綜合錄井技術(shù)在安全鉆井生產(chǎn)中的應(yīng)用

吳緒虎

摘要：由于國(guó)內(nèi)外鉆井事故監(jiān)控和預(yù)報(bào)技術(shù)的陳舊性，使得對(duì)鉆井事故的控制效果不是很理想，綜合錄井技術(shù)能有效提升對(duì)鉆井過(guò)程的事故監(jiān)測(cè)與預(yù)警，提升鉆井過(guò)程的安全水平。論文研究了綜合錄井技術(shù)對(duì)鉆井過(guò)程進(jìn)行安全檢測(cè)的方法與原理，在進(jìn)行鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，細(xì)化常見(jiàn)工程事故過(guò)程，解析其成因，分析了工程安全風(fēng)險(xiǎn)的判斷方法。研究發(fā)現(xiàn)：綜合錄井中的工程參數(shù)與鉆井液參數(shù)異常能有效的與工程安全風(fēng)險(xiǎn)相匹配，綜合錄井參數(shù)可以有效的監(jiān)測(cè)鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：綜合錄井技術(shù);安全鉆井;監(jiān)測(cè);工程參數(shù);方法

Abstract： Due to the outmoded monitoring and prediction technology of drilling accidents at home and abroad， the control effect of drilling accidents is not ideal. Comprehensive logging technology can effectively improve the monitoring and early warning of drilling accidents， and improve the safety level of the drilling process. In this paper， the method and principle of safety detection of drilling process by comprehensive logging technology are studied. Based on the analysis of drilling safety risk， the common engineering accident process is refined， its causes are analyzed， and the judgment method of engineering safety risk is analyzed. It is found that the abnormal engineering parameters and drilling fluid parameters in comprehensive logging can effectively match with the engineering safety risk， and the comprehensive logging parameters can effectively monitor the drilling safety risk.

Key words： comprehensive logging technology;safe drilling;monitoring;engineering parameters;methods

0? 引言

鉆井是石油勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較高的環(huán)節(jié)，具有風(fēng)險(xiǎn)不確定性和多變性。隨著鉆井技術(shù)的不斷更新，鉆井速度、質(zhì)量等方面都得到較大提升，隨之帶來(lái)的鉆井工程隱患與安全事故風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。在鉆井過(guò)程中，利用出現(xiàn)的各種信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，控制鉆井過(guò)程的事故是鉆井環(huán)節(jié)長(zhǎng)期研究的重點(diǎn)。對(duì)事前的隱患排查也比對(duì)事后的原因分析重要得多[1-2]。

利用綜合錄井技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井工程參數(shù)、鉆井液參數(shù)、油氣等參數(shù)，通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)的系統(tǒng)分析，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)井下復(fù)雜情況，為鉆井提前判斷井下異常情況，避免井下復(fù)雜情況提供安全保障，為鉆井安全優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供有利的技術(shù)支撐[3-6]。

筆者以鉆井生產(chǎn)過(guò)程中的安全事故為基礎(chǔ)，細(xì)化常見(jiàn)工程事故分析過(guò)程，重點(diǎn)分析綜合錄井參數(shù)與安全事故的關(guān)系。明確了安全事故的原因，并建立了鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)的判斷與識(shí)別方法。通過(guò)鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別應(yīng)用，能夠有效的監(jiān)測(cè)鉆井過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1? 鉆井工程參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

鉆井工程施工過(guò)程中需要連續(xù)不間斷的對(duì)各項(xiàng)工程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，而綜合錄井儀完全滿足了要求（圖1），它可以為工程異常和地質(zhì)異常的發(fā)現(xiàn)及預(yù)警提供可靠的基礎(chǔ)，同時(shí)也是快速安全建井的必要手段。綜合錄井技術(shù)能夠在線連續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄扭距、懸重、鉆壓、轉(zhuǎn)速、立壓等與工程有關(guān)的參數(shù)。通過(guò)對(duì)異常變化的相關(guān)參數(shù)的分析，能夠預(yù)先辨識(shí)出事故事故風(fēng)險(xiǎn)，是鉆井的“眼睛”（及時(shí)“看見(jiàn)”并及時(shí)“響應(yīng)”）。

1.1 鉆具刺、斷原因分析及判斷

鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的異常情況主要有以下幾種類型：

①鉆具刺漏。當(dāng)鉆桿的應(yīng)力不平衡時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋，鉆井液便會(huì)滲入裂紋中，對(duì)鉆桿造成腐蝕，導(dǎo)致鉆具刺漏。而且，當(dāng)鉆井液含砂量過(guò)高時(shí)，高速流動(dòng)的含沙鉆井液會(huì)對(duì)鉆桿截面產(chǎn)生動(dòng)力沖擊和摩擦，也會(huì)引起鉆具刺漏。

