綜合錄井技術在安全鉆井生產中的應用

吳緒虎

摘要：由于國內外鉆井事故監控和預報技術的陳舊性，使得對鉆井事故的控制效果不是很理想，綜合錄井技術能有效提升對鉆井過程的事故監測與預警，提升鉆井過程的安全水平。論文研究了綜合錄井技術對鉆井過程進行安全檢測的方法與原理，在進行鉆井安全風險分析的基礎上，細化常見工程事故過程，解析其成因，分析了工程安全風險的判斷方法。研究發現：綜合錄井中的工程參數與鉆井液參數異常能有效的與工程安全風險相匹配，綜合錄井參數可以有效的監測鉆井安全風險。

關鍵詞：綜合錄井技術;安全鉆井;監測;工程參數;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

鉆井是石油勘探開發過程中一項風險較高的環節，具有風險不確定性和多變性。隨著鉆井技術的不斷更新，鉆井速度、質量等方面都得到較大提升，隨之帶來的鉆井工程隱患與安全事故風險也隨之增大。在鉆井過程中，利用出現的各種信息，及時發現事故隱患，控制鉆井過程的事故是鉆井環節長期研究的重點。對事前的隱患排查也比對事后的原因分析重要得多[1-2]。

利用綜合錄井技術，實時監測鉆井工程參數、鉆井液參數、油氣等參數，通過對相關參數的系統分析，實時預測、監測井下復雜情況，為鉆井提前判斷井下異常情況，避免井下復雜情況提供安全保障，為鉆井安全優質生產提供有利的技術支撐[3-6]。

筆者以鉆井生產過程中的安全事故為基礎，細化常見工程事故分析過程，重點分析綜合錄井參數與安全事故的關系。明確了安全事故的原因，并建立了鉆井安全風險的判斷與識別方法。通過鉆井安全風險識別應用，能夠有效的監測鉆井過程中的安全風險。

1? 鉆井工程參數的實時監測與預報

鉆井工程施工過程中需要連續不間斷的對各項工程參數進行監測和預報，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異常的發現及預警提供可靠的基礎，同時也是快速安全建井的必要手段。綜合錄井技術能夠在線連續監測和記錄扭距、懸重、鉆壓、轉速、立壓等與工程有關的參數。通過對異常變化的相關參數的分析，能夠預先辨識出事故事故風險，是鉆井的“眼睛”（及時“看見”并及時“響應”）。

1.1 鉆具刺、斷原因分析及判斷

鉆井液循環系統的異常情況主要有以下幾種類型：

①鉆具刺漏。當鉆桿的應力不平衡時，會產生裂紋，鉆井液便會滲入裂紋中，對鉆桿造成腐蝕，導致鉆具刺漏。而且，當鉆井液含砂量過高時，高速流動的含沙鉆井液會對鉆桿截面產生動力沖擊和摩擦，也會引起鉆具刺漏。

②高壓管線刺漏。在鉆井的高壓作業過程中，可能會誘發高壓管線刺漏事故。進而引起立壓下降，扭矩擺幅增大，有可能加劇斷鉆具事故的發生。

③堵水眼。鉆井過程中，當循環系統有雜物、或者鉆具攜帶雜物、或井口掉落雜物或發生溜鉆頓鉆時，很容易會引發堵水眼事故。

通過立管壓力，可以直接反映循環系統的異常工況。

鉆具刺、斷隱蔽性分析：

①砂泥巖地層結構，容易造漿，當在此類地層鉆井時，鉆井液中固體雜質較多，含砂量增多，容易刺斷鉆具。

②氣體鉆進時，由于立壓較低（2MPa左右），當鉆具被刺時，立壓變化也不明顯，因此不易被發現鉆具刺漏。只有在發生嚴重的情況后，如懸重、扭矩等參數明顯變化，才易被發現。

③當鉆桿內徑大時，其柔韌性好，若鉆桿被刺，則壓降大，會發生明顯的立壓變化，容易被識別，所以很少發生鉆桿被刺斷的事故。當鉆鋌內徑小時，鉆鋌靠近井底，若被刺，則壓降小，不易被識別;而且鉆鋌的柔韌性不好，如果發生被刺而沒被發現，那么會很快被扭斷，很多鉆鋌斷口均是先刺后扭斷;故鉆鋌刺斷的現象較多。

