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利用钻井数据采集处理系统能够对整个钻井过程进行实时监测，为建立钻井施工参数的优化模型及新并设计、工程施工提供了真实可靠的依据。章在现有钻井数据采集系统的基础上，提出了一种新型的、便于携带的、适合油气田环境使用的数据采集处理系统，该系统能实时监测大钩负荷、流量、泵压、大钩高度等钻井参数，并实现操作台监视。具有精度高、查询方便、界面友好等特点。并在辽河油田进行了现场应用，效果较好。     

油气田生产井全过程钻井监测系统

随着钻井生产由粗放钻井向精细钻井的发展和油气开发的决策需要,必须配备生产井全过程钻井监测系统,以便对生产井的钻井过程进行全过程监测和对录井信息进行评价.针对生产井钻井过程的特点,设计研制了小型化、配置灵活、功能开放,成本较低的油气田生产井全过程钻井监测系统.现场应用表明,研制开发的软、硬件系统不仅能够为精细钻井和录井信息评价提供准确齐全的钻井参数,同时设计开发的录井专家系统还能够实时准确地对钻井过程进行状态判断,实现了实时指导钻井的目的.     

一种新型钻井参数监测系统的硬件设计

钻井参数仪表是钻井工程中监测钻井过程、进行科学分析和科学决策的重要工具。在参考国内先进水平的基础上,研究开发了一套精度高、功能齐全、界面美观友好的实时多参数钻井监测系统。进行系统的硬件体系结构分析与设计,完成了传感器的选型。详细分析了系统的信号处理,并介绍了硬件系统如何应用现场总线进行信号传输。     

随钻监测技术在气体钻井中的应用

气体钻井是近年来兴起的一种实用钻井技术,具有保护油气产层、提高钻速、缩短建井周期及处理井漏事故等优点,应用范围越来越广泛。与常规钻井液钻井相比,气体钻井是单向循环,使用气体作为循环介质来携带岩屑、清洗井眼,使得现有录井监测系统还不能满足气体钻井现场参数监测需要,易出现钻具失效、井下燃爆、地层出水及井壁坍塌等复杂钻井问题,影响气体钻井的安全性。基于井下燃爆理论和监测监控系统技术,开展了随钻监测基本原理研究,形成了UBD气体监测系统及分析技术;通过在多口井气体钻井现场服务,验证了气体监测系统及分析技术的合理性和实用性,为安全顺利实施气体钻井提供了有力的技术支持。     

参数耦合在粒子冲击钻井智能决策系统中的应用

工况准确识别是智能决策系统运行的基础,而工况又依赖监测参数描述。现阶段,钻井现场地面监测的立压、泵压等参数,尚无法将现场工况与监测参数状态进行一一对应,发现异常时需要人工排查确认故障原因,不能实现系统智能化运行。文章以粒子冲击钻井系统为例,分析各种工况涉及的参数状态,合理新增一些关键监测参数,依据各参数间的耦合作用关系,建立一套完整的监测系统,以此开发出适用于粒子冲击钻井现场的智能决策控制系统。在现场应用中,该系统可实现粒子冲击钻井技术全流程的自动运行和自动应急,初步满足了智能化控制的需求。     

水力振荡器与旋转导向系统兼容性分析

大位移井能够达到钻遇多套砂体的目的,增大井筒与储层接触面积,在油气田钻井中取得了显著的应用效果。水力振荡器和旋转导向系统单独应用于大位移井,能够提升钻井时效和定向控制能力,但两种工具同时使用的兼容性尚未得到分析和验证。本文基于水力振荡器和旋转导向系统的原理特点、结构类型及应用情况,分析了使用水力振荡器配合旋转导向系统使用时的兼容性优势并给出了现场应用案例证明。研究结果表明：两种工具配合使用可以将优势相结合,消除单独使用的问题,以更加稳定的低水平钻井参数获得更高的钻井效率。本文研究结果为现场水力振荡器配合旋转导向系统的使用提供了可参考依据,为大位移井钻井的提速提效技术提供了支撑。     

欠平衡钻井随钻监测系统的开发及应用

欠平衡钻井技术具有突出优点,因而得到了广泛应用,但欠平衡钻井条件下,施工设备、流程和钻井液体系等诸多变化常导致常规监测技术不能满足现场工作的要求。针对欠平衡钻井的特殊性,开发了一套适用于欠平衡钻井的随钻监测系统。该系统将地层和井筒看作一个系统,通过监测注入参数、返出参数和钻井工程参数,结合井筒多相流模型及地层渗流模型来对地面、井筒和地层进行综合监测与评价;通过对地层产出流体的监测,井筒压力及流态的监测,地层压力和孔隙度的监测,钻井安全、井控和有害气体的监测,实现了对欠平衡钻井状态下的包括流量、压力和气体组成等多参数的监测;结合地层渗流及井筒多相流耦合模型,可以实现对所钻井段井筒压力、地层压力、储层特性和流体特征进行全面监控与评价。通过在欠平衡钻井现场的多次实际应用,验证了该监测系统的合理性与实用性。该成果有助于提高欠平衡钻井的工艺水平和储层保护效果,同时还有利于早期识别和控制井下复杂情况。     

