綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)在預(yù)防鉆井事故方面的應(yīng)用

唐凱（長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤(pán)錦124010）

錄井就是利用巖礦分析、物理化學(xué)等方法，對(duì)鉆井過(guò)程中井筒反出的氣體、固體、液體，進(jìn)行觀(guān)察、收集、記錄從而提供地質(zhì)剖面、油氣層評(píng)價(jià)等信息服務(wù)。而綜合錄井技術(shù)則是一門(mén)以錄井為基礎(chǔ)的高新、基礎(chǔ)油氣技術(shù)集合體，包括氣測(cè)錄井、鉆井液錄井、現(xiàn)代工程錄井、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)取?/p>

1 綜合錄井技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)趨勢(shì)

1.1 綜合錄井技術(shù)應(yīng)用

第一，利用綜合錄井技術(shù)可展開(kāi)詳細(xì)的地層、地質(zhì)評(píng)價(jià)，其中包括地層劃分、構(gòu)造分析、巖相古地理等基礎(chǔ)勘探工作，并以此為鉆井事故預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)背景。

第二，除地層地質(zhì)評(píng)價(jià)，利用綜合錄井技術(shù)還可進(jìn)行油氣資源評(píng)價(jià)，是整體油氣工程中重要的一環(huán)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括及時(shí)并準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)油氣層、儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)、單井油氣資源綜合評(píng)價(jià)等。

第三，借助綜合錄井技術(shù)可展開(kāi)鉆井實(shí)時(shí)預(yù)警、地層壓力監(jiān)測(cè)、優(yōu)選鉆井參數(shù)等，并利用先進(jìn)的隨鉆測(cè)井技術(shù)，為定向井、水平井等提供施工服務(wù)，進(jìn)一步加強(qiáng)整體工程的安全系數(shù)。

第四，還可與高新信息技術(shù)相結(jié)合，例如UNIX 操作系統(tǒng)、C++語(yǔ)言技術(shù)、WITS 數(shù)據(jù)傳輸格式等，并為油氣工程內(nèi)不同的崗位人員配備相應(yīng)的遠(yuǎn)程終端、應(yīng)用程序庫(kù)等，從而加強(qiáng)整體工作的便利性、科學(xué)性、高效性等。

1.2 綜合錄井技術(shù)開(kāi)發(fā)趨勢(shì)

一方面，我國(guó)綜合錄井技術(shù)正向著自動(dòng)化、智能化、信息化的方向發(fā)展，變加強(qiáng)水力學(xué)參數(shù)研究與檢測(cè)、采集等相關(guān)能力，可對(duì)水流注入速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，從而提升鉆探質(zhì)量，加強(qiáng)了整體錄井信息服務(wù)水平。因此，我國(guó)當(dāng)代石油鉆探公司，往往還可被稱(chēng)為石油鉆探信息服務(wù)公司，將多方領(lǐng)域的技術(shù)與鉆井、測(cè)試等工作日志數(shù)據(jù)信息等完美融合，不僅最大限度地提高鉆井事故預(yù)警能力，還不斷推動(dòng)了我國(guó)油氣工程的總體發(fā)展[1]。

而另一方面，國(guó)外與我國(guó)綜合錄井技術(shù)發(fā)展方向相似，綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)處理方面是向著功能更高、速度更快的軟件平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)工作站等方向發(fā)展；信息數(shù)據(jù)采集由“定性”到“定量”發(fā)展，如定量脫氣、定量熒光分析等。

2 應(yīng)用綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)防鉆井事故探析

2.1 應(yīng)用綜合錄井建立鉆井事故可預(yù)警系統(tǒng)

2.1.1SVM鉆具失效事故預(yù)警模型

通常，導(dǎo)致鉆具失效事故的因素較多，普通預(yù)警方案難以對(duì)其進(jìn)行預(yù)警。因此，應(yīng)首先確定綜合錄井收集樣本數(shù)據(jù)與影響鉆具失效的因素，如井斜角、鉆具質(zhì)量、腐蝕因素等。然后，應(yīng)用SVM的局部性與全局性核函數(shù)進(jìn)行測(cè)定，具體可將泛化能力較好的多項(xiàng)式核函數(shù)與學(xué)習(xí)能力較好的徑向核函數(shù)進(jìn)行組合后測(cè)定。最后，依據(jù)所測(cè)定的鉆具失效預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，將SVM預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況比對(duì)，并建立相應(yīng)的事故預(yù)警系統(tǒng)模型。

