早期井涌井漏监测系统的设计与应用

井涌井漏是钻井中严重而又普遍的井下复杂情况,如不及时发现并采取相应井控措施,将会带来巨大经济损失甚至威胁井场人员的生命安全,因此及时发现早期微量溢流和井漏对井控意义重大。据常规监测方式对溢流井漏的敏感度分析可知,仅靠常规的钻井液池液面监测不能满足早期微量溢流和井漏监测的要求。早期井涌井漏监测系统通过高精度电磁流量计精确地检测钻井液出入口流量值来确定流量变化量,通过集成快速监测预警软件进行超门限值报警;为满足电磁流量计满管测量要求,研发了钻井液体出口流量测量装置。早期井涌井漏监测系统在现场测试应用过程中,发现溢流和井漏较常规监测方式要提前7 min左右;与常规监测方式中的液位传感器相比,电磁流量计具有精度高的优点,可在出入口流量差值为2L/s的情况下精确判断井漏和溢流。测试结果表明,早期井涌井漏监测系统为溢流和井漏的控制赢得了更多的时间,有效降低了钻井风险。     

两种钻井液出口流量测量方法探讨及对比分析

钻井过程中,为了实现对钻井液出口流量的监控,综合录井常使用靶式流量传感器或超声波液位传感器测量钻井液出口流量变化。结合多年录井现场生产实践,发现超声波液位传感器测量精度高于靶式流量传感器测量精度,本文主要阐述超声波液位传感器在录井现场出口使用的2种方法:一是监测各种工况下出口排量的变化,从而发现溢流、井漏;二是通过出口排量的变化及时对安装缓冲罐上的脱气器液面监测,解决脱气器常抽钻井液或无法搅拌钻井液的问题,在保障井控安全的基础上,为高效优质录井提供借鉴,阐述了该传感器的设置、标定以及实现相应数据检测的实现过程。实例分析表明,效果较好,完全可以取代靶式流量传感器。     

顺北碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术

为了解决顺北油气田碳酸盐岩裂缝性气藏钻井过程中溢流和漏失同存的问题,保证钻井安全,分析了其溢流和漏失同存的原因,制定了首先暂堵裂缝阻止气体侵入井筒、然后在气体侵入井筒的情况下控制气体侵入量和上窜速度以保证钻井安全的技术思路,并将裂缝性气藏暂堵技术、控压钻井技术和高温气滞塞技术进行集成,形成了顺北碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术。应用该关键技术时,先用裂缝性气藏暂堵技术阻止气体进入井筒;发现气体侵入井底时,用控压钻井技术控制气体侵入量;气体侵入井筒的情况下,用高温气滞塞技术降低气体上窜速度,保障钻井安全。顺北油气田在应用碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术后,解决了溢流和漏失同存的难题,提高了钻井速度,保证了钻井安全。      

出口流量监测技术在溢流预警方面的应用研究

为及时发现和控制钻井过程中的溢流,减轻井喷和压井作业对地下油气层的伤害,降低对环境的有害影响,对当前国内外录井溢流监测技术进行了分析,结合现场实际建立起一套以出口流量监测为核心的录井溢流监测系统。通过对返出管线流速场进行的水力学模拟,分析返出管线的流体流动规律,优化出口流量监测系统结构设计;采用V型结构设计既满足了流量计满管测量以保证测量精度,又保证了钻井液正常通过和携带岩屑。现场试验验证了系统的可用性,实现了出口流量的自动化、早期化、精确化监测并及时对溢流状态进行报警,取得了良好的效果;在此基础上,对基于出口流量监测技术的溢流预警模型进行了展望,为下一步工作奠定基础。     

