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。     

应用综合录井参数在钻进中的溢流预报方法

以研究应用综合录井参数在钻进中对溢流的预报方法为目的,基于对综合录井参数异常与工程异常类型相关性的认识,总结出钻进过程中溢流的预报方法为:从钻头→井筒→钻井液出口→池体积依次展开监测与预报。通过对现场已发生工程异常实时图的分析,综合观察钻时、悬重、钻压、转盘扭矩、转速、立管压力、泵冲数参数的变化,判断是否钻入储集层和异常高压过渡带;通过分析悬重、立管压力、泵冲冲数、出口流量、总池体积参数的变化规律分析判断在钻遇储集层和异常高压过渡带后是否发生井侵。当钻井液性能发生微变时,说明地层流体已开始侵入井筒,是疑似溢流的明显标志;当全烃峰值持续上升达到某一值或饱和状态无下降趋势时,说明地层流体在不间断地侵入井筒,即发生溢流的明显警告;当钻井液性能发生明显变化,全烃峰值持续上升达到某一峰值或饱和状态无下降趋势时,出口流量上升和总池体积增加说明溢流已经发生。依此展开溢流监测与预报工作,既有利于指导现场操作人员提高溢流预报准确率,也有利于拓展相关井控程序开发人员对录井参数的应用思路。     

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。     

精确发现溢流研究及在西北工区现场应用

石油钻探过程中,井控工作关乎人员、设备、生产安全,及时、精确发现溢流是井控安全预防的关键。中国石化西北油田结合目前常规的监测方式,研发出高架槽上能够减缓钻井液波动、提升溢流监测灵敏性的"双挡板"装置和钻井液罐上的减缓液面波动装置并进行试验,同时探索电磁流量计在钻井现场监测出口流量的应用;在大量数据统计分析的基础上,建立了溢流预警模型,开发出智能监测溢流预警系统并在现场应用。结果表明,上述方法与综合录井目前溢流监测方法相比,有效提高了溢流预报的及时性和准确性,应用效果良好。     

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。     

精确监测井底溢流的井下微流量装置设计与试验

为了能够准确判断井下复杂情况,基于节流压差原理,以稳定器结构为基础,研制了一种井下压差式环空微流量测量装置,精确测量从钻杆进入井底和环空返回流体流量的微小变化,并通过MWD将井下数据实时传输至地面上,提高了微流量装置对井底复杂情况的判断能力和监测精度,实现了对井底溢流的实时监测。根据建立的微流量测量短节的理论模型,推导出溢流时流量变化与压差的关系式,采用ANSYS有限元模拟软件进行了不同工况模拟,并与现场采集的试验数据进行了分析对比。现场试验表明,微流量测量装置运行稳定、无故障,经受住了现场多种工况的考验,实际测量灵敏度达到了0.5 L/s,对监测井底溢流、特别是气侵具有明显的优势。      

超声波液位传感器录井现场应用拓展

结合多年录井现场生产实践,阐述了超声波液位传感器的3种新用法:一是在无法安装靶式流量传感器的井通过监测缓冲罐或高架槽液面高度变化情况完成出口流量监测;二是监测停开泵时循环管线内(缓冲罐或高架槽)液面的变化,补偿停开泵时总池体积波动值,确保接单根、泵冲不稳定等特殊工况下溢流、井漏监测更加灵敏;三是通过对安装脱气器处高架槽液面吃水深度的监测,解决高架槽上脱气器常抽钻井液的问题,在保障井控安全的基础上,为高效优质录井提供借鉴,并针对每种用法,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,特殊钻井工况下该传感器完全可以取代相应传感器。     

钻井液出口流量精准测量装置的研发及应用

为了实现钻井液出口流量的精确测量,确保钻井过程中井漏、井涌、溢流等异常工况的及时发现,在充分调研各种流量测量方式之后,选定基于超声波多普勒和科里奥利两种原理的钻井液出口流量精确检测装置进行研发,并通过充分的实验验证,分析了两种装置的优势与不足,为实现钻井液出口流量精确检测提供了解决思路。未来钻井液流量精确测量将成为新的高端录井服务项目,利于进一步拓展录井技术服务的领域。     