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

1.2 鉆頭風險識別

鉆頭是鉆井工藝的關鍵鉆具之一，鉆頭的結構、材質和工況決定了鉆井過程的速度，一般情況下，鉆頭是有使用壽命的，超過壽命期的鉆頭，由于結構和材質老化，不能進行正常的鉆進工程。若用老化的鉆頭進行鉆進，則相應的錄井參數會發生異常。因為老化后的鉆頭，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，則轉動過程易發生卡頓，扭矩值會偏離正常工況。因此，實時監控鉆頭的工況信息，可以預防出現掉牙輪事故，而且可以極大的推進鉆井工序，提高鉆井質量和效率。

1.3 鉆具風險識別

鉆具的主要風險特點是出現鉆具重量異常。通常可用大鉤負荷、扭矩、鉆壓等參數的變化情況來分析和辨識鉆具是否出現異常。具體分析如下：

①若起下鉆遇阻或遇卡，則大鉤負荷將出現異常，會導致鉆具旋轉不暢，扭矩變大，開泵立壓增高。通常情況下，容易發生阻卡的部位是鉆頭，但若參數設置不合理時，鉆具的其他位置也有可能發生阻卡，引起鉆具重量異常。②若發生溜鉆、頓鉆，也會引起鉆具重量異常。因為溜鉆、頓鉆時，大鉤負荷降低，鉆壓、扭矩陡升。③若發生斷鉆具事故，則大鉤負荷和高度都將發生陡降，也會表現出鉆具重量異常。④當快鉆時，會出現放空，亦可發生鉆具重量異常，大鉤負荷值、扭矩、鉆壓值等錄井參數將出現大幅度異常變化，泵壓也會異常。

因此，適時掌握鉆具信息，通過錄井參數的變化，及時辨識鉆具隱患，是預防鉆具事故的關鍵。同時，應避免出現鉆具疲勞，發生突然斷裂事故。

2? 鉆井液風險辨識

當地層流體的活躍狀況改變或地層壓力改變時，鉆井液的相關參數就會發生變化，通過對鉆井出入口的鉆井液密度、溫度、電導率和流量體積等參數的監控，可以辨識鉆井液的工作狀態，提早預警鉆井液的安全隱患，避免井噴、井漏等嚴重事故的發生。

2.1 井漏監控

當液柱壓力大于地層壓力時，鉆井液侵入地層的現象稱為井漏。

井漏會導致地層污染，使地層親水親油平衡關系發生改變，也會影響地層的滲透率。此外，井漏發生后，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，鉆井液壓力與地層壓力不平衡，前者過大。

②鉆井液密度太大，使地層被壓壞。

③下鉆過程的壓力較大，對井壁造成沖擊，或者下鉆時鉆具碰撞了井壁泥，導致井漏。

井漏的預防是一個比較復雜的工程問題。井漏時，綜合錄井過程中具有明顯的反應參數有鉆井液體積、出口流量，還可能出現泵壓下降、鉆時可能加快、扭矩可能下降、排量可能增大、鉆進出現放空、返出量低或者失返。通過這些錄井參數曲線的變化，可分析和判斷井漏發生的前兆特征，更早的預警井漏事故。另外，還應掌握鉆井區域的地層資料周邊的地層情況，提高井漏事故預警的準確性。

2.2 井涌監控

地層流體進入井筒的現象稱為井涌，也稱為溢流。當井眼出現井內壓力低于地層空隙壓力、且地層有足夠的滲透率時，就很可能發生井涌。

發生井涌的原因主要有：

2.2.1 井內泥漿不夠

起鉆時、漏井時、鉆井液滲流時，都會發生井內鉆井液液面降低的現象，此時，都應立即查明原因，及時補足井內鉆井液，否則會導致井筒內鉆井液減少，壓力變小，地層中的流體就會流入井筒，引發井涌。

2.2.2 激動壓力和抽吸壓力

當激動壓力和抽吸壓力發生變化時，說明泥漿性能（如密度、粘度等）發生了改變，或者說明鉆具的鉆速發生了改變。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

