H为所述目标位置上方的水泥浆的垂直高度，t₀为所述目标时长。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，用于：

当所述水泥浆注入所述环空之后经过的时长不小于目标时长时，基于所述水泥浆在所述目标时长时的密度，以及所述目标位置处的地层压力当量密度，采用第二回压计算公式计算所述待施加的回压；所述第二回压计算公式为：

8.根据权利要求5至7任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

停止施加模块，用于在经过指定时长后，停止对所述环空施加所述回压，所述指定时长为所述水泥浆的凝结时长。

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