国内外水平井井眼清洁监测技术现状及发展建议

实时监测井眼清洁状况,对保证水平井安全及高效钻进至关重要。目前成熟的井眼清洁监测技术被国外公司掌控,制约了我国水平井钻井技术的发展,故加快国内井眼清洁监测技术的研究势在必行。鉴于此,在进行大量文献及资料调研的基础上,首先介绍了国内外现有井眼清洁监测技术的原理及特点,包括ECD监测摩阻、扭矩及钩载监测、返出岩屑体积监测、气体钻井监测、岩屑形状及PSD等其他监测技术;其次从模型、软件、装置及新技术4个方面对比分析了国内外井眼清洁监测技术;最后针对该技术的发展方向给出建议:对现有的岩屑运移规律模型进行修正与优化,提高模型与实际情况的符合程度与计算精度;进行井眼清洁分析软件的编制与优化,使其具有适用范围广和准确度高等特点;进行岩屑返出测量装置的研制与改进,提高返出岩屑称量与井下岩屑残余量计算的准确度;加快利用成像仪和光谱仪测量返出岩屑粒径分布及形态、利用冲击力传感器测量返出岩屑体积等新技术的研究。     

深水钻井溢流早期监测技术研究现状

深水油气井溢流及井喷的预防和控制是深水钻井过程中的重要工作,墨西哥湾“深水地平线”井喷溢油事故发生后,井喷的预防和控制成为海洋油气开发亟待解决的重大难题。应对深水钻井溢流及井喷问题,切实有效的技术措施是在早期监测和识别溢流的基础上及时采取应对措施。为此,通过分析深水钻井井控面临的主要困难,从平台监测、海水段监测和井下随钻监测3个层面,综述了国内外井下溢流早期监测技术研究现状,重点分析了井下随钻监测的发展现状,指出深水钻井井下溢流监测技术将朝着有利于更加及时准确发现和识别井下溢流的技术领域发展。最后,根据深水钻井和溢流监测技术的特点,优选出适合深水钻井环境的井下溢流早期监测方法,包括井口流量法、泥浆池液面法、钻井参数法、隔水管超声波法、PWD/LWD监测法、随钻超声波井下流量测量法6种方法;建立了溢流早期综合监测和识别技术,该技术不仅可以用于深水钻井井下溢流监测,还可用于压井和井筒压力精确控制过程的综合监控,为深水钻井提供技术保障。     

欠平衡钻井录井监测技术研究

随着欠平衡钻井技术的广泛应用,常规综合录井设备、技术与方法已经无法满足现场录井工作的需求。文中分析了在欠平衡钻井条件下,常规综合录井技术与方法的不足;针对欠平衡钻井过程中出现的一些监测技术难题,如井底压力与欠平衡状态的监测,以及气体钻井过程中井下燃爆与地层出水的监测等方面进行分析与探讨;对欠平衡钻井条件下的录井监测提出了相应的配套技术与方案。通过研制的欠平衡地面监测系统,可以对欠平衡钻井过程中的关键参数进行监测,从而提高录井信息的完整性与准确性,弥补了常规录井技术的不足。通过现场多口井的应用和推广,取得了良好效果。     

深井早期微量溢流监测技术

针对常规溢流监测技术不能准确监测深井早期微量溢流的问题,在充分考察国内外现有溢流监测技术现状的基础上,根据钻井过程中开井、关井、井漏失返3种循环工况,制定了深井早期微量溢流监测方案,形成了深井早期微量溢流监测技术。该技术由具有自主知识产权的井口导管液面监测方法、分离器液面监测方法和环空液面监测方法3部分组成,具有很好的针对性和适用性,可以及时、准确地预报溢流,为溢流控制赢得更多的时间,以确保井控安全。     

“三高”油气井溢流监测方法研究.

井喷是钻井过程中最为严重的钻井事故,溢流是井喷的先兆,优化溢流监测方法,提高监测的实时性和可靠性,对实现安全、高效、经济钻井具有重要意义。分析了溢流发生的原因及其表现形式,根据所采用的参数和监测形式的不同将现有的溢流监测方法总结为6类,对这6类监测方法的优缺点、适用性以及所涉及到的数据处理方法作了深入剖析比较。在此基础上,提出了一套基于随钻压力测量、微流量监测与综合录井参数的溢流先兆在线监测与预警系统。最后对控压钻井技术、随钻测井技术和随钻压力测量技术在溢流监测方面的应用和发展趋势做了展望,并指出了限制溢流监测的主要因素。     

井下微流量测量装置节流压差规律研究

深层和超深层地层钻井通常存在钻井安全密度窗口窄和井控难度大等问题,传统的解决措施是对井下溢流进行早期监测,对于深井和超深井早期监测存在误差大及信息滞后等问题。鉴于此,根据井下微流量测量装置特点,以单个节流元件为基础,结合流体力学基本原理,建立了流量压差计算理论模型,并利用流体动力学模拟对理论模型进行了验证。研究结果表明:理论压差计算模型对微流量测量装置压差计算具有较高的精度和准确性;钻井过程中,流体流量增大,节流压差将会增大且增幅逐渐增大;井下环空流体稳定时,当井下发生井径缩小或溢流等复杂情况时,节流压差大于正常工况下节流压差,节流压差随井径缩小率或溢流量增大而增大且节流压差增幅逐渐增大。建议进一步建立微流量测量装置压差多相流模型,并对多种工况同时发生时井下微流量测量装置压差变化规律进行研究。所得结论可为深井和超深井钻探中溢流监测技术的现场应用提供参考。     