當泥漿密度減小時，其比重不足，導致地層內的流體液柱壓力小于地層空隙壓力，地層液體進入井筒，引發井涌。

2.2.4 循環停止

鉆井過程中，若停止循環，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

當發生地層流體滲流時，會導致鉆井液密度降低，繼而導致更多的地層流體侵入井筒，導致井涌。

另外，在含氣砂巖中，鉆速過快，也會導致井涌。相鄰井口若注水，也容易導致井涌。

當井涌發生時，鉆井液流量增大，電導率發生明顯變化（水侵時增大，油侵時降低），鉆井液密度變小、體積變大。

通過綜合錄井技術，實時監測鉆井地層與液柱壓力、監測鉆井液密度，提早辨識出井涌信息，及時做好補救措施。

3? 綜合錄井技術實踐案例

3.1 某井飛仙關組斷鉆鋌預報

某井井深1693.06m，鉆遇地層為飛仙關組飛一段，巖性以灰色灰巖為主。異常情況分析：2019年4月29日08：04空氣鉆進至井深1693.06m時，發現懸重從900kN下降至640kN，立壓0.1MPa（見圖2），綜合錄井及時作出預報。鉆井立即起鉆檢查，發現177.8mm鉆鋌第二根距母扣端0.13m處斷，無刺痕（見圖3）。

鉆鋌斷落預警結果分析：①實踐中，從該事故可知，預報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，泵壓下降不明顯，二是落魚短，懸重變化小，不明顯;②該事故中，鉆井參數參數變化少，只有鉆時變慢，基本無進尺;③若出現該事故中的狀況，應建議井隊起鉆檢查鉆具（可能是鉆頭后期或磨損嚴重、或鉆具特別鉆鋌是突然折斷，總之鉆具出現了問題）。

3.2 某井珍珠沖段鉆頭老化預報

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。發現異常情況：

2019年7月4日19：23，鉆井深度為3522.20m，微鉆時速度降低（由7.74增加到17.45min/10cm），有鐵屑出現在巖屑中，立即預報，扭矩20.0～35.0kN·m呈周期性擺動。司鉆未采納預報風險（見圖4）。

19：50鉆至井深3522.42m，錄井接班人員也發現巖屑中的鐵屑，再次向司鉆提出預報。司鉆未采納預報風險。

23：10鉆至井深3524.34m發現扭矩有增大的趨勢25.0～37.0kN·m，向司鉆提出預報，24：00鉆至井深3524.64m轉盤負荷重，蹩跳嚴重，扭矩增大至50.0kN·m，再次向司鉆提出預報。鉆井立即起鉆檢查，發現三個牙輪掉落。先后用磨鞋、銑筒、強磁（兩次）把落物全部撈取（見圖5）。

鉆頭壽命預警分析：①事故分析得知，當對該井進行卡鉆處理無效時，改用井下動力鉆，螺桿側鉆，但仍不能使地面扭矩改變，因此，對事故狀態較難判斷和預警。運用精細錄井數據，分析發現了砂樣異常，有鐵屑產生，因此得以成功提前預警。②通過錄井參數，發現10點左右，泵壓下降，原因可能是鉆頭牙輪掉、或鉆具刺、或泵上水出現了問題，因此，及時預警，檢查泵（此處應建議停鉆檢查泵或起鉆檢查鉆具）。

4? 結論及建議

①綜合錄井技術在進行現場工程異常預報、監測，提高鉆井安全方面，起到了重要作用。通過早期預警鉆井故障，降低了鉆井風險，提高了鉆井效率。②通過對不同鉆井事故中綜合錄井監測工程參數的變化，明確了不同的事故判斷方法，為綜合錄井實時監測及預報工程事故提供了技術支撐。③綜合錄井技術在鉆井安全具有不可替代的作用，但隨著地質條件的不斷變化，越來越多的復雜條件使得工程風險更具有隱蔽性。只有將現有工程事故從根本原因上著手，進行透徹的分析，才能更加有效的面對和識別未知的風險。④建議建立基于綜合錄井技術的鉆井安全風險識別分析意識，全面提高風險識別能力。

參考文獻：

[1]莫景洋，賀宇晨.綜合錄井技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2012，033（016）：91.

[2]肖剛，雷立書，馮淵洪，等.綜合錄井技術在AT1X井的應用[J].中國石油石化，2017（4）：82-83.

[3]張世明，張玲，岳俊，等.應用綜合錄井參數在鉆進中的溢流預報方法[J].錄井工程，2018，29（01）：34-38，114-115.

[4]楊明清.綜合錄井在俄羅斯鉆井井控中的應用分析[C]//石油鉆井院所長會議，2010.

[5]吳英偉.綜合錄井井控監測技術應用現狀及發展思考[J].信息系統工程，2019（10）.

[6]陳衛國，王岳，王波.綜合錄井井控檢測技術應用現狀[J].中國化工貿易，2016，8（9）.