一种随钻地层压力测试方法与装置与流程

1.本发明涉及一种随钻地层压力测试方法与装置，属于石油、天然气钻完井、天然气水合物钻采与智能钻井技术领域。


背景技术：

2.在钻井工程中，地层孔隙压力、破裂压力是衡量井眼稳定性关键的地质力学参数。其中，地层孔隙压力尤为重要。
3.常用的地层孔隙压力确定方法为利用地震和测井数据、钻井参数来估算孔隙压力；然而，由于参数误差以及不确定地质因素影响，估计、预测的地层孔隙压力往往具有较大的不确定性，准确度难以得到保障。利用随钻数据确定的地层孔隙压力和地层破裂压力相对准确，通常通过下述两种方法进行：其一为通过随钻工程测量和测井等资料间接获取，如机械钻速法、d指数法及dc指数法、标准化钻速法、页岩密度法和c指数法，该方法相对粗糙、精度不高，更适合大致估计预测，无法有效确定地层孔隙压力和破裂压力的真实值；其二为采用专用地层孔隙压力测试器或者随钻地层压力测试仪器直接测量得到，例如传统的电缆式地层压力测试器，该方法需要单独下测试管柱、占用钻机时间长且在大位移井和水平井中下入困难，进而导致综合成本高，效率低。目前，国际上使用的随钻地层压力测试器，如testrak和geotap较为先进，使用电缆式探头、极板及石英压力传感器，在钻井作业的接单根等暂停期间进行压力测试，但在一定程度上耽误正常钻井施工，综合成本较高；另外，常见的随钻地层压力测试器还有重复地层压力测试仪(rft,repeat formation tester)、钻杆测试仪(dst,drill string test)等等，但相对来说均是费时费力。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能够较为快捷准确的实现地层孔隙压力和/或地层破裂压力确定的随钻地层压力测试方法与装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种随钻地层压力测试装置，其中，该装置包括：
6.流量测量单元、压力测量单元与压力控制系统；
7.所述流量测量单元包括泵入钻井液流量计量设备和返排钻井液流量计量设备；所述泵入钻井液流量计量设备用于计量注入钻进系统的钻井液的流量，所述返排钻井液流量计量设备用于计量自钻井系统排出的钻井液的流量；
8.所述压力测量单元包括立管压力表、环空压力随钻测量工具和井口压力表；所述立管压力表安装在立管管汇处；所述环空压力随钻测量工具安装在底部钻具组合中，用于测量环空压力；所述井口压力表设置于井口返出管线上，用于计量井口返出钻井液的压力；
9.所述压力控制系统包括设置于井口返出管线上的回压控制设备，用以实现调控井口回压。
10.在上述随钻地层压力测试装置中，优选地，所述泵入钻井液流量计量设备包括泥
浆泵入口流量计和补浆泵入口流量计；其中，所述泥浆泵入口流量计设置于向立管供液的泥浆泵的入口管线处，用于计量泵入立管的钻井液的流量；所述补浆泵入口流量计设置于钻井液补浆管线补液泵的入口管线处，用于计量由补液泵向钻进系统泵入的钻井液的流量；所述补液管线指的是钻进系统中钻井液建立地面短循环时所用的钻井液输入管线。
11.在上述随钻地层压力测试装置中，优选地，所述返排钻井液流量计量设备包括钻井液出口流量计，所述钻井液出口流量计设置于井口返出管线上，用于计量井口返出钻井液的流量。
12.在上述随钻地层压力测试装置中，优选地，所述回压控制设备包括依次设置于井口返出管线上的第一气控平板阀和自控节流阀；所述第一气控平板阀用于开启自控节流阀与井口的连接，自控节流阀通过远程控制其开度，实现调控井口回压。
13.在上述随钻地层压力测试装置中，优选地，所述压力控制系统进一步包括设置于钻井液补浆管线上的第二气控平板阀，用于在使用向立管供液的泥浆泵驱动钻井液循环期间隔离钻井液补浆管线。
14.在上述随钻地层压力测试装置中，优选地，所述随钻地层压力测试装置进一步包括注入系统，所述注入系统包括注入管和注入压力测量表；其中，所述注入管由连续油管组成，通过井口防喷器组预设口伸入井筒环空一定深度，注入压力测量表设置于注入管最下端，测量注入口压力。
15.本发明还提供了一种随钻地层压力测试方法，使用上述随钻地层压力测试装置进行，该方法包括：
16.逐步降低井口回压，并实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次降低井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断；若已发生井底溢流或者井口回压已降为0，不再降低井口回压；其中，所述工况识别模型为基于立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量进行工况判断的模型；其中，逐步降低井口回压过程中，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
17.基于发生井底溢流前一次的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层孔隙压力；或者；基于回压降为0后的立管压力、环空压力和/或井口压力确定回压为0对应的井底压力，进而确定地层孔隙压力小于回压为0对应的井底压力。
18.在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，该方法进一步包括：
19.在逐步降低井口回压前，先向井筒中注入低密度钻井液(指密度低于原钻井液密度的钻井液)，实现井底压力达到预设值；预设值应尽可能接近但不低于地层孔隙压力，本领域技术人员可以基于预测的地层孔隙压力进行确定；
20.更优选地，向井筒中注入低密度钻井液过程中，实时监控立管压力、环空压力、井口压力，尽可能保证井底压力是按照预想的按照预想的数值进行调控；
21.更优选地，所述向井筒中注入低密度钻井液通过下述方式实现：在一定高度向环空中注入低密度钻井液，调整注入点以上原钻井液的密度，所述低密度钻井液包括液相钻井液和气相钻井液中的至少一种(优选为气相钻井液)；进一步优选地，所述低密度钻井液
的密度小于原钻井液密度0.2g/cm3；
22.更优选地，所述向井筒中注入低密度钻井液通过下述方式实现：通过立管注入低密度钻井液，置换钻进系统中原钻井液，所述低密度钻井液包括液相钻井液和气相钻井液中的至少一种(优选为液相钻井液)；进一步优选地，所述低密度钻井液的密度小于原钻井液密度0.1g/cm3。
23.在上述优选技术方案中，通过动态调控静液柱压力后动态调控井口回压，更好的实现井底压力精确控制，通过注入低密度钻井液，或者注入环空一定高度的低密度钻井液，可以较大幅度的降低井底压力，弥补常规钻井方式无法或较难探测地层孔隙压力的劣势。
24.在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，逐步降低井口回压过程中，每次井口回压的压力降低值为0.2-0.5mpa。
25.在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，逐步降低井口回压过程中，后一次井口回压的压力降低值不超过前一次井口回压的压力降低值；在一具体实施方式中，第一次井口回压的压力降低值为0.5mpa，最后一次井口回压的压力降低值为0.2mpa。
26.在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，所述立管压力、井口压力的测量时间间隔时间与环空压力的测量时间间隔相同。
27.在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，该方法进一步包括：
28.若已发生井底溢流，不再降低井口回压并进行井口回压逐步回升直至井底溢流消失，实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次升高井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断；
29.基于第一次不再发生井底溢流对应的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层孔隙压力验证值；基于地层孔隙压力验证值对确定的地层孔隙压力进行校正；其中，进行井口回压逐步回升时，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
30.在该优选技术方案中，通过正负双向测试，有效保证结果的正确性。