②高壓管線刺漏。在鉆井的高壓作業(yè)過(guò)程中，可能會(huì)誘發(fā)高壓管線刺漏事故。進(jìn)而引起立壓下降，扭矩?cái)[幅增大，有可能加劇斷鉆具事故的發(fā)生。

③堵水眼。鉆井過(guò)程中，當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)有雜物、或者鉆具攜帶雜物、或井口掉落雜物或發(fā)生溜鉆頓鉆時(shí)，很容易會(huì)引發(fā)堵水眼事故。

通過(guò)立管壓力，可以直接反映循環(huán)系統(tǒng)的異常工況。

鉆具刺、斷隱蔽性分析：

①砂泥巖地層結(jié)構(gòu)，容易造漿，當(dāng)在此類地層鉆井時(shí)，鉆井液中固體雜質(zhì)較多，含砂量增多，容易刺斷鉆具。

②氣體鉆進(jìn)時(shí)，由于立壓較低（2MPa左右），當(dāng)鉆具被刺時(shí)，立壓變化也不明顯，因此不易被發(fā)現(xiàn)鉆具刺漏。只有在發(fā)生嚴(yán)重的情況后，如懸重、扭矩等參數(shù)明顯變化，才易被發(fā)現(xiàn)。

③當(dāng)鉆桿內(nèi)徑大時(shí)，其柔韌性好，若鉆桿被刺，則壓降大，會(huì)發(fā)生明顯的立壓變化，容易被識(shí)別，所以很少發(fā)生鉆桿被刺斷的事故。當(dāng)鉆鋌內(nèi)徑小時(shí)，鉆鋌靠近井底，若被刺，則壓降小，不易被識(shí)別;而且鉆鋌的柔韌性不好，如果發(fā)生被刺而沒(méi)被發(fā)現(xiàn)，那么會(huì)很快被扭斷，很多鉆鋌斷口均是先刺后扭斷;故鉆鋌刺斷的現(xiàn)象較多。

④鉆具被刺時(shí)，立壓變化最明顯，因此依賴于立壓傳感器的準(zhǔn)確性和靈敏性，只有當(dāng)立壓傳感器正常工作時(shí)，才能準(zhǔn)確的預(yù)警刺漏事故。

1.2 鉆頭風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

鉆頭是鉆井工藝的關(guān)鍵鉆具之一，鉆頭的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和工況決定了鉆井過(guò)程的速度，一般情況下，鉆頭是有使用壽命的，超過(guò)壽命期的鉆頭，由于結(jié)構(gòu)和材質(zhì)老化，不能進(jìn)行正常的鉆進(jìn)工程。若用老化的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，則相應(yīng)的錄井參數(shù)會(huì)發(fā)生異常。因?yàn)槔匣蟮你@頭，牙齒被磨損，其破碎能力減弱，鉆速減慢;而若鉆頭軸承被磨損，則轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程易發(fā)生卡頓，扭矩值會(huì)偏離正常工況。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控鉆頭的工況信息，可以預(yù)防出現(xiàn)掉牙輪事故，而且可以極大的推進(jìn)鉆井工序，提高鉆井質(zhì)量和效率。

1.3 鉆具風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

鉆具的主要風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)是出現(xiàn)鉆具重量異常。通?？捎么筱^負(fù)荷、扭矩、鉆壓等參數(shù)的變化情況來(lái)分析和辨識(shí)鉆具是否出現(xiàn)異常。具體分析如下：

①若起下鉆遇阻或遇卡，則大鉤負(fù)荷將出現(xiàn)異常，會(huì)導(dǎo)致鉆具旋轉(zhuǎn)不暢，扭矩變大，開(kāi)泵立壓增高。通常情況下，容易發(fā)生阻卡的部位是鉆頭，但若參數(shù)設(shè)置不合理時(shí)，鉆具的其他位置也有可能發(fā)生阻卡，引起鉆具重量異常。②若發(fā)生溜鉆、頓鉆，也會(huì)引起鉆具重量異常。因?yàn)榱镢@、頓鉆時(shí)，大鉤負(fù)荷降低，鉆壓、扭矩陡升。③若發(fā)生斷鉆具事故，則大鉤負(fù)荷和高度都將發(fā)生陡降，也會(huì)表現(xiàn)出鉆具重量異常。④當(dāng)快鉆時(shí)，會(huì)出現(xiàn)放空，亦可發(fā)生鉆具重量異常，大鉤負(fù)荷值、扭矩、鉆壓值等錄井參數(shù)將出現(xiàn)大幅度異常變化，泵壓也會(huì)異常。

因此，適時(shí)掌握鉆具信息，通過(guò)錄井參數(shù)的變化，及時(shí)辨識(shí)鉆具隱患，是預(yù)防鉆具事故的關(guān)鍵。同時(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)鉆具疲勞，發(fā)生突然斷裂事故。