川西地区德阳1井气层段的控压钻井现场试验

四川盆地川西地区自侏罗系蓬莱镇组到三叠系须家河组碎屑岩地层压力系统复杂,流体性质也很难准确预报。为减少同一井段气层钻进的喷漏复杂风险,在川西地区的德阳1井须家河组气层段开展了控压钻井现场应用试验：通过随钻环空压力监测、地面自动节流调整回压及压力补偿等手段,实现了钻进各个工况的井筒环空压力的闭环实时监测与精确控制;应用先进的“微流量控制系统”及时对气层监测和控制溢流,气层中钻进用微流量控制系统发现溢流比录井提前了21 min;通过控压钻井系统自动增加井口回压来平衡地层压力,实现了钻进各个工况的井底恒压。该系统的成功应用为复杂地层钻进积累了经验。     

气体钻井过程中地层出水的微波随钻监测方法

针对目前气体钻井过程中地层出水预测方法不够完善,往往导致预测结果滞后,尤其是在刚钻遇水层或地层微量出水时难以准确判断井下出水状况,提出了一种基于微波技术的随钻监测气体钻井地层出水的新方法,依据微波谐振腔的微扰原理,通过测量微波谐振腔的谐振频率偏移,以实现对空气钻井过程中返出气体湿度的连续在线监测,并根据气体钻井现场工况,对微波谐振腔传感器进行优化设计。室内模拟试验表明,该项监测技术测量结果同实际值基本相符,误差约为7%,且具有灵敏、连续及操作方便等优点,能够及时有效地反映返出气体的湿度变化,表明提出的监测技术是可靠的,且具有一定的现场参考价值。     

空气钻井综合录井安全监控系统

空气钻井综合录井安全监控系统是以综合录井为监测手段的空气钻井井下燃爆监测与控制系统,其主要特点是充分利用综合录井技术和空气钻井安全监控软件实时监测井口返出烃类气体、氧气、一氧化碳及二氧化碳体积分数变化,及时判断井下是否发生燃爆,同时系统能够通过对环空温度及压力的预测分析,预报井下爆炸极限,为空气钻井安全施工提供依据。     

基于录井参数的溢流预警模型研究

钻井过程中溢流的及时发现,将为排除溢流、重建压力平衡赢得宝贵时间,从而降低二次井控的难度。及时判断溢流建立在精准的钻井参数和正确的溢流预警模型基础之上。为建立溢流预警模型,首先对溢流发生过程进行分析,建立溢流过程的物理模型,并以此为基础建立溢流监测的数学模型,通过对录井参数的数学重构并导入数学模型,建立了多工况下溢流发生的贝叶斯预警模型。现场应用试验验证了模型的可靠性,为录井参数的二次应用和钻井安全生产提供了技术支持。     

水平井井眼清洁定量化监测评价技术

为了监测和评价水平井井眼清洁程度,研制了岩屑返出量监测装置,以准确监测岩屑返出情况。基于岩屑返出量数据和工程录井实时采集的数据,建立了岩屑返出量监测装置在2种工作模式下,倾倒时段漏接岩屑补偿方法与实际返出岩屑体积计算方法;基于岩屑返出率与掉块监测结果,研究形成了水平井井眼清洁定量化监测评价技术。该技术在川南泸州区块多口页岩气水平井进行了应用,实现了监测井段岩屑返出体积与返出率实时准确监测,并多次预警井眼清洁异常情况,保证了水平段的顺利钻进。水平井井眼清洁定量化监测评价技术为水平井井眼清洁程度监测及卡钻复杂风险预防提供了一种新的技术手段。     

一种新的钻井液出口流量在线测量方法探讨

现有的钻井液入口流量测量一般采用理论计算方法，当钻井液流量发生变化时，无法及时得知相应的变化量。目前对溢流和井漏的监测方法存在着干扰因素多、发现滞后等缺点。针对这些不足研究了一种新方法，该方法简单、成本低廉、便于操作，只需将现有设备稍加改造即可。应用该方法不仅可以在线测量钻井液的出口流量，还可以实时监测溢流和井漏，预报时机明显提高、准确率明显提高。在从理论上进行论证的基础上，介绍了具体实施方案。通过现场实验可知，将这种方法配合现有的方法综合使用，对监测溢流和井漏起到了很好的作用。