31.在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，所述工况识别模型为训练好的支持向量机工况识别模型，能够实现溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏4中工况的识别。
32.在一具体实施例中，训练好的支持向量机工况识别模型通过下述方式确定：
33.获取历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据以及工况标记，将历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据进行[0,1]归一化处理，得到训练数据集；
[0034]
预设一个输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏的支持向量机模型；
[0035]
利用训练数据集进行支持向量机模型训练，从而得到训练好的支持向量机工况识别模型；
[0036]
优选地，预设的支持向量机模型为svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函
数、径向基核函数和/或多层感知器核函数等；
[0037]
优选地，进行支持向量机模型训练时，采用交叉验证方式进行。
[0038]
上述优选技术方案通过支持向量机(svm，support vector machine)方法，将训练数据集由低维空间映射到高维特征空间，把线性不可分的问题转化为线性可分的问题，实现输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、对应输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏。为了提高早期工况判别的准确率，对训练用数据进行了[0,1]归一化处理，然后优选svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数以及多层感知器核函数等，最后进行交叉验证，优化模型。
[0039]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断包括：
[0040]
基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，确定溢流量或者漏失量、确定立柱压力变化值、确定环空压力变化值、确定井口压力变化值，进而判断是否发生井底溢流；
[0041]
更优选地，通过下述公式确定溢流量：
[0042][0043]
式中：δq
溢
为溢流量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)；
[0044]
更优选地，通过下述公式确定漏失量：
[0045][0046]
式中：δq
漏
为漏失量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)。
[0047]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，井底压力通过下述公式确定：
[0048]
p
bhp
＝p
pwd
ρ
·g·
(h
tvd
h
pwd
)
[0049]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；h
pwd
为测定环空压力的测点深度。
[0050]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，井底压力通过下述公式进行确定：
[0051]
p
bhp
＝pd p
h-p
l_in
[0052]
式中，p
bhp
为井底压力；pd为立管压力；ph为钻柱水眼内静液柱压力；p
l_in
为钻柱水眼摩擦阻力。
[0053]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，井底压力通过下述公式进行确定：
[0054]
p
bhp
＝ph p
l_out
p
back
[0055]
式中，p
bhp
为井底压力；ph为井眼环空中钻井液静液柱压力；p
l_out
为井眼环空摩擦阻力；p
back
为井口压力。
[0056]
本发明还提供了一种随钻地层压力测试方法，使用上述随钻地层压力测试装置进行，该方法包括：
[0057]
逐步升高井口回压，并实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次升高井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断；若已发生井底漏失或者井口回压升高至井场要求最高值，不再升高井口回压；其中，所述工况识别模型为基于立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量进行工况判断的模型；其中，逐步升高井口回压过程中，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0058]
基于发生井底漏失前一次的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层破裂压力；或者；基于回压升高至井场要求最高值后的立管压力、环空压力和/或井口压力确定回压为井场要求最高值对应的井底压力，进而确定地层破裂压力大于回压为井场要求最高值对应的井底压力。
[0059]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，该方法进一步包括：
[0060]
在逐步升高井口回压前，先向井筒中注入高密度钻井液(指密度高于原钻井液密度的钻井液)，实现井底压力达到预设值；预设值应尽可能接近但不高于地层破裂压力，本领域技术人员可以基于预测的地层破裂压力进行确定；
[0061]
更优选地，向井筒中注入高密度钻井液过程中，实时监控立管压力、环空压力、井口压力，尽可能保证井底压力是按照预想的按照预想的数值进行调控；
[0062]
更优选地，所述向井筒中注入高密度钻井液通过下述方式实现：在一定高度向环空中注入高密度钻井液，调整注入点以上原钻井液的密度；进一步优选地，所述高密度钻井液的密度大于原钻井液密度0.2g/cm3；
[0063]
更优选地，所述向井筒中注入高密度钻井液通过下述方式实现：通过立管注入高密度钻井液，置换钻进系统中原钻井液；进一步优选地，所述高密度钻井液的密度大于原钻井液密度0.1g/cm3。
[0064]
在上述优选技术方案中，通过动态调控静液柱压力后动态调控井口回压，更好的实现井底压力精确控制，通过注入高密度钻井液，或者注入环空一定高度的高密度钻井液，可以较大幅度的提高井底压力，弥补常规钻井方式无法或较难探测地层破裂压力的劣势。
[0065]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，逐步升高井口回压过程中，每次井口回压的压力升高值为0.2-1.5mpa。
[0066]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，逐步升高井口回压过程中，后一次井口回压的压力升高值不超过前一次井口回压的压力升高值；在一具体实施方式中，第一次井口回压的压力升高值为1.5mpa，最后一次井口回压的压力升高值为0.2mpa。
[0067]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，所述立管压力、井口压力的测量时间间隔时间与环空压力的测量时间间隔相同。
[0068]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，该方法进一步包括：
[0069]
若已发生井底漏失，不再升高井口回压并进行井口回压逐步回降直至井底漏失消失，实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻
井系统排出的钻井液的流量，每次降低井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断；
[0070]
基于第一次不再发生井底漏失对应的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层破裂压力验证值；基于地层破裂压力验证值对确定的地层破裂压力进行校正；其中，进行井口回压逐步回降时，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0071]