特殊井钻井设备技术配套与完善

气体钻井作为一种特殊工艺井,随着该技术的深入推广应用,施工中发现一些工艺问题,为此根据现场需求进行了气体钻井注气参数监测系统、可调式固定基墩、排砂管线防损弯头/三通改进、放气撬远程控制技术等技术配套,通过这些技术配套,使气体钻井设备运转更加可靠安全,解决了许多现场施工中存在的问题,使气体钻井更加完善,有效地促进了气体钻井现场应用效果。     

一种基于无线传感局域网络的钻井多参数监测系统的现场应用

从适应井场信息化建设的角度出发,介绍了基于超低功耗无线收发OEM模块设计的无线传感局域网系统组成的钻井现场多参数监测系统,实现了钻井现场的多参数数据采集无线监测设计和应用,阐述了该系统硬件和软件的设计方法.通过构建节点之间合理的通讯协议,有效地解决了控点与节点、节点与节点之间的数据中继和传输问题,确保了钻井现场的数据传输可靠性.应用实例证明,采用低压低功耗无线传感网络系统在钻井现场是安全、可靠的,为录井设备新一代无线数据采集系统的进一步革新和应用奠定了基础.     

井下随钻压力测量技术研究

井下随钻压力测量系统是实现欠平衡钻井和控制压力钻井的一项关键技术,在油气勘探开发中具有重要的作用。文章主要对随钻压力测量系统进行了系统地研究,从基本结构、工作原理和现场试验应用等方面进行了分析说明。在存储式环空压力测量工具基础上,完成了系统优化设计和试验研究,成功研制出一种新型实时井下随钻压力测量系统。实时井下随钻压力测量系统由压力测量短节、MWD和地面系统组成,可实时测量环空/柱内压力、温度、定向参数和地层自然伽马参数,能监测钻井全过程井下压力变化。此外,建议开展175℃高温PWD的研制,以更好地满足现场应用需求。     

井下安全监控系统设计与实现

针对目前国内井下故障频发,而预警效率低、安全监测技术较为滞后的问题,设计研制了一种具有自主知识产权的井下安全监控系统。该系统可以直接测量近钻头力学参数和工程参数,利用钻井液脉冲将所测参数实时传输至钻井风险分析评估模块,该模块通过分析计算接收到的数据判断钻井风险类型,并评估风险等级。现场试验表明,井下安全监控系统功能完善、性能稳定,风险评估准确率大于95%,部分技术指标达到了国外同类监测系统的水平。研究表明,井下安全监控系统可以降低深部复杂地层钻井风险和钻井成本、解决深部复杂地层井下故障预警效率低等问题,可以产生较大的经济效益。      

新型岩屑/掉块实时感测技术研究

为了预防和减缓井壁不稳定和卡钻等钻井事故,对岩屑/掉块的监测极为有益。钻井岩屑/掉块的传统监测方法是人工操作,缺点诸多。为了实现钻井岩屑/掉块的自动化监测,德克萨斯大学的研究人员利用最新的3D视觉技术,开发了新型岩屑/掉块实时感测系统,并利用设计的实体测试平台进行了室内试验。规则目标测试验证了新型岩屑/掉块感测系统的体积测量精度,真实岩屑测试获得了孔隙空间校正试验阈值。介绍了计算机视觉技术、新型岩屑/掉块实时感测系统设计和室内试验,并提出了相关建议。     

钻进参数实时监测与故障诊断技术

利用传感器采集的钻井数据,综合录井仪对钻井钻进过程进行实时监测与简单分析,对异常波动数据进行实时监测,异常数据超出限制范围时,通过报警装置发出报警。实践证明,综合录井仪具有对钻井事故的预测作用,综合录井仪通过详细监测各种钻井数据在一定程度上减少或避免了事故的发生。具有信息模式识别能力和自学习能力的人工神经网络把取自多传感器的信号作为输入信号,经过理论分析、事故记录、模拟实验和学习训练处理后,用较少的时间做出决策,保证实时诊断事故,及时排除故障并给出故障发展趋势及处理决策,实现了对钻井故障的实时诊断,综合录井仪和钻井神经网络故障智能诊断系统的结合保证了钻井工程的安全。监测、诊断、调节控制功能的集成是实现全自动化钻井的发展方向。     

基于磨屑收集的套管磨损监测技术

我国西部和海上油气田钻井过程中的套管磨损问题十分突出，套管磨损监测是协助解决套管防磨的关键技术。目前基于磨屑收集的套管磨损监测方法由于缺乏系统的理论指导，监测指标单一和监测方法不统一等原因，不能满足套管磨损现场监测工作的需要。通过理论分析，建立了循环钻井液中磁性磨屑生成与浓度分布模型和磨屑收集的套管磨损监测的总体工作流程，根据磨屑浓度分布规律来确定最佳的监测位置和合理的监测参数。所确立的套管磨损量定量计算方法，结合了磨屑收集与钻杆检测方法，能更准确地计算井下套管线性磨损量。     

井壁深穿透电控钻孔技术研究与现场试验

现有水力钻孔技术虽然弥补了传统火药射孔穿透距离短、有压实效应等不足,但施工时需要油管或连续管配合,作业周期长、成本高,而且仅依靠地面泵压信号难以直接准确监测施工进程.针对这一问题,进行了井壁深穿透电控钻孔技术研究.优选直流电机代替高压水泵作为施工的能量来源;采用电缆悬吊方式代替油管或连续管传送钻孔工具,通过电缆传输电能...     

