綜合錄井技術(shù)在實時監(jiān)測鉆井事故中的應(yīng)用

巴富滿

摘 要：由于傳感、通信和計算機技術(shù)的不斷進步，使得綜合錄井系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集鉆井工程工藝參數(shù)、鉆頭和鉆井液狀態(tài)參數(shù)以及地壓相關(guān)數(shù)據(jù)，并且能夠基于系統(tǒng)軟件的運行自動分析和評估各類風(fēng)險，以數(shù)據(jù)記錄和分析曲線的形式呈現(xiàn)各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)隨時間的變化，而且能夠根據(jù)需要發(fā)出預(yù)警信息，便于工程技術(shù)人員預(yù)判井下狀況并采取防范鉆井事故的措施。本文首先簡要介紹了綜合錄井技術(shù)的技術(shù)原理及其應(yīng)用，進而探討了在鉆井事故監(jiān)測領(lǐng)域的實踐中，如何利用聯(lián)機運行的綜合錄井系統(tǒng)有效預(yù)測和防范安全事故。

關(guān)鍵詞：綜合錄井;鉆井事故監(jiān)測;技術(shù)應(yīng)用

鉆井工程受到油氣層分布、地層巖性和壓力等不確定性極強的因素影響，卡鉆、井壁坍塌乃至井噴等事故風(fēng)險極高，不僅事關(guān)鉆井施工效率，而且對油氣采出率和開采成本有極大影響。因此，運用綜合錄井技術(shù)實時采集、分析相關(guān)參數(shù)并準確預(yù)測、防控鉆井事故，對于油氣資源的開發(fā)利用非常關(guān)鍵。

1 綜合錄井技術(shù)及其應(yīng)用

1.1 綜合錄井技術(shù)原理

錄井技術(shù)的基本原理是針對地質(zhì)勘探、油氣開采等不同領(lǐng)域的需求，運用傳感技術(shù)采集工程參數(shù)、設(shè)備工況等信息，并且通過實驗分析或利用自動化的分析儀器從中提取出有參考價值的元素，用于評估和判斷地層巖性、油氣層分布、井壁狀態(tài)和地層壓力變化等信息，對設(shè)計和優(yōu)化油氣資源開采技術(shù)方案、防范鉆井事故和提升鉆井效率都具有重要意義[1]。而綜合錄井系統(tǒng)由分布于井臺、出口和入口的多組傳感器完成信息采集，并且上傳至工作站的計算機和服務(wù)器，經(jīng)過自動化處理之后呈現(xiàn)各項數(shù)據(jù)記錄曲線和分析結(jié)果。所以，綜合錄井技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測范圍最廣。

1.2 綜合錄井技術(shù)的應(yīng)用

目前由于隨鉆測井技術(shù)的成熟應(yīng)用，綜合錄井系統(tǒng)的信息采集和分析精度、時效性顯著提高，在優(yōu)化油氣開采工藝、監(jiān)測鉆井事故方面有了越來越高的應(yīng)用價值。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)研發(fā)的綜合錄井系統(tǒng)已經(jīng)可以勝任鉆井事故實時監(jiān)測，并且在實踐應(yīng)用中成功預(yù)測和防止了多起井漏、鉆具刺漏等事故;而隨著人工智能以及云計算等技術(shù)的成熟，國內(nèi)外部分綜合錄井系統(tǒng)研發(fā)機構(gòu)推出了更加多樣化的服務(wù)，除了提供系統(tǒng)化的鉆井事故實時監(jiān)測解決方案和技術(shù)服務(wù)，還提供相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺，使得工程技術(shù)人員能夠根據(jù)實際工作需要開發(fā)實用的數(shù)據(jù)分析軟件。

2 鉆井事故的實時監(jiān)測

利用綜合測井技術(shù)實施鉆井事故監(jiān)測，可以通過觀察終端設(shè)備上呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)變化曲線洞悉鉆頭、地壓、鉆井液的狀態(tài)有無異常，進而基于對歷史數(shù)據(jù)、實時信息的分析和比對，準確判斷其成因并評估事故風(fēng)險。必要時采取針對性的防范策略，實現(xiàn)對鉆井過程的有效控制，借此避免卡鉆等事故影響油氣勘探和開采效率。