在该优选技术方案中，通过正负双向测试，有效保证结果的正确性。
[0072]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，所述工况识别模型为训练好的支持向量机工况识别模型，能够实现溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏4中工况的识别。
[0073]
在一具体实施例中，训练好的支持向量机工况识别模型通过下述方式确定：
[0074]
获取历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据以及工况标记，将历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据进行[0,1]归一化处理，得到训练数据集；
[0075]
预设一个输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏的支持向量机模型；
[0076]
利用训练数据集进行支持向量机模型训练，从而得到训练好的支持向量机工况识别模型；
[0077]
优选地，预设的支持向量机模型为svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数和/或多层感知器核函数等；
[0078]
优选地，进行支持向量机模型训练时，采用交叉验证方式进行。
[0079]
上述优选技术方案通过支持向量机(svm，support vector machine)方法，将训练数据集由低维空间映射到高维特征空间，把线性不可分的问题转化为线性可分的问题，实现输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、对应输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏。为了提高早期工况判别的准确率，对训练用数据进行了[0,1]归一化处理，然后优选svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数以及多层感知器核函数等，最后进行交叉验证，优化模型。
[0080]
上述优选技术方案通过智能数据特征分析，大幅提升传统地层孔隙压力、破裂压力预测精度，剔除不确定性因素。
[0081]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断包括：
[0082]
基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，确定溢流量或者漏失量、确定立柱压力变化值、确定环空压力变化值、确定井口压力变化值，进而判断是否发生井底漏失；
[0083]
更优选地，通过下述公式确定溢流量：
[0084][0085]
式中：δq
溢
为溢流量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)；
[0086]
更优选地，通过下述公式确定漏失量：
[0087][0088]
式中：δq
漏
为漏失量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)。
[0089]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，井底压力通过下述公式确定：
[0090]
p
bhp
＝p
pwd
ρ
·g·
(h
tvd
h
pwd
)
[0091]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；h
pwd
为测定环空压力的测点深度。
[0092]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，井底压力通过下述公式进行确定：
[0093]
p
bhp
＝pd p
h-p
l_in
[0094]
式中，p
bhp
为井底压力；pd为立管压力；ph为钻柱水眼内静液柱压力；p
l_in
为钻柱水眼摩擦阻力。
[0095]
在上述随钻地层压力测试方法中，优选地，井底压力通过下述公式进行确定：
[0096]
p
bhp
＝ph p
l_out
p
back
[0097]
式中，p
bhp
为井底压力；ph为井眼环空中钻井液静液柱压力；p
l_out
为井眼环空摩擦阻力；p
back
为井口压力。
[0098]
现阶段，控压钻井技术与装备，能实时监控环空压力，保证井底压力的精确控制，并且可通过闭环循环系统准确监测钻井液流量的变化；其中，井底及环空压力的精确控制通过控制井口回压实现，可通过使用高精度自动液压节流阀进行，由自动、闭环控制系统操纵完成；钻井液返回流量、温度和密度可使用科里奥利流量计测量；立管压力和井口回压可使用精密数字传感器进行测量，保障压力控制的精确操控。这为本发明的实现提供了技术支撑。本发明提供的技术方案，通过动态调控井口回压，精确控制井底压力，监控井筒与地层的压力平衡以及溢流、漏失的发生与发展情况，结合环空压力，立柱压力、井口压力、钻井液注入量和流出量变化分析判断，从而有效解决复杂超深井、复杂地层的地层孔隙压力、破裂压力预测与监测不准的技术难题，提高井筒安全控制能力。
[0099]
本发明提供的技术方案通过精确调控井底压力，控制其与地层孔隙压力、地层破裂压力相对差值，人为造成微溢流或者微漏失状态，以实现精确获取地层孔隙压力、地层破裂压力真实值。由此，能够更好的指导井筒压力安全作业区间，即保持不漏失的压力上边界和不溢流的压力下边界，从而避免由于井下复杂导致时间和经费的损失，减少非生产时间，提高钻井综合效率与效益，实现安全快速钻探。
[0100]
采用本发明方法提供的技术方案，具备以下有益效果：
[0101]
(1)相对传统方法与工艺措施，可不需要停止钻井液循环即可重复进行地层孔隙
压力、破裂压力测试。
[0102]
(2)利用调控井口回压，快速改变井底压力，并通过环空压力随钻测量工具及立管压力、井口回压测量、钻井液注入量以及反排量测定，可快速测定地层孔隙压力和破裂(漏失)压力。
附图说明
[0103]
图1为一实施例提供的随钻地层压力测试装置示意图。
[0104]
图2a为一实施方式中溢流发生时的环空压力测试值图。
[0105]
图2b为一实施方式中溢流发生时的钻井液注入量和流出量示意图。
[0106]
图3a为一实施方式中漏失发生时的环空压力测试值图。
[0107]
图3b为一实施方式中漏失发生时的钻井液注入量和流出量示意图。
[0108]
图4为本发明一实施方式中支持向量机工况识别模型识别井下工况结构流程示意图。
[0109]
图5为本发明一实施例中随钻地层压力测试方法流程示意图。
具体实施方式
[0110]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0111]
参见图1，本发明一具体实施方式提供了一种随钻地层压力测试装置，其中，该装置包括：
[0112]
流量测量单元、压力测量单元、注入系统与压力控制系统；
[0113]
流量测量单元包括泵入钻井液流量计量设备和返排钻井液流量计量设备；泵入钻井液流量计量设备用于计量注入钻进系统的钻井液的流量，返排钻井液流量计量设备用于计量自钻井系统排出的钻井液的流量；入钻井液流量计量设备包括泥浆泵入口流量计1和补浆泵入口流量计8，返排钻井液流量计量设备包括钻井液出口流量计12；泥浆泵入口流量计1设置于向立管供液的泥浆泵2的入口管线处，用于计量泵入立管的钻井液的流量；补浆泵入口流量计8设置于钻井液补浆管线补液泵(图1中未标出)的入口管线处，用于计量由补液泵向钻进系统泵入的钻井液的流量；钻井液出口流量计12设置于井口返出管线上，用于计量井口返出钻井液的流量；
[0114]
压力测量单元包括立管压力表3、环空压力随钻测量工具6和井口压力表9；立管压力表3安装在立管管汇处；环空压力随钻测量工具6安装在底部钻具组合中，用于测量环空压力；井口压力表9设置于井口返出管线上，用于计量井口返出钻井液的压力；
[0115]
压力控制系统包括设置于井口返出管线上的回压控制设备和第二气控平板阀7，用以实现调控井口回压；回压控制设备包括依次设置于井口返出管线上的第一气控平板阀10和自控节流阀11；第一气控平板阀10用于开启自控节流阀11与井口的连接，自控节流阀12通过远程控制其开度，实现调控井口回压；第二气控平板阀7设置于钻井液补浆管线上，用于在使用向立管供液的泥浆泵驱动钻井液循环期间隔离钻井液补浆管线；第一气控平板