2.1.2模糊理論減震器失效事故預(yù)警模型

在鉆井減震器事故診斷與識(shí)別過(guò)程中，充滿(mǎn)不確定性、復(fù)雜性、模糊性，無(wú)法利用有效、準(zhǔn)確性的參數(shù)變化進(jìn)行減震器事故預(yù)警。因此，應(yīng)使用模糊理論建立減震器失效事故預(yù)警模型。首先要通過(guò)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)信息來(lái)確定令減震器失效的因素，將評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為區(qū)域較小的等級(jí)內(nèi)；然后模糊主要參數(shù)從而得到其異常變量，并激活模糊規(guī)則；最后再以模糊數(shù)學(xué)可加性得出最終結(jié)果，從而進(jìn)行判定事故嚴(yán)重程度，形成對(duì)應(yīng)事故預(yù)警模型。

2.1.3灰色關(guān)聯(lián)理論卡鉆事故預(yù)警模型

在井下事故中，卡鉆是鉆井較為常見(jiàn)的一種，通常由泥包卡鉆、沉沙卡鉆等類(lèi)型，其預(yù)警難點(diǎn)就在于不同類(lèi)型的卡鉆事故產(chǎn)生前，征兆卻十分相似。因此，卡鉆事故預(yù)警模型，可以應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)理論結(jié)合綜合錄井技術(shù)共同分析，將發(fā)生卡鉆時(shí)的特征參數(shù)變化與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模式結(jié)合，從而精準(zhǔn)判斷具體卡鉆原因，及時(shí)發(fā)出準(zhǔn)確的預(yù)警信息。具體可理解為，當(dāng)即將發(fā)生卡鉆事故時(shí)，通過(guò)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)收集來(lái)的異常信息得出鉆井事故序列，然后將事故序列與綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)序列進(jìn)行比較、關(guān)聯(lián)后，即可判斷是否出現(xiàn)卡鉆事故，并進(jìn)行數(shù)據(jù)收集隨后再進(jìn)行預(yù)警系統(tǒng)模型的建立[2]。

2.2 綜合錄井技術(shù)應(yīng)用于鉆井事故探析

2.2.1綜合錄井技術(shù)應(yīng)用于井漏事故

井漏通常發(fā)生在鉆井液壓力大于地層壓力，同時(shí)下鉆時(shí)鉆桿、套管等下井的過(guò)程中引起地層壓力進(jìn)一步超負(fù)荷，最終導(dǎo)致井漏現(xiàn)象。若井漏問(wèn)題不及時(shí)解決，則會(huì)造成井噴、井涌等更為嚴(yán)重的事故，極易造成人身安全問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。因此，可利用綜合錄井采集的鉆壓、懸重、鉆井液性能等參數(shù)信息，計(jì)算地層壓力系數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否發(fā)生井漏。同時(shí)利用數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)變化及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理，建立數(shù)據(jù)記錄檔案，以備后續(xù)建立預(yù)警模型。

如，某油井在作業(yè)過(guò)程中，工作人員發(fā)現(xiàn)綜合錄井采集信息顯示102號(hào)井曾在下午18時(shí)左右出現(xiàn)過(guò)異常數(shù)據(jù)，在未中斷作業(yè)的前提下工作人員繼續(xù)觀(guān)察到23時(shí)，將去全部信息進(jìn)行圖像繪制與計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)：18 時(shí)45 分102 號(hào)井懸重壓力高達(dá)1300kN，立管壓力則到達(dá)18MPa，鉆壓在0~150kN 之間不穩(wěn)定浮動(dòng)，在進(jìn)入21時(shí)之后扭矩保持在20kN/m，池溢漏自30m3持續(xù)呈下降趨勢(shì)，并在23點(diǎn)將至10m3。工作人員判定102號(hào)井即將發(fā)生井漏事故，因此即刻停止該井的工作任務(wù)，并安排工作人員進(jìn)行詳細(xì)排查，最終完滿(mǎn)解決。