2.1 綜合錄井系統(tǒng)的選擇

根據(jù)具體鉆井工程的勘察資料和鉆井工藝設(shè)計，合理選擇綜合錄井系統(tǒng)并開發(fā)相應(yīng)模塊的功能，有助于更加精準的預(yù)測鉆井事故和提高信息資源的利用率。首先，在油氣層分布和地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜的鉆井工程中，必須選擇具有實時氣相分析功能的系統(tǒng)，以便及時發(fā)現(xiàn)異常并調(diào)整工藝參數(shù)以防范井噴等事故;其次，在大型油氣田的鉆井工程中，應(yīng)選擇提供軟件開發(fā)平臺的系統(tǒng)供應(yīng)商，從而在鉆井事故實時監(jiān)測中，根據(jù)需要優(yōu)化不同類型事故的預(yù)測和分析方法，并且做好數(shù)據(jù)資源的管理。

2.2 卡鉆事故的監(jiān)測和預(yù)防

由于井下地質(zhì)條件和油氣層分布不確定性極高，因此鉆井過程中卡鉆事故的發(fā)生概率較高，如若不能準確預(yù)見其風(fēng)險和采取防控措施，就會導(dǎo)致鉆頭損壞、斷落和鉆井過程中斷，而且會影響井壁狀態(tài)并造成更為復(fù)雜的局面。而基于隨鉆測井設(shè)備與綜合測井系統(tǒng)的聯(lián)機運行，可以綜合分析鉆頭的工況，評估其是否存在斷落和被卡死的風(fēng)險。首先，卡鉆事故的發(fā)生通常是由于井內(nèi)環(huán)境惡化引起的，井壁巖體脫落、井眼出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象或凈化不良均會帶來卡鉆風(fēng)險。所以，基于綜合錄井系統(tǒng)所采集到的扭矩、大鉤負荷和泵壓等數(shù)據(jù)，觀察終端監(jiān)視器上呈現(xiàn)出來的各項參數(shù)波形的變化，就可以準確判斷有無卡鉆風(fēng)險和井下出現(xiàn)了何種問題[2]。當(dāng)泵壓與扭矩同時異常升高，預(yù)示著井內(nèi)出現(xiàn)了井壁坍塌等問題;而起鉆過程中大鉤負荷沒有隨之逐漸降低或反而上升，則意味著鉆頭遇阻;反之在下鉆進程中，同樣可以根據(jù)這幾項關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測曲線的走勢判斷有無卡鉆問題。

2.3 監(jiān)控地層壓力并調(diào)整工程參數(shù)

在鉆井過程中只有維持地壓和鉆井液壓力的平衡，才能夠有效防范井噴、井漏事故的發(fā)生。而依靠綜合錄井系統(tǒng)來監(jiān)測和實時了解井底地壓、鉆井液的密度、體積等參數(shù)，能夠有效預(yù)測和洞察井涌、鉆具刺漏現(xiàn)象，通過提前調(diào)整泥漿密度等工藝參數(shù)防止其演變成更為嚴重的事故。首先，通過綜合錄井系統(tǒng)所呈現(xiàn)的泵壓、泥漿池進出口流量等數(shù)據(jù)的曲線，可以實時發(fā)現(xiàn)鉆井液因井涌或井漏造成的密度、體積變化。從而結(jié)合綜合錄井系統(tǒng)的實時氣相和地質(zhì)分析結(jié)果，判斷有無油氣或其他地層內(nèi)流體進入井內(nèi)，進而通過調(diào)整工藝參數(shù)讓鉆井液與地層之間的壓力重新趨于平衡，有效預(yù)防井噴等事故[3];其次，通過實時監(jiān)測地壓，還可以精確調(diào)控鉆井液的密度并降低井壁坍塌、巖體脫落的風(fēng)險，所以也有利于防范卡鉆事故。因此，在使用綜合錄井系統(tǒng)實時監(jiān)測鉆井過程時，對系統(tǒng)采集到的泥漿密度、進出口流量等工藝參數(shù)和氣相分析數(shù)據(jù)必須善加利用，在評估井下工況、分析鉆頭狀態(tài)和優(yōu)化工藝參數(shù)時，都應(yīng)將其作為重要的依據(jù)。