阀10、井口压力表9、自控节流阀11、钻井液出口流量计12的设置顺序为沿井口返出管线入口至出口方向依次为第一气控平板阀10、井口压力表9、自控节流阀11、钻井液出口流量计12；
[0116]
注入系统包括注入管4和注入压力测量表5；其中，注入管4由连续油管组成，通过井口防喷器组预设口伸入井筒环空一定深度，注入压力测量表5设置于注入管最下端，测量注入口压力。
[0117]
其中，泥浆泵入口流量计1可以选用超声波质量流量计，钻井液出口流量计12可以选用质量流量计。
[0118]
其中，补液管线指的是钻进系统中钻井液建立地面短循环时所用的钻井液输入管线，其出口端与井口返出管线连通且靠近井口返出管线入口端；在本发明中，补液管线出口端在返出管线上的设置位点相较于井口压力表9更接近井口返出管线入口端。
[0119]
本发明一具体实施方式提供了一种随钻地层压力测试方法，使用上述实施例提供的随钻地层压力测试装置进行，该方法包括：
[0120]
步骤s11：逐步降低井口回压，并实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次降低井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断；若已发生井底溢流或者井口回压已降为0，不再降低井口回压；其中，所述工况识别模型为基于立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量进行工况判断的模型；其中，逐步降低井口回压过程中，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0121]
步骤s12：基于发生井底溢流前一次的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层孔隙压力；或者；基于回压降为0后的立管压力、环空压力和/或井口压力确定回压为0对应的井底压力，进而确定地层孔隙压力小于回压为0对应的井底压力。
[0122]
其中，若井口回压降到零以后若仍无溢流发生，则原则上钻进过程中可以不再考虑地层孔隙压力影响。
[0123]
进一步地，该方法进一步包括：
[0124]
在进行步骤s10前，先进行步骤s0：
[0125]
向井筒中注入低密度钻井液(指密度低于原钻井液密度的钻井液)，实现井底压力达到预设值；预设值应尽可能接近但不低于地层孔隙压力，本领域技术人员可以基于预测的地层孔隙压力进行确定；
[0126]
其中，向井筒中注入低密度钻井液过程中，可以实时监控立管压力、环空压力、井口压力，尽可能保证井底压力是按照预想的按照预想的数值进行调控；
[0127]
更进一步，向井筒中注入低密度钻井液通过下述方式实现：在一定高度向环空中注入低密度钻井液，调整注入点以上原钻井液的密度，所述低密度钻井液包括液相钻井液和气相钻井液中的至少一种(优选为气相钻井液)；其中，低密度钻井液较佳选用密度小于原钻井液密度0.2g/cm3的钻井液；
[0128]
更进一步，向井筒中注入低密度钻井液通过下述方式实现：通过立管注入低密度钻井液，置换钻进系统中原钻井液，所述低密度钻井液包括液相钻井液和气相钻井液中的
至少一种(优选为液相钻井液)；其中，低密度钻井液佳选用密度小于原钻井液密度0.1g/cm3的钻井液。
[0129]
在上述优选技术方案中，通过动态调控静液柱压力后动态调控井口回压，更好的实现井底压力精确控制，通过注入低密度钻井液，或者注入环空一定高度的低密度钻井液，可以较大幅度的降低井底压力，弥补常规钻井方式无法或较难探测地层孔隙压力的劣势。
[0130]
在上述优选技术方案中，在钻井参数其它参数均不改变的情况下，调整注入点以上钻井液密度，若是注入钻井液为液相，则导致井底压力的变化为：
[0131]
δp＝δρgh
[0132]
式中：δρ为注入钻井液与原钻井液的密度差；g为重力加速度；h为注入点高度；由此得到，若是注入深度不变，则钻井液密度改变量为：
[0133][0134]
井底压力随时间变化为：
[0135][0136]
式中：q(t)
in
为低密度钻井液返出注入口累积量，时间从返出注入口开始；sa为环空面积；
[0137]
若是钻井液密度改变量确定，则需调整注入深度为：
[0138][0139]
一般情况，由于连续管深度已经固定，调整对井口密封要求较高，因此通常使用改变钻井液密度的方法。若是注入钻井液为气相，则井底压力变化则变得复杂很多，主要体现在气体向上运移的过程中，体积不断碰撞、压力不断降低导致对平均静液柱压力变化影响较为复杂，但通过使用专用流体计算软件也可以较为准确的压力变化，另外注入压力测量表也可以精确监控整个压力的变化过程，以保证井底压力是按照预想的数值进行调控。
[0140]
在上述优选技术方案中通过一次改变钻井液密度进行井底压力粗调配合多次改变井口回压进行井底压力细调，能够更快捷方便的实现地层孔隙压力的确定。
[0141]
进一步，逐步降低井口回压过程中，每次井口回压的压力降低值为0.2-0.5mpa。
[0142]
进一步，逐步降低井口回压过程中，后一次井口回压的压力降低值不超过前一次井口回压的压力降低值；例如，第一次井口回压的压力降低值为0.5mpa，之后每次井口回压的压力降低值逐步降低，直至井口回压的压力降低值为0.2mpa。
[0143]
改变井口回压可迅速调整井底压力，井口压力、立管压力、环空压力(pwd测量值)形成相互影响，且井底压力、井口压力、立管压力、环空压力(pwd测量值)在一定时间段的变化值具有一定的等效性，井口回压和立管压力变化地面易于观察，信号反馈迅速，是快速判断溢流、漏失等井下复杂的关键因素之一环空压力(pwd测量值)信号反馈滞后3-5分钟，但更接近井下复杂发生地点，是井下复杂特征分析主影响因素。搜索测试地层压力不可能一步到位，需要优化每次压力调整幅值以及调整次数，即δp
step，n
可以相同，也可以不同。为了便于测试地层孔隙压力，设定初期一种采用较大的压力调整幅值，接近地层压力预估值后，采用较小的压力调整幅值，每一步调整压力最小值受井口压力控
制精度影响，最高值受地层压力测试精度要求，且一般钻井设计，钻井液液柱压力 循环压耗接近地层孔隙压力，由此，降低井口回压可以设置在0.2-0.5mpa，先从较大值0.5mpa逐步降到0.2mpa。
[0144]
进一步，立管压力、井口压力的测量时间间隔时间与环空压力的测量时间间隔相同。
[0145]
进一步，该方法进一步包括：
[0146]
步骤s13：若已发生井底溢流，不再降低井口回压并进行井口回压逐步回升直至井底溢流消失，实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次升高井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断；
[0147]
基于第一次不再发生井底溢流对应的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层孔隙压力验证值；基于地层孔隙压力验证值对确定的地层孔隙压力进行校正；其中，进行井口回压逐步回升时，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0148]
在该优选技术方案中，通过正负双向测试，有效保证结果的正确性。
[0149]
进一步，井底压力基于环空压力确定，具体通过下述公式确定：
[0150]
p
bhp
＝p
pwd
p
lh
p
hc
[0151]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；p
lh
为测定环空压力的测点以下钻井液静液柱压力；p
hc
为测定环空压力的测点以下井眼环空摩擦阻力；
[0152]
正常钻进工况，环空压力随钻测量工具(pwd工具)距离井底很近，长度一般不过20-30米，所以测定环空压力的测点至井底的钻井液静液柱压力和井眼环空摩擦阻力之和相对也不大，因此井底压力可通过下述公式确定：
[0153]
p
bhp
＝p
pwd
ρ
·g·
(h
tvd
h
pwd
)
[0154]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；h
pwd
为测定环空压力的测点深度。
[0155]
进一步，井底压力基于立管压力确定，具体通过下述公式进行确定：
[0156]
p
bhp
＝pd p
h-p
l_in
[0157]
式中，p
bhp