结合钻井工况与Bi-GRU的溢流与井漏监测方法

现有根据钻井液池体积和钻井液出口流量变化监测溢流与井漏的方法，未考虑开、停泵工况对出口流量和钻井液池体积变化的影响，易导致误报。为了降低误报率，分析了钻井工况与钻井液池体积和钻井液出口流量之间的相关关系，提出了一种结合钻井工况与双向门控循环单元（bidirectional-gated recurrent unit, Bi-GRU）的溢流与井漏智能监测方法。利用23口井的溢流与井漏监测数据，对提出的模型与现有典型模型分别进行了测试，结果表明：基于Bi-GRU的溢流与井漏智能监测模型的识别准确率为94.25%，优于其他模型；与未考虑钻井工况的Bi-GRU模型相比，误报率由12.52%降至1.12%。研究表明，该方法能够消除溢流与井漏监测时因开、停泵导致的风险误报，能为安全钻井提供技术支持。     

钻井液液面监测与自动灌浆装置的研制

针对钻井作业过程中的井涌和井漏,研制了钻井液液面监测与自动灌浆装置。该装置通过超声波液面监测器监测钻井液罐液面的变化,判断钻井过程中是否发生井涌和井漏。通过自动数钻杆机构,结合溢流检测器、计量罐液面监测器和灌注砂泵,实现在起下钻过程中自动灌注或停注钻井液。现场应用表明,监测器能达到0·1m~3的精度,能正确判断起钻和下钻状态。     

钻井液循环系统减缓液面波动装置研发与应用

钻井施工过程中需要对溢流、井漏进行及时监控，发现问题后要立即采取相应井控措施。为实现"1 m3发现，2 m3关井"的目标，对现有溢流监测装置进行了改进。将钻井液高架槽的单挡板改为双挡板结构，利用挡板1降低钻井液流动速度，减缓钻井液液面波动；利用挡板2调节液面高度，实现液面高度差变化的精确计量。根据U形管原理设计了钻井液罐浮球式装置，不仅消除了滤圆筒外液面的波动，同时解决了气泡聚集的问题，能够精确计量发生井漏或溢流后钻井液罐中钻井液的体积变化量。改进后的溢流监测装置在塔河油田60余口井进行了推广使用，其中6口井发生溢流时，该装置均能准确地发现溢流，关井后溢流量均在2 m3以内，较传统的人工方法能够更加及时准确地发现溢流。现场应用表明，该装置能有效提高发现溢流、井漏的灵敏性，解决现场发现溢流滞后的问题，可为精确发现溢流提供技术支撑。      

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泥浆液位监控报警系统 ,俗称泥浆液位“黑匣子” ,采用计算机控制 ,能自动监测和定时记录钻井全过程的泥浆液位 ,尤其能在井筒泥浆液位出现异常时 ,及时进行井涌或井漏异常显示报警 ,有利于石油天然气、地质矿产、盐业行业等钻井安全生产。该项技术由四川省资中恒生机械有限责任公司开发 ,并于 2 0 0 1年申请中国发明专利。四川省资中恒生机械有限责任公司研制的ＮＹＪ 2 0 0 0型泥浆液位监控报警系统样机于 2 0 0 2年 6月 2 0日至 7月 31日在川中营山一号预探井进行了全井工业试验 ,并于 8月 1日通过了四川石油管理局川中石油天然气勘探开…     

ZGX-1型自动灌浆系统的研制与应用

在常规起钻过程中存在灌浆不及时、溢流监测不准确、冬季灌浆困难等问题。研制了一套自动灌浆系统。该系统具有自动灌浆功能,运行可靠、溢流报警快速准确、适应低温施工、可操作性强等特点。现场试验结果表明该系统满足现场施工要求,可推广应用。     

基于随机森林的溢漏实时判断方法研究

在钻井过程中,对溢流、漏失作出及时准确的判断具有重要意义。文章采用以数据为驱动的机器学习算法—随机森林方法,来对溢流、漏失进行实时识别判断。基于随机森林的溢漏实时判断方法包括:综合钻井实时测量数据和井史数据生成溢流、漏失原始数据集;对溢流、漏失原始数据集进行预处理;采用自助法采样技术生成溢流、漏失训练数据集;对每个训练集,采用分类回归树算法生成分类树;对新的实时数据,利用已生成的分类树的投票结果判断是否有溢流、漏失发生。现场实例显示,通过对钻井实时测量数据的合理预处理,结合随机森林的方法,溢流、漏失可在早期被准确识别。同时,由于随机森林可以处理大量的特征数据(输入数据),并可在决定类别时,评估特征的重要性;利用随机森林对初选的特征进行重要性分析,结果表明,钻井液流入流出差对于溢流、漏失的判断具有重要影响。     