2.4 評估鉆頭運行狀態(tài)并降低事故發(fā)生概率

鉆頭的運行狀態(tài)決定了鉆井進度并影響著卡鉆等事故的發(fā)生概率，當(dāng)鉆頭異常磨損、人為操作失誤或其自身存在質(zhì)量隱患時，如若不能準確預(yù)判其使用壽命，則會導(dǎo)致鉆頭斷落、卡鉆或減緩鉆井速度，影響井眼成孔質(zhì)量并惡化井下作業(yè)條件。所以，應(yīng)基于綜合錄井系統(tǒng)所采集到的各項數(shù)據(jù)，通過分析隨鉆測井系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)和鉆井工程參數(shù)，對鉆頭軸承等核心零配件的磨損程度進行評估和預(yù)測，并且將其與鉆井工藝的設(shè)計預(yù)期進行比較，能夠準確把握起鉆時機并確保鉆井經(jīng)濟效益最大化。例如，在監(jiān)測井下鉆壓、扭矩等數(shù)據(jù)曲線的過程中，發(fā)現(xiàn)隨鉆測量的這幾項參數(shù)的監(jiān)控曲線出現(xiàn)了異常。表現(xiàn)為扭矩實測值異常升高、曲線波動幅度明顯變大，這意味著鉆頭的軸承座過度磨損并引發(fā)了牙輪運轉(zhuǎn)不穩(wěn)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析應(yīng)及時起鉆以避免牙輪卡死。而后續(xù)對鉆頭狀況的檢查結(jié)果證明這一判斷非常正確，所以，依靠綜合錄井系統(tǒng)對鉆頭運行狀態(tài)的準確預(yù)判，預(yù)防了卡鉆事故的發(fā)生。

2.5 完善綜合錄井系統(tǒng)的事故預(yù)警功能

在遙感、人工智能等技術(shù)的支持下，綜合錄井系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)不僅涵蓋了鉆井工程的工藝參數(shù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和設(shè)備工況的方方面面，而且可以對海量實時信息和歷史數(shù)據(jù)進行快速分析，從中提煉出對鉆井事故預(yù)測有直觀參考價值的信息。但目前在用的綜合錄井系統(tǒng)中，對鉆井事故預(yù)測和預(yù)警功能的開發(fā)有很大的局限性，體現(xiàn)為充分挖掘系統(tǒng)采集到的信息的利用價值，而是僅僅依賴系統(tǒng)安裝時設(shè)定的功能。所以，在特定鉆井工程地質(zhì)構(gòu)造、油氣層分布特點各異且變化多端的情況下，應(yīng)在積累一定的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和鉆井事故防控經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對綜合錄井系統(tǒng)的軟件進行優(yōu)化，使之能夠更為精準的預(yù)測不同類型的鉆井風(fēng)險，并且有效利用監(jiān)測數(shù)據(jù)的價值。

3 結(jié)束語

近年來隨鉆測井技術(shù)的進步使得綜合錄井系統(tǒng)的功能有了很大進步，運用聯(lián)機運行的綜合錄井系統(tǒng)進行鉆井事故監(jiān)測，能夠精準預(yù)測井涌、卡鉆等典型事故，大幅降低事故發(fā)生頻率。而在大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持下，綜合錄井系統(tǒng)的事故監(jiān)測及其他功能都會向著智能化的方向發(fā)展，對降低油氣開采風(fēng)險和成本會起到更大作用。

參考文獻：

[1]周紹琴，李志華.綜合錄井技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2019，026（007）：367，372.

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