为井底压力；pd为立管压力；ph为钻柱水眼内静液柱压力；p
l_in
为钻柱水眼摩擦阻力。
[0158]
进一步，井底压力基于井口压力确定，具体通过下述公式进行确定：
[0159]
p
bhp
＝ph p
l_out
p
back
[0160]
式中，p
bhp
为井底压力；ph为井眼环空中钻井液静液柱压力；p
l_out
为井眼环空摩擦阻力；p
back
为井口压力。
[0161]
进一步，工况识别模型为训练好的支持向量机工况识别模型，能够实现溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏4中工况的识别；
[0162]
更进一步，训练好的支持向量机工况识别模型通过下述方式确定：
[0163]
获取历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据以及工况标记，将历史立管压力、环空压力、井口压力、注入
钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据进行[0,1]归一化处理，得到训练数据集；
[0164]
预设一个输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏的支持向量机模型；
[0165]
利用利用训练数据集进行支持向量机模型训练，从而得到训练好的支持向量机工况识别模型；
[0166]
其中，预设的支持向量机模型较佳选用svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数和/或多层感知器核函数等；
[0167]
其中，进行支持向量机模型训练时，较佳采用交叉验证方式进行。
[0168]
上述优选技术方案通过支持向量机(svm，support vector machine)方法，将训练数据集由低维空间映射到高维特征空间，把线性不可分的问题转化为线性可分的问题，实现输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、对应输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏。为了提高早期工况判别的准确率，对训练用数据进行了[0,1]归一化处理，然后优选svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数以及多层感知器核函数等，最后进行交叉验证，优化模型；
[0169]
在一具体实施方式中，建立得到的训练好的支持向量机工况识别模型识别进行工况结构流程示意图如图4所示。
[0170]
进一步，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断包括：
[0171]
基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，确定溢流量或者漏失量、确定立柱压力变化值、确定环空压力变化值、确定井口压力变化值，进而判断是否发生井底溢流；
[0172]
更进一步，通过下述公式确定溢流量：
[0173][0174]
式中：δq
溢
为溢流量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)；
[0175]
更进一步，通过下述公式确定漏失量：
[0176][0177]
式中：δq
漏
为漏失量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)；
[0178]
正常循环条件下，注入钻进系统的钻井液的流量数据来源于泥浆泵入口流量计1，也可以通过由钻井液出口流量计12校核过的泥浆泵的排量进行计算；泥浆泵停止运行，通过补浆泵建立地面短循环控制井底压力时，读取补浆泵入口流量计8数据。自钻井系统排出
的钻井液的流量数据来源为钻井液出口流量计12。
[0179]
忽略井筒与钻井液弹性等影响，井口返出变化量受井底压力与地层压力差变化的控制。流量变化量的大小是判断井下发生溢流或者漏失的主要依据，其中积分时长是个关键因素，一般要求3-5分钟，即t2-t1间隔为3-5分钟，其技术要求是尽量包含一个环空压力测量反馈值，并给与钻井液循环流入流出留有流量积分累积量足够的时间间隔，一般来说，δq大于
±
0.1m3就是警戒阈值，就是随着井深、地层复杂的增加可以适当延长；
[0180]
更进一步，该方法进一步包括进行出口流量累计变化与井底压力变化的系数确定：
[0181]
设定出口流量累计变化与井底压力变化呈线性关系：
[0182]
δq＝k
·
δp
bf
[0183]
δq为溢流或者漏失量；k.为比例系数；δp
bf
为地层孔隙压力与井底压力差；
[0184]
基于溢流或者漏失量数据以及确定的地层孔隙压力数据，拟合得到比例系数。
[0185]
在一具体实施实施方式中，基于溢流量或者漏失量、立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值以及环空压力、立柱压力进行溢流辨别，具体而言：
[0186]
发生气体溢流的标定标准为：溢流量大于第一额定值(应为正)或者漏失量小于第二额定值(应为负)，立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值三者发生偏离(在正常工况时，三者应相等或相近)，相较于正常工况下环空压力的变化趋势线环空压力出现短暂逐步偏高后持续逐步偏低，相较于正常工况下立柱压力的变化趋势线立柱压力出现逐步偏低；如图2a、图2b所示；
[0187]
发生液体溢流的标定标准为：溢流量大于第一额定值(应为正)或者漏失量小于第二额定值(应为负)，立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值三者发生偏离(在正常工况时，三者应相等或相近)，相较于正常工况下环空压力的变化趋势线环空压力出现持续逐步偏低，相较于正常工况下立柱压力的变化趋势线立柱压力出现逐步偏低。
[0188]
发生气体溢流时，气体通过井壁屏障，压力并没有充分释放，气体压力还基本是地层压力，环空压力测量值的特征是压力短暂上升，立管压力此时应没有明显变化特征，但是随着钻井液循环，气泡沿井眼环空上升，体积逐渐膨胀，气泡聚集，则会显著降低钻井液循环密度，因此环空压力测量值的特征是测量值持续下降，立管压力持续下降，钻井液返出口的流出流量持续大于泥浆泵泵入流体流量，漏失量持续负增加或者溢流量持续正增加。
[0189]
发生液体溢流时，地层液体一般为油或者水，密度小于一般的钻井液密度，通过井壁屏障，由于受膨胀性影响，原来压力迅速降为井筒压力，仅是地层流体密度产生对循环钻井液密度，但是受限于井底压力与地层压力压差较小且时间较短，因此溢出地层液体体积相对较少，导致环空压力测量值和立管压力变化的特征相对缓和，缓慢的持续下降，钻井液返出口的流出流量持续大于泥浆泵泵入流体流量，漏失量持续负增加或者溢流量持续正增加。
[0190]
在钻井流量等参数均不改变的情况下，钻井液静液柱压力、井眼环空摩擦阻力均不会发生变化，调整井口回压控制值，导致井底压力的变化为：δp
bhp
＝δp
back
。正常钻进工况，环空压力随钻测量工具(pwd工具)距离井底很近，长度一般不过20-30米，所以测定环空压力的测点至井底的钻井液静液柱压力和井眼环空摩擦阻力之和相对也不大，在井眼轨迹调整不大、钻井液排量变化不大的情况下，可近似认为没有变化，井底压力变化值为δp＝
δp
pwd
。在其他参数均不变的情况，钻柱水眼内静液柱压力、钻柱水眼摩擦阻力均不会发生变化，井底压力变化值为δp＝δp
bhp
＝δpd。由此可知，若无井下复杂等异常工况发生及pwd工具空间姿态发生明显改变，则数值应大体一致，具有井下复杂判断的等效性，但是信号反馈时间存在差异，井口回压变化最快、立管压力次之，但主要受压力波信号(压力波传播速度在液相钻井液为1500-2000m/s)传递影响，相差在秒级，pwd压力返回值最慢，受仪器传送带宽等影响，滞后井口回压值变化大约3-5分钟，但捕捉pwd返回压力值的变化对确实井底是否发生溢流或者漏失意义重大。
[0191]
环空压力测量值正常反馈特性为：
[0192]
p
pwd
(t δt)＝p
pwd
(t) ρgδh(δt) f(δl
out
(δt))
[0193]
式中，p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；
△
h为δt时间pwd下行的垂直深度(与δt时间内钻进垂直深度相同)；f(δl
out