2? 鉆井液風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

當(dāng)?shù)貙恿黧w的活躍狀況改變或地層壓力改變時(shí)，鉆井液的相關(guān)參數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)鉆井出入口的鉆井液密度、溫度、電導(dǎo)率和流量體積等參數(shù)的監(jiān)控，可以辨識(shí)鉆井液的工作狀態(tài)，提早預(yù)警鉆井液的安全隱患，避免井噴、井漏等嚴(yán)重事故的發(fā)生。

2.1 井漏監(jiān)控

當(dāng)液柱壓力大于地層壓力時(shí)，鉆井液侵入地層的現(xiàn)象稱為井漏。

井漏會(huì)導(dǎo)致地層污染，使地層親水親油平衡關(guān)系發(fā)生改變，也會(huì)影響地層的滲透率。此外，井漏發(fā)生后，也增大了鉆井液的用量，加大了工程成本和難度。

井漏的原因主要有：

①在有裂縫或孔洞的碳酸鹽地層或碎屑巖地層里鉆井時(shí)，鉆井液壓力與地層壓力不平衡，前者過(guò)大。

②鉆井液密度太大，使地層被壓壞。

③下鉆過(guò)程的壓力較大，對(duì)井壁造成沖擊，或者下鉆時(shí)鉆具碰撞了井壁泥，導(dǎo)致井漏。

井漏的預(yù)防是一個(gè)比較復(fù)雜的工程問(wèn)題。井漏時(shí)，綜合錄井過(guò)程中具有明顯的反應(yīng)參數(shù)有鉆井液體積、出口流量，還可能出現(xiàn)泵壓下降、鉆時(shí)可能加快、扭矩可能下降、排量可能增大、鉆進(jìn)出現(xiàn)放空、返出量低或者失返。通過(guò)這些錄井參數(shù)曲線的變化，可分析和判斷井漏發(fā)生的前兆特征，更早的預(yù)警井漏事故。另外，還應(yīng)掌握鉆井區(qū)域的地層資料周邊的地層情況，提高井漏事故預(yù)警的準(zhǔn)確性。

2.2 井涌監(jiān)控

地層流體進(jìn)入井筒的現(xiàn)象稱為井涌，也稱為溢流。當(dāng)井眼出現(xiàn)井內(nèi)壓力低于地層空隙壓力、且地層有足夠的滲透率時(shí)，就很可能發(fā)生井涌。

發(fā)生井涌的原因主要有：

2.2.1 井內(nèi)泥漿不夠

起鉆時(shí)、漏井時(shí)、鉆井液滲流時(shí)，都會(huì)發(fā)生井內(nèi)鉆井液液面降低的現(xiàn)象，此時(shí)，都應(yīng)立即查明原因，及時(shí)補(bǔ)足井內(nèi)鉆井液，否則會(huì)導(dǎo)致井筒內(nèi)鉆井液減少，壓力變小，地層中的流體就會(huì)流入井筒，引發(fā)井涌。

2.2.2 激動(dòng)壓力和抽吸壓力

當(dāng)激動(dòng)壓力和抽吸壓力發(fā)生變化時(shí)，說(shuō)明泥漿性能（如密度、粘度等）發(fā)生了改變，或者說(shuō)明鉆具的鉆速發(fā)生了改變。這兩種壓力的異常變化就表明有溢流（井涌）的跡象。

2.2.3 泥漿密度較低

當(dāng)泥漿密度減小時(shí)，其比重不足，導(dǎo)致地層內(nèi)的流體液柱壓力小于地層空隙壓力，地層液體進(jìn)入井筒，引發(fā)井涌。

2.2.4 循環(huán)停止

鉆井過(guò)程中，若停止循環(huán)，則井底壓力失去平衡，地層流體涌入井筒，造成井涌。

2.2.5 地層液體滲流

當(dāng)發(fā)生地層流體滲流時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鉆井液密度降低，繼而導(dǎo)致更多的地層流體侵入井筒，導(dǎo)致井涌。

另外，在含氣砂巖中，鉆速過(guò)快，也會(huì)導(dǎo)致井涌。相鄰井口若注水，也容易導(dǎo)致井涌。

當(dāng)井涌發(fā)生時(shí)，鉆井液流量增大，電導(dǎo)率發(fā)生明顯變化（水侵時(shí)增大，油侵時(shí)降低），鉆井液密度變小、體積變大。

通過(guò)綜合錄井技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井地層與液柱壓力、監(jiān)測(cè)鉆井液密度，提早辨識(shí)出井涌信息，及時(shí)做好補(bǔ)救措施。