新型水基钻井液在延长油田页岩气水平井的应用

页岩气钻井多采用油基钻井液,以解决井壁垮塌等复杂情况,但油基钻井液存在成本高和污染环境等弊端。随着新环保法公布和环保意识不断提升,研发出适合页岩气钻井的水基钻井液迫在眉睫。延长油田是国内首个国家级陆相页岩气示范区,为此,以延长油田为例,对延长油田延长组页岩矿物组成和微观结构进行了全面分析,揭示了该地区井壁失稳机理及钻井液构建思路。并在此基础上,对钻井液体系关键处理剂进行优选及配方实验,研发出了一套新型水基钻井液体系,其各项性能与油基钻井液相当,HTHP失水仅4.6mL,滚动回收率达到了95%以上,极压润滑系数0.103。现场应用结果表明,新型水基钻井液能够满足延长油田页岩气水平井对钻井液的性能要求,有效保证井下安全。同时,对国内页岩气水基钻井液的研究和发展具有一定的参考价值。     

煤层气水平井的煤层实时识别技术

煤层气排采开发阶段,井眼轨迹与煤层的有效接触面积对优化采气速度和提高采收率有着重要意义。而在煤层气水平井钻井过程中实时、精确地识别煤层,可以明显地提高井眼轨迹在煤层中延伸长度,增加有效接触面积。应用LWD数据开展煤层识别已在工程现场得到广泛应用,而整合综合录井数据实时识别煤层的方法还处于研究阶段。基于煤层与围岩的地层岩性差异在综合录井数据上表现的特征,采用BP神经网络算法,以综合录井数据为依托,提出了实时识别煤层的录井解释方法。研究显示,通过煤层识别录井解释方法,应用综合录井数据不但可以实现煤层实时识别,而且获得的分析结果还可以指导水平段轨迹在煤层中的延伸,为水平井钻进过程中煤层识别提供了新的思路。结论认为,该方法性能稳定,数据来源广泛,响应时间短,准确度高,并拓宽了综合录井数据的应用领域,可以在煤层气水平井导向钻井的研究工作中发挥更大的作用。     

基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法

为了进一步提高深部地层钻井速度,利用机械比能理论对复合钻井参数进行优化。从岩石力学和能量守恒角度出发,分析了基于机械比能理论的钻井优化机理,得出了钻进参数与机械钻速之间的相互关系。在Teale机械比能模型的基础上,引入钻头滑动摩擦系数和钻头破岩效率系数,将扭矩表示为钻压的函数,解决了常规钻井中扭矩难以直接测量的问题,建立了基于比能理论的复合钻井参数优化模型,并开发了钻井优化系统。该系统在实钻过程中可以进行钻井参数的动态监测,实时反馈钻井参数优劣,提示井下复杂情况。现场试验应用后,优化井段平均机械钻速提高20%~30%,钻头使用寿命延长。研究结果表明,机械比能理论能够用于钻进参数优化,达到深层提速和降低钻井成本的目的。      

早期溢流及漏失的新型及时高精度监测计量系统

溢流和漏失是影响油气钻井施工安全的最为严重的两种复杂情况,常用的溢流和漏失监测方法存在着监测不及时、溢流漏失总量计量精度低的缺陷,有可能因为发现不及时或者处理不当而造成井塌、卡钻、井喷等复杂事故。为此,在对比分析钻井现场常用的几种溢流和漏失监测方法的基础上,设计出了一种具备早期监测报警、溢流漏失速度和漏失总量计量以及自动灌浆功能的新型溢流漏失监测计量系统,并通过室内实验验证了该系统的可靠性。研究结果表明:(1)该系统的监测罐被分割为主、副两个腔室,井筒返出钻井液一部分通过主腔室返回振动筛,另一部分溢流进入副腔室;(2)副腔室内部横截面积小,大大提高了液位变化反应的灵敏度,能够更加及时地发现溢流和漏失;(3)主腔室出口管线水头保持不变,出口流量稳定,通过副腔室内液位的变化可以定量地计算溢流漏失速度和溢流漏失总量,溢流漏失速度监测误差小于8%;(4)起钻过程中,监测罐内钻井液在自重作用下进入井筒,可以始终保持井筒满液位,消除了灌浆不及时和灌浆不满的不良现象。结论认为,新型溢流漏失监测系统可以有效地发挥地面测量优势,报警及时准确且经济实用。