(δt))为pwd下行/钻进的深度导致的环空摩阻增量。
[0194]
立管压力正常反馈特性为：
[0195]
pd(t δt)＝pd(t) f(δl
in
(δt)) f(δl
out
(δt))
[0196]
式中，pd为立管压力；h
tvd
为井底深度；f(δl
in
(δt))为δt时间内钻进深度引起的钻柱水眼长度增加而导致的水眼内压力损耗增量；f(δl
out
(δt))为pwd下行/钻进的深度导致的环空摩阻增量。
[0197]
随着钻井深度的增加，若无其他参数和工况的变化，环空压力测量值与立管压力测量值变化值应该是基本一致，若是不一致，则意味可能上部地层发生溢流或者漏失，甚至管串发生堵塞或者破裂。
[0198]
上述随钻地层压力测试方法适用于地层具有流体，地层压力可与井筒压力维持一种压力平衡的情况求取地层孔隙压力。
[0199]
本发明一具体实施方式提供了一种随钻地层压力测试方法，使用上述实施例提供的随钻地层压力测试装置进行，该方法包括：
[0200]
步骤s21：逐步升高井口回压，并实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次升高井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断；若已发生井底漏失或者井口回压升高至井场要求最高值，不再升高井口回压；其中，所述工况识别模型为基于立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量进行工况判断的模型；其中，逐步升高井口回压过程中，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0201]
步骤s22：基于发生井底漏失前一次的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层破裂压力；或者；基于回压升高至井场要求最高值后的立管压力、环空压力和/或井口压力确定回压为井场要求最高值对应的井底压力，进而确定地层破裂压力大于回压为井场要求最高值对应的井底压力。
[0202]
其中，若井口回压升高至井场要求最高值以后若仍无漏失发生，则认为钻进过程地层抗压性是足够的，不用考虑压漏地层的影响。
[0203]
进一步地，该方法进一步包括：
[0204]
步骤s20：在逐步升高井口回压前，先向井筒中注入高密度钻井液(指密度高于原钻井液密度的钻井液)，实现井底压力达到预设值；预设值应尽可能接近但不高于地层破裂压力，本领域技术人员可以基于预测的地层破裂压力进行确定；
[0205]
其中，向井筒中注入高密度钻井液过程中，可以实时监控立管压力、环空压力、井口压力，尽可能保证井底压力是按照预想的按照预想的数值进行调控；
[0206]
更进一步，向井筒中注入高密度钻井液通过下述方式实现：在一定高度向环空中注入高密度钻井液，调整注入点以上原钻井液的密度；其中，高密度钻井液较佳选用密度大于原钻井液密度0.2g/cm3的钻井液；
[0207]
更进一步，向井筒中注入高密度钻井液通过下述方式实现：通过立管注入高密度钻井液，置换钻进系统中原钻井液；其中，高密度钻井液较佳选用密度大于原钻井液密度0.1g/cm3的钻井液；
[0208]
在上述优选技术方案中，通过动态调控静液柱压力后动态调控井口回压，更好的实现井底压力精确控制，通过注入高密度钻井液，或者注入环空一定高度的高密度钻井液，可以较大幅度的提高井底压力，弥补常规钻井方式无法或较难探测地层破裂压力的劣势。
[0209]
在上述优选技术方案中，在钻井参数其它参数均不改变的情况下，调整注入点以上钻井液密度，若是注入钻井液为液相，则导致井底压力的变化为：
[0210]
δp＝δρgh
[0211]
式中：δρ为注入钻井液与原钻井液的密度差；g为重力加速度；h为注入点高度；由此得到，若是注入深度不变，则钻井液密度改变量为：
[0212][0213]
井底压力随时间变化为：
[0214][0215]
式中：q(t)
in
为低密度钻井液返出注入口累积量，时间从返出注入口开始；sa为环空面积；
[0216]
若是钻井液密度改变量确定，则需调整注入深度为：
[0217][0218]
一般情况，由于连续管深度已经固定，调整对井口密封要求较高，因此通常使用改变钻井液密度的方法。若是注入钻井液为气相，则井底压力变化则变得复杂很多，主要体现在气体向上运移的过程中，体积不断碰撞、压力不断降低导致对平均静液柱压力变化影响较为复杂，但通过使用专用流体计算软件也可以较为准确的压力变化，另外注入压力测量表也可以精确监控整个压力的变化过程，以保证井底压力是按照预想的数值进行调控。
[0219]
在上述优选技术方案中通过一次改变钻井液密度进行井底压力粗调配合多次改变井口回压进行井底压力细调，能够更快捷方便的实现地层破裂压力的确定。
[0220]
进一步，逐步升高井口回压过程中，每次井口回压的压力升高值为0.2-1.5mpa。
[0221]
进一步，逐步升高井口回压过程中，后一次井口回压的压力升高值不超过前一次井口回压的压力升高值；例如，第一次井口回压的压力升高值为1.5mpa，最后一次井口回压的压力升高值为0.2mpa。
[0222]
改变井口回压可迅速调整井底压力，井口压力、立管压力、环空压力(pwd测量值)形成相互影响，且井底压力、井口压力、立管压力、环空压力(pwd测量值)在一定时间段的变化值具有一定的等效性，井口回压和立管压力变化地面易于观察，信号反馈迅速，是快速判断溢流、漏失等井下复杂的关键因素之一环空压力(pwd测量值)信号反馈滞后3-5分钟，但更接近井下复杂发生地点，是井下复杂特征分析主影响因素。搜索测试地层压力不可能一步到位，需要优化每次压力调整幅值以及调整次数，即δp
step，n
可以相同，也可以不同。为了便于测试地层破裂压力，设定初期一种采用较大的压力调整幅值，接近地层压力预估值后，采用较小的压力调整幅值，每一步调整压力最小值受井口压力控制精度影响，最高值受地层压力测试精度要求，且一般钻井设计，钻井液液柱压力 循环压耗接近地层孔隙压力、与地层破裂压力距离较远，由此，升高井口回压一般为0.2-1.5mpa，先从较大值1.5mpa逐步降到0.2mp。
[0223]
进一步，立管压力、井口压力的测量时间间隔时间与环空压力的测量时间间隔相同。
[0224]
进一步，该方法进一步包括：
[0225]
步骤s23：若已发生井底漏失，不再升高井口回压并进行井口回压逐步回降直至井底漏失消失，实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次降低井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断；
[0226]
基于第一次不再发生井底漏失对应的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层破裂压力验证值；基于地层破裂压力验证值对确定的地层破裂压力进行校正；其中，进行井口回压逐步回降时，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0227]
在该优选技术方案中，通过正负双向测试，有效保证结果的正确性。
[0228]
进一步，井底压力基于环空压力确定，具体通过下述公式确定：
[0229]
p
bhp
＝p
pwd
p
lh
p
hc
[0230]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；p
lh
为测定环空压力的测点以下钻井液静液柱压力；p
hc
为测定环空压力的测点以下井眼环空摩擦阻力；
[0231]
正常钻进工况，环空压力随钻测量工具(pwd工具)距离井底很近，长度一般不过20-30米，所以测定环空压力的测点至井底的钻井液静液柱压力和井眼环空摩擦阻力之和相对也不大，因此井底压力可通过下述公式确定：
[0232]
p
bhp
＝p
pwd
ρ
·g·
(h
tvd
h
pwd
)
[0233]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；h
pwd
为测定环空压力的测点深度。
[0234]
进一步，井底压力基于立管压力确定，具体通过下述公式进行确定：
[0235]
p
bhp
＝pd p
h-p
l_in
[0236]
式中，p
bhp
为井底压力；pd为立管压力；ph为钻柱水眼内静液柱压力；p
l_in
为钻柱水眼摩擦阻力。
[0237]
进一步，井底压力基于井口压力确定，具体通过下述公式进行确定：