2.2.2綜合錄井技術(shù)應(yīng)用于井涌事故

在井漏的基礎(chǔ)上，鉆遇到高滲層，且地層壓力發(fā)生大于鉆井液柱壓力時(shí)，就會(huì)引發(fā)井涌事故。通常綜合錄井會(huì)出現(xiàn)：出口流量與鉆井液體積提升，泵壓下降，泵沖增加，鉆井液密度降低等綜合現(xiàn)象，既可進(jìn)一步判斷井下是否出現(xiàn)井涌事故[3]。

例如，某井在三開(kāi)后，利用欠平衡鉆井技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)天19年到22點(diǎn)30分綜合錄井采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯變化。氣測(cè)全烴極其組分與積液體積整體上升，出口密集度、導(dǎo)電率等下降等井涌預(yù)警現(xiàn)象。但相關(guān)工作人員并未停止作業(yè)，并決定繼續(xù)觀(guān)察。直至23點(diǎn)50分，出口密度下降至1.03g/cm3，出口量提升38.4%，鉆井液總池體積上升約4m3，等，工作人員此時(shí)才判斷該井出現(xiàn)井涌事故，立刻停泵壓井進(jìn)行補(bǔ)救與事故排查。

2.2.3綜合錄井技術(shù)應(yīng)用于鉆具刺漏、泵刺漏事故

刺漏事故主要是由于鉆井液高壓循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，如系統(tǒng)內(nèi)鉆具、泥漿泵等，最終會(huì)導(dǎo)致“落魚(yú)”事故。一方面，若泥漿泵線(xiàn)路沒(méi)有問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生力壓下降的現(xiàn)象，綜合錄井采集數(shù)據(jù)呈平穩(wěn)直線(xiàn)下降的趨勢(shì)，則可判斷為鉆具刺漏。另一方面，若力壓下降的同時(shí)出入口流量?隨之下降，則可判斷為泥漿泵刺漏事故。通常，這二者事故發(fā)生前，還會(huì)出現(xiàn)扭矩、鉆壓提升等現(xiàn)象；若認(rèn)為操作想要提高力壓，反而會(huì)出現(xiàn)下降的問(wèn)題。

例如，某井于11 時(shí)時(shí)泵沖保持在88r/min，狀態(tài)平穩(wěn)，但工作人員發(fā)現(xiàn)該井力壓卻開(kāi)始下降，從8.71MPa 降至8.22MPa。觀(guān)察兩小時(shí)后，力壓持續(xù)下降到7.87MPa，工作人員即刻決定停止作業(yè)，進(jìn)行事故排查，果然發(fā)現(xiàn)一根幾近斷裂的鉆鋌橫向刺穿泥漿泵，造成一條長(zhǎng)42cm 的裂縫，后續(xù)經(jīng)過(guò)及時(shí)搶修，該井及時(shí)恢復(fù)作業(yè)。

2.2.4綜合錄井技術(shù)應(yīng)用于井塌事故

井塌即為鉆井過(guò)程中井壁垮塌并導(dǎo)致卡鉆的現(xiàn)象。通常是由于井內(nèi)液柱壓力與地層壓力不平衡，且地層受鉆井液僅浸泡至膨脹、破碎，同時(shí)在起鉆過(guò)程中并沒(méi)有及時(shí)回灌鉆井液，造成井內(nèi)液柱壓力下降等，最終導(dǎo)致井塌事故。通常綜合錄井采集參數(shù)會(huì)出現(xiàn)：泵壓波動(dòng)劇烈、扭矩明顯提升、鉆速卻不斷下降等情況。

某井在鉆井過(guò)程中，工作人員發(fā)現(xiàn)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)顯示，鉆泵數(shù)據(jù)突然開(kāi)始劇烈波動(dòng)，并呈現(xiàn)鋸齒狀，同時(shí)發(fā)現(xiàn)巖屑沉沙增多，且大小形狀混雜，扭矩從0上升至25kN/m，鉆速曾直接下降至0。技術(shù)人員立刻判斷是出現(xiàn)了井塌問(wèn)題，馬上停止該井作業(yè)，及時(shí)展開(kāi)排查工作。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)鉆井工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證工程進(jìn)度與安全，是我國(guó)目前綜合錄井技術(shù)的基本要求。隨我國(guó)科技不斷發(fā)展、進(jìn)步，將會(huì)開(kāi)發(fā)出更多更有效的綜合錄井技術(shù)，并進(jìn)一步提升在鉆井工程中的應(yīng)用范圍，以便提升鉆井工程質(zhì)量、效率、秩序，有效推動(dòng)我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。