三参数自动控压钻井系统的研制与试验

为避免钻井过程中出现井漏、井涌、压差卡钻等井下故障,尤其是解决窄密度窗口地层钻进过程中出现的又涌又漏的技术难题,在深入研究国内外现有控压钻井技术的基础上,研制了三参数自动控压钻井系统。该系统根据U形管原理,在钻井过程中不断检测套压、立压和流量等钻井参数,并利用节流阀自动控制系统对各参数做到了组合控制、无缝隙转换控制。利用全尺寸模拟井对三参数自动控压钻井系统进行了模拟试验,结果表明:立压或套压控制时,整个控制过程平稳,没有出现超调、震荡和发散问题,控制误差≤0.2 MPa;在发生溢流和漏失时,流量的监测灵敏,控制及时,溢流和漏失总量小于800 L就得以完全控制。试验证明,采用套压、立压和流量3种参数作为控制目标的控压钻井技术,弥补了单纯利用套压控制的不足,提供了更为全面的控压钻井解决方案。      

缅甸PATOLON-2复杂气井固井技术

PATOLON-2井在钻井的过程中多次发生钻井液失返性漏失。在边堵漏边钻进时遇高压气层,发生井涌。当压井液密度高于1.30 g/cm3时中上部井段漏失,而压井液密度低于1.42 g/cm3时井下气侵严重,形成了下吐上漏复杂的井下条件。为完成地质测井和?339.7 mm技术套管的固井作业,电测及固井前上部0~1 345 m井段采用密度1.30 g/cm3钻井液,1 345 m ~井底采用密度2.00 g/cm3的钻井液。采取了非常规的正、反注水泥作业,实现了固井过程中的替净、压稳、防漏和防气窜等要求,结合先导钻井液,加重隔离液,微膨胀、防漏、防气窜水泥浆体系和上下双胶塞等固井工艺措施,完成了复杂地质条件下高压气井的固井作业,固井质量优质。该井固井施工的顺利进行,对类似复杂井固井,有一定的参考意义。     

深水钻井井涌余量计算方法及压井方法选择

井涌余量是钻井过程中正确判断能否安全关井,以及采用何种方法压井的重要参数,目前对于深水钻井中井涌余量的计算仍存在诸多不足。为此,采用理论推导和实例验证的方法开展了深井钻井体积井涌余量计算方法的研究。以套管鞋处地层、套管抗内压、防喷器和节流装置4个对象的承压能力为约束条件,在考虑深水井筒温度剖面、节流管汇和环空循环压耗的基础上,建立了体积井涌余量的计算模型,并以南海某深水实例井的计算结果验证了模型的可靠性,最后得出该井可以安全关井且应用工程师法压井更为安全的结论。这与现场所采取的措施相符合。在此基础上与文献中所建立的未考虑温度和压耗的计算模型进行比较,分析了节流管汇、环空压耗以及井筒内温度对井涌余量大小的影响:如果不考虑压耗和温度的影响,会导致体积井涌余量变小,使得压井条件更苛刻。此外还研究了泥浆池增量与溢流发生深度对井涌余量的影响规律,提出了相应的提高井涌余量的技术措施。     