[0238]
p
bhp
＝ph p
l_out
p
back
[0239]
式中，p
bhp
为井底压力；ph为井眼环空中钻井液静液柱压力；p
l_out
为井眼环空摩擦阻力；p
back
为井口压力。
[0240]
进一步，工况识别模型为训练好的支持向量机工况识别模型，能够实现溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏4中工况的识别。
[0241]
更进一步，训练好的支持向量机工况识别模型通过下述方式确定：
[0242]
获取历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据以及工况标记，将历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据进行[0,1]归一化处理，得到训练数据集；
[0243]
预设一个输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏的支持向量机模型；
[0244]
利用利用训练数据集进行支持向量机模型训练，从而得到训练好的支持向量机工况识别模型；
[0245]
其中，预设的支持向量机模型较佳选用svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数和/或多层感知器核函数等；
[0246]
其中，进行支持向量机模型训练时，较佳采用交叉验证方式进行。
[0247]
上述优选技术方案通过支持向量机(svm，support vector machine)方法，将训练数据集由低维空间映射到高维特征空间，把线性不可分的问题转化为线性可分的问题，实现输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、对应输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏。为了提高早期工况判别的准确率，对训练用数据进行了[0,1]归一化处理，然后优选svm核函数类型，包括线性核函数、多项式核函数、径向基核函数以及多层感知器核函数等，最后进行交叉验证，优化模型；
[0248]
在一具体实施方式中，建立得到的训练好的支持向量机工况识别模型识别进行工况结构流程示意图如图4所示。
[0249]
上述优选技术方案通过智能数据特征分析，大幅提升传统地层孔隙压力、破裂压力预测精度，剔除不确定性因素。
[0250]
进一步，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断包括：
[0251]
基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，确定溢流量或者漏失量、确定立柱压力变化值、确定环空压力变化值、确定井口压力变化值，进而判断是否发生井底漏失；
[0252]
更进一步，通过下述公式确定溢流量：
[0253][0254]
式中：δq
溢
为溢流量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系
统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)；
[0255]
更进一步，通过下述公式确定漏失量：
[0256][0257]
式中：δq
漏
为漏失量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间(优选为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间)。
[0258]
正常循环条件下，注入钻进系统的钻井液的流量数据来源于泥浆泵入口流量计1，也可以通过由钻井液出口流量计12校核过的泥浆泵的排量进行计算；泥浆泵停止运行，通过补浆泵建立地面短循环控制井底压力时，读取补浆泵入口流量计8数据。自钻井系统排出的钻井液的流量数据来源为钻井液出口流量计12。
[0259]
忽略井筒与钻井液弹性等影响，井口返出变化量受井底压力与地层压力差变化的控制。流量变化量的大小是判断井下发生溢流或者漏失的主要依据，其中积分时长是个关键因素，一般要求3-5分钟，即t2-t1间隔为3-5分钟，其技术要求是尽量包含一个环空压力测量反馈值，并给与钻井液循环流入流出留有流量积分累积量足够的时间间隔，一般来说，δq大于
±
0.1m3就是警戒阈值，就是随着井深、地层复杂的增加可以适当延长；
[0260]
更进一步，该方法进一步包括进行出口流量累计变化与井底压力变化的系数确定：
[0261]
设定出口流量累计变化与井底压力变化呈线性关系：
[0262]
δq＝k
·
δp
bf
[0263]
δq为溢流或者漏失量；k.为比例系数；δp
bf
为地层孔隙压力与井底压力差；
[0264]
基于溢流或者漏失量数据以及确定的地层孔隙压力数据，拟合得到比例系数。
[0265]
在一具体实施实施方式中，基于溢流量或者漏失量、立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值以及环空压力、立柱压力进行溢流辨别，具体而言：
[0266]
发生漏失的标定标准为：溢流量小于第三额定值(应为负)或者漏失量大于第四额定值(应为正)，立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值三者发生偏离(在正常工况时，三者应相等或相近)，相较于正常工况下环空压力的变化趋势线环空压力出现持续逐步偏低或者短暂偏高后持续逐步偏低，相较于正常工况下立柱压力的变化趋势线立柱压力出现逐步偏低；如图3a、图3b所示。
[0267]
随着井口回压的上升，pwd测值也逐步上升，但若是发生漏失，则意味着上部环空会有一部分流体流入地层造成环空摩擦阻力减少，在保持一定井口回压值不变，环空压力测量值会逐步下降，因为环空压力测量值返回具有一定的时间差(一般为3-5分钟)，一般将井口回压应以pwd测量的环空压力返回间隔为基本测量时间间隔，但是若地层存在置换，则较高的压力的流体进入井筒，则会导致环空压力测量值短时间会上升，但是长期随着漏失与置换的进行，环空压力测量值还是继续转入下降的，而立管压力也是持续下降，钻井液返出口的流出流量持续小于泥浆泵泵入流体流量，漏失量持续正增加或者溢流量持续负增加。
[0268]
在钻井流量等参数均不改变的情况下，钻井液静液柱压力、井眼环空摩擦阻力均
不会发生变化，调整井口回压控制值，导致井底压力的变化为：δp
bhp
＝δp
back
。正常钻进工况，环空压力随钻测量工具(pwd工具)距离井底很近，长度一般不过20-30米，所以测定环空压力的测点至井底的钻井液静液柱压力和井眼环空摩擦阻力之和相对也不大，在井眼轨迹调整不大、钻井液排量变化不大的情况下，可近似认为没有变化，井底压力变化值为δp＝δp
pwd
。在其他参数均不变的情况，钻柱水眼内静液柱压力、钻柱水眼摩擦阻力均不会发生变化，井底压力变化值为δp＝δp
bhp
＝δpd。由此可知，若无井下复杂等异常工况发生及pwd工具空间姿态发生明显改变，则数值应大体一致，具有井下复杂判断的等效性，但是信号反馈时间存在差异，井口回压变化最快、立管压力次之，但主要受压力波信号(压力波传播速度在液相钻井液为1500-2000m/s)传递影响，相差在秒级，pwd压力返回值最慢，受仪器传送带宽等影响，滞后井口回压值变化大约3-5分钟，但捕捉pwd返回压力值的变化对确实井底是否发生溢流或者漏失意义重大。
[0269]
环空压力测量值正常反馈特性为：
[0270]
p
pwd
(t δt)＝p
pwd
(t) ρgδh(δt) f(δl
out
(δt))
[0271]
式中，p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；
△
h为δt时间pwd下行的垂直深度(与δt时间内钻进垂直深度相同)；f(δl
out
(δt))为pwd下行/钻进的深度导致的环空摩阻增量。
[0272]
立管压力正常反馈特性为：
[0273]
pd(t δt)＝pd(t) f(δl
in
(δt)) f(δl
out
(δt))
[0274]
式中，pd为立管压力；h
tvd
为井底深度；f(δl
in
(δt))为δt时间内钻进深度引起的钻柱水眼长度增加而导致的水眼内压力损耗增量；f(δl
out
(δt))为pwd下行/钻进的深度导致的环空摩阻增量。
[0275]