3? 綜合錄井技術(shù)實(shí)踐案例

3.1 某井飛仙關(guān)組斷鉆鋌預(yù)報(bào)

某井井深1693.06m，鉆遇地層為飛仙關(guān)組飛一段，巖性以灰色灰?guī)r為主。異常情況分析：2019年4月29日08：04空氣鉆進(jìn)至井深1693.06m時(shí)，發(fā)現(xiàn)懸重從900kN下降至640kN，立壓0.1MPa（見(jiàn)圖2），綜合錄井及時(shí)作出預(yù)報(bào)。鉆井立即起鉆檢查，發(fā)現(xiàn)177.8mm鉆鋌第二根距母扣端0.13m處斷，無(wú)刺痕（見(jiàn)圖3）。

鉆鋌斷落預(yù)警結(jié)果分析：①實(shí)踐中，從該事故可知，預(yù)報(bào)大鉆鋌折斷的難度是比較大的，一是外徑靠近井壁，鉆具不上提時(shí)，泵壓下降不明顯，二是落魚(yú)短，懸重變化小，不明顯;②該事故中，鉆井參數(shù)參數(shù)變化少，只有鉆時(shí)變慢，基本無(wú)進(jìn)尺;③若出現(xiàn)該事故中的狀況，應(yīng)建議井隊(duì)起鉆檢查鉆具（可能是鉆頭后期或磨損嚴(yán)重、或鉆具特別鉆鋌是突然折斷，總之鉆具出現(xiàn)了問(wèn)題）。

3.2 某井珍珠沖段鉆頭老化預(yù)報(bào)

某井鉆至井深3522.20m，層位為珍珠沖段，巖性主要為雜色砂礫巖。發(fā)現(xiàn)異常情況：

2019年7月4日19：23，鉆井深度為3522.20m，微鉆時(shí)速度降低（由7.74增加到17.45min/10cm），有鐵屑出現(xiàn)在巖屑中，立即預(yù)報(bào)，扭矩20.0～35.0kN·m呈周期性擺動(dòng)。司鉆未采納預(yù)報(bào)風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)圖4）。

19：50鉆至井深3522.42m，錄井接班人員也發(fā)現(xiàn)巖屑中的鐵屑，再次向司鉆提出預(yù)報(bào)。司鉆未采納預(yù)報(bào)風(fēng)險(xiǎn)。

23：10鉆至井深3524.34m發(fā)現(xiàn)扭矩有增大的趨勢(shì)25.0～37.0kN·m，向司鉆提出預(yù)報(bào)，24：00鉆至井深3524.64m轉(zhuǎn)盤負(fù)荷重，蹩跳嚴(yán)重，扭矩增大至50.0kN·m，再次向司鉆提出預(yù)報(bào)。鉆井立即起鉆檢查，發(fā)現(xiàn)三個(gè)牙輪掉落。先后用磨鞋、銑筒、強(qiáng)磁（兩次）把落物全部撈取（見(jiàn)圖5）。

鉆頭壽命預(yù)警分析：①事故分析得知，當(dāng)對(duì)該井進(jìn)行卡鉆處理無(wú)效時(shí)，改用井下動(dòng)力鉆，螺桿側(cè)鉆，但仍不能使地面扭矩改變，因此，對(duì)事故狀態(tài)較難判斷和預(yù)警。運(yùn)用精細(xì)錄井?dāng)?shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)了砂樣異常，有鐵屑產(chǎn)生，因此得以成功提前預(yù)警。②通過(guò)錄井參數(shù)，發(fā)現(xiàn)10點(diǎn)左右，泵壓下降，原因可能是鉆頭牙輪掉、或鉆具刺、或泵上水出現(xiàn)了問(wèn)題，因此，及時(shí)預(yù)警，檢查泵（此處應(yīng)建議停鉆檢查泵或起鉆檢查鉆具）。

4? 結(jié)論及建議

①綜合錄井技術(shù)在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程異常預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)，提高鉆井安全方面，起到了重要作用。通過(guò)早期預(yù)警鉆井故障，降低了鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高了鉆井效率。②通過(guò)對(duì)不同鉆井事故中綜合錄井監(jiān)測(cè)工程參數(shù)的變化，明確了不同的事故判斷方法，為綜合錄井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)工程事故提供了技術(shù)支撐。③綜合錄井技術(shù)在鉆井安全具有不可替代的作用，但隨著地質(zhì)條件的不斷變化，越來(lái)越多的復(fù)雜條件使得工程風(fēng)險(xiǎn)更具有隱蔽性。只有將現(xiàn)有工程事故從根本原因上著手，進(jìn)行透徹的分析，才能更加有效的面對(duì)和識(shí)別未知的風(fēng)險(xiǎn)。④建議建立基于綜合錄井技術(shù)的鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分析意識(shí)，全面提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力。

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