气侵期间环空气液两相流模拟研究

钻井过程中地层气体一旦侵入井眼,环空中会形成气液两相流,如果控制不及时或不当,极有可能产生井喷。为研究气侵期间环空中气液两相流的流动规律,以及时控制气侵及防止井喷的发生,以空气—钻井液为介质,分析了垂直井眼环空中气液两相流流型,建立了环空流场的物理流动模型,采用标准k-ε模型对紊流场进行模拟计算,在模拟条件下,得出了气侵发生前后环空气液两相流的流动规律与气侵期间井眼流体实际流动情况相符,并给出了气侵发生后,流体流型转变、气体运移速度及气体在环空空间上的分布规律。计算结果对井控计算机模拟研究具有一定的指导意义。     

ZCZJ2×3Y-2000型液体钻井液助剂自动加药系统研制

为提高钻井液配置及维护的质量和自动化水平,研制了ZCZJ2×3Y-2000型液体钻井液助剂自动加药系统。该自动加药系统由多仓储液罐、输液计量泵、质量流量计、搅拌器、控制阀及定量配料控制系统等组成,进液计量泵将液体原料桶中的液体钻井液助剂吸入储液罐中暂存。钻井液配制或维护时,定量配料控制系统设定加药参数后,一键式操作可实现出液计量泵将钻井液助剂自动精准输送至泥浆混合系统。该装置的成功应用为钻井液自动精准调控奠定基础,显著提高钻井液配制及维护的自动化和现场HSE水平。     

钻井流体液相组分密度的温度压力修正模型

钻井流体密度是决定井筒中压力分布的主要因素,因此对钻井流体密度的精确计算是进行井筒压力控制,避免井涌、井喷或者井漏等井下异常情况的关键。由于钻井流体中存在着液相组分,其密度会随着温度和压力的变化而改变,从而使得钻井流体在地层中的密度与其地面测量结果不一致,鉴于此,需要对钻井流体的液相组分密度进行温压修正。通过对不同类型钻井流体的实验研究,在API标准提供的温压修正模型的基础上,通过引入温度的二次方项,将温度对钻井流体液相密度的非线性影响纳入考虑,并以此形成了改进型温压修正模型。通过与实验数据的对比分析,改进型温压修正模型的密度预测结果普遍优于API模型的预测结果。特别地,对于那些对高温敏感的钻井流体,采用改进型温压修正模型能够显著提升其井下当地密度的预测精确度。      

钻井流体液相组分密度的温度压力修正模型

钻井流体密度是决定井筒中压力分布的主要因素，因此对钻井流体密度的精确计算是进行井筒压力控制，避免井涌、井喷或者井漏等井下异常情况的关键。由于钻井流体中存在着液相组分，其密度会随着温度和压力的变化而改变，从而使得钻井流体在地层中的密度与其地面测量结果不一致，鉴于此，需要对钻井流体的液相组分密度进行温压修正。通过对不同类型钻井流体的实验研究，在API标准提供的温压修正模型的基础上，通过引入温度的二次方项，将温度对钻井流体液相密度的非线性影响纳入考虑，并以此形成了改进型温压修正模型。通过与实验数据的对比分析，改进型温压修正模型的密度预测结果普遍优于API模型的预测结果。特别地，对于那些对高温敏感的钻井流体，采用改进型温压修正模型能够显著提升其井下当地密度的预测精确度。     

综合录井井控监测技术应用现状及发展思考

钻井井控是石油勘探开发中的重要工作,如何实现钻井井控有针对性、有预见性,避免由于井喷失控而造成危害和损失,是石油工作者共同探讨的重要课题之一。围绕该课题,阐述了综合录井在井控中的重要性,针对起下钻与钻进过程,分析了综合录井以dc指数法为基础(成熟区有条件井可依据实测地层压力校正的dc指数),结合钻井液池体积、气测异常、钻井液出口流量与温度的变化以及相关特征参数,实现井筒压力的有效监测,确保井控安全。在此基础上,探讨了随着井控技术的发展和相应井筒检测手段研究的深入,综合录井现有井控监测技术与新的井筒井控监测技术相结合的途径,旨在提供更加可靠的井控监测技术,进而在确保井控安全的同时,实现优化钻井。     

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s增大至0.6 m/s时,波动压力由0.21 MPa增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa增大至0.50 MPa。采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。