随着钻井深度的增加，若无其他参数和工况的变化，环空压力测量值与立管压力测量值变化值应该是基本一致，若是不一致，则意味可能上部地层发生溢流或者漏失，甚至管串发生堵塞或者破裂。
[0276]
本方法提供的随钻地层压力测试方法适用于地层具有流体，地层压力可与井筒压力维持一种压力平衡的情况求取地层孔隙压力。
[0277]
实施例1
[0278]
本实施例提供了一种随钻地层压力测试方法，使用如图1所示的随钻地层压力测试装置进行，如图5所示，该方法包括：
[0279]
a、地层孔隙压力确定步骤
[0280]
a1、降低钻井静液柱压力：在一定高度向环空中注入低密度钻井液，调整注入点以上原钻井液的密度；所述低密度钻井液的密度小于原钻井液密度0.2g/cm3；
[0281]
向井筒中注入低密度钻井液过程中，实时监控立管压力、环空压力、井口压力，尽可能保证井底压力是按照预想的按照预想的数值进行调控；
[0282]
a2、降低井口压力：在一定间隔时间，逐步降低井口回压；
[0283]
逐步降低井口回压，并实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次降低井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底溢流判断；若已发生井底溢流或者井口回压已降为0，
不再降低井口回压；其中，所述工况识别模型为基于立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量进行工况判断的模型；
[0284]
其中，逐步降低井口回压过程中，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0285]
其中，降低井口回压可以设置在0.2-0.5mpa，先从较大值0.5mpa逐步降到0.2mpa；
[0286]
a3、地层孔隙压力计算；
[0287]
基于发生井底溢流前一次的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层孔隙压力；或者；基于回压降为0后的立管压力、环空压力和/或井口压力确定回压为0对应的井底压力，进而确定地层孔隙压力小于回压为0对应的井底压力；其中，井底压力通过下述公式确定：
[0288]
p
bhp
＝p
pwd
ρ
·g·
(h
tvd
h
pwd
)
[0289]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；h
pwd
为测定环空压力的测点深度。
[0290]
b、地层破裂压力确定步骤
[0291]
b1、升高钻井静液柱压力：在一定高度向环空中注入高密度钻井液，调整注入点以上原钻井液的密度；所述高密度钻井液的密度大于原钻井液密度0.2g/cm3；
[0292]
向井筒中注入高密度钻井液过程中，实时监控立管压力、环空压力、井口压力，尽可能保证井底压力是按照预想的按照预想的数值进行调控；
[0293]
b2、升高井口压力：在一定间隔时间，逐步升高井口回压；
[0294]
逐步升高井口回压，并实时记录测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量，每次升高井口回压后，基于测得的立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量利用工况识别模型进行井底漏失判断；若已发生井底漏失或者井口回压升高至井场要求最高值，不再升高井口回压；其中，所述工况识别模型为基于立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量进行工况判断的模型；
[0295]
其中，逐步升高井口回压过程中，井口回压调整的时间间隔不低于一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0296]
其中，升高井口回压设置为0.2-1.5mpa，先从较大值1.5mpa逐步降到0.2mpa；
[0297]
b3、地层破裂压力计算；
[0298]
基于发生井底漏失前一次的立管压力、环空压力和/或井口压力确定对应的井底压力即为地层破裂压力；或者；基于回压升高至井场要求最高值后的立管压力、环空压力和/或井口压力确定回压为井场要求最高值对应的井底压力，进而确定地层破裂压力大于回压为井场要求最高值对应的井底压力；其中，井底压力通过下述公式确定：
[0299]
p
bhp
＝p
pwd
ρ
·g·
(h
tvd
h
pwd
)
[0300]
式中，p
bhp
为井底压力；p
pwd
为环空压力；ρ为钻井液密度；g为重力加速度；h
tvd
为井底深度；h
pwd
为测定环空压力的测点深度。
[0301]
其中，工况识别模型为训练好的支持向量机工况识别模型，能够实现溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏4中工况的识别；训练好的支持向量机工况识别模型通过下述方式确
定：
[0302]
获取历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据以及工况标记，将历史立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量数据进行[0,1]归一化处理，得到训练数据集；
[0303]
预设一个输入5个参数：立管压力、环空压力、井口压力、注入钻进系统的钻井液的流量和自钻井系统排出的钻井液的流量、输出4个工况：溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏的支持向量机模型；
[0304]
利用利用训练数据集进行支持向量机模型训练，从而得到训练好的支持向量机工况识别模型；
[0305]
其中，预设的支持向量机模型为svm核函数类型，选用线性核函数、多项式核函数、径向基核函数或多层感知器核函数等；如图4所示，1、2、3、4分别代表溢流、漏失、溢漏同存、不溢不漏四种工况；svm
1-4
(1，2，3，4)代表初始状态，输入5个参数。首先，基于溢流、不溢不漏基础判断条件，得到svm
1-3
(1，2，3)和svm
2-4
(2，3，4)。然后，进入第二层，基于溢流、溢漏同存判断条件，得到svm
1-2
(1，2)和svm
2-3
(2，3)；基于漏失、不溢不漏判断条件，得到svm
2-3
(2，3)和svm
3-4
(3，4)。最后，进入第三层，基于溢流、漏失判断条件，得到1(溢流)和2(漏失)；基于漏失、溢漏同存判断条件，明确2(漏失)，得到3(溢漏同存)；基于漏同存、不溢不漏判断条件，明确3(溢漏同存)，得到4(不溢不漏)。
[0306]
其中，进行支持向量机模型训练时，采用交叉验证方式进行。
[0307]
利用训练好的支持向量机工况识别模型进行工况判断时，发生溢流的标定标准、发生漏失的标定标准如下所示：
[0308]
发生溢流的标定标准为：溢流量大于第一额定值(应为正)或者漏失量小于第二额定值(应为负)，立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值三者发生偏离(在正常工况时，三者应相等或相近)，相较于正常工况下环空压力的变化趋势线环空压力出现短暂逐步偏高后持续逐步偏低或者出现持续逐步偏低，相较于正常工况下立柱压力的变化趋势线立柱压力出现逐步偏低；
[0309]
发生漏失的标定标准为：溢流量小于第三额定值(应为负)或者漏失量大于第四额定值(应为正)，立柱压力变化值、环空压力变化值、井口压力变化值三者发生偏离(在正常工况时，三者应相等或相近)，相较于正常工况下环空压力的变化趋势线环空压力出现持续逐步偏低或者短暂偏高后持续逐步偏低，相较于正常工况下立柱压力的变化趋势线立柱压力出现逐步偏低。
[0310]
其中，通过下述公式确定溢流量：
[0311][0312]
式中：δq
溢
为溢流量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0313]
通过下述公式确定漏失量：
[0314][0315]
式中：δq
漏
为漏失量；q
in
(t)为注入钻进系统的钻井液的流量；q
out
(t)为自钻井系统排出的钻井液的流量；间隔时间t2-t1为一次环空压力随钻测量工具进行测量信号反馈的间隔时间；
[0316]
第一额定值、第四额定值为0.1m3，第二额定值、第三额定值为-0.1m3。
[0317]
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。