綜合錄井采集系統在鉆井中的應用

王 恒

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司，黑龍江大慶163000）

1 概述

綜合錄井技術是油氣勘探開發的基礎手段，該技術在指導鉆井施工、油氣資源評價、處理突發事故等方面具有無法替代的優勢。錄井技術包括數據采集、遠程數據傳輸、實時監控，而錄井采集系統的高效、精準對專家決策的準確具有十分重大的影響，只有精確的錄井數據才能保證現場施工的安全、鉆井作業的高效。現今人們更多的討論鉆井參數對于鉆井安全的指示，希望通過鉆井參數的異常來提早預測安全事故，從而將安全事故扼殺于搖籃之中，往往忽視了鉆井參數的準確獲取的重要性[1]。

2 綜合錄井采集系統在鉆井中的應用

綜合錄井采集系統在鉆井當中具有廣泛的應用，主要包括：鉆井工程異常預警、地層壓力監測、優化鉆井參數、危險氣體監測四個方面。利用錄井采集系統收集錄井參數，通過對參數的分析，保障鉆進的順利進行。

（1）鉆井工程異常預警。在鉆井初期，預測井下故障主要依靠的是現場人員的經驗，依靠的是單參數閾值報警，這種方式容易發生誤判、漏判，無法保障鉆井安全（陸黃生，2011）。而綜合錄井采集系統不僅可以對鉆井過程進行實時跟蹤和監測，還可以對鉆井井下的各類故障進行準確預報，比如井漏、井涌、掉水嘴、鉆具刺漏、卡鉆、溜鉆、堵水眼和油氣水侵等故障。因此，綜合錄井采集系統對保障鉆井安全具有重要的意義。鉆井異常情況的出現往往伴隨著多種鉆井參數的異常出現，通過分析這些異常參數，可以對鉆井井下故障做出早期的預警，對于保障鉆井的順利完成是極其重要的（表1）。鉆井過程中忽遇到特殊巖性，如采取措施不積極往往會導致嚴重的井事故。例如冀中油田XL1井在鉆進過程中，突然出現鉆時增加、扭矩振幅增大等現象，結合該井的地質情況，認為提前遇到砂礫巖，采取緊急措施，從而避免了掉牙輪事故。

表1 鉆井工程異常情況及鉆井參數變化情況

（2）地層壓力預測。在工程鉆進中，異常高壓的預測和控制方法，直接關系到鉆井的成功率和鉆進的速度[3]。地層壓力預測除了常用的地震資料法、測井資料法，最近幾年加大隨鉆地層壓力監測的研究力度，隨鉆地層壓力監測是一種動態監測，相比其他兩種方法而言，具有隨時監測、動態調整鉆前預測的優勢。隨鉆壓力監測是在鉆進過程中，利用鉆井工程參數等錄井數據，實時預測地層壓力。常用的方法：標準化鉆速法、巖石骨架強度法、dc指數法，最常用的是dc指數法，而dc指數是通過鉆時、轉盤、鉆速、鉆壓、鉆頭直徑、當量循環鉆井液密度和正常井段地層的孔隙壓力梯度等參數計算得到的[4]，因此通過綜合錄井數據采集系統獲得的參數對于準確計算dc指數起到至關重要的作用。例如崖城21-1-4井是一口位于南海西部的高溫高壓井，在進行隨鉆監測中，多次出現異常高壓，而正是dc指數壓力預測法的應用保障了該井的順利完工（圖1）。

圖1 崖城21-1-4井2900~3700m地層壓力監測（吳文佳等，2011）

（3）優化鉆井參數，實現經濟鉆井。隨著勘探深度朝著深井、超深井方向發展，開采條件的日趨復雜，對鉆井參數優化的要求越來越高[5]。要實現經濟鉆井，需要利用錄井參數不斷進行優化鉆井。比如Milter等人利用錄井采集系統將海洋上收集的鉆井參數傳輸到陸地，由陸地控制中心對現場數據進行分析，提出優化建議，實現遠程優化鉆井。

（4）監測危險氣體，保障安全施工。在鉆井過程中，從地層中釋放出大量的天然氣和原油等烴類物質，如H2S、CO等，這些物質與O2接觸，在一定的條件就會發生燃爆，很容易引發安全事故。綜合錄井采集系統可以實現對CO2、CO、O2、H2S、CH4等氣體的監測，并通過計算機進行處理和分析，從而實現對地層中危險氣體的隨鉆監測，實現危險氣體早期檢測。通過某工區井下隨鉆監測氣體含量變化曲線發現共發生了兩次燃爆異常：14：30和15：30，兩次的共同表現為CH4含量增加，O2含量減少，CO2、CO含量增加，因為CH4含量增加，與O2消耗，從而導致O2含量減少，充分燃燒或者不充分燃燒，從而導致CO2和CO含量增加（圖2）。

圖2 某工區井下隨鉆監測氣體含量變化曲線（吳鵬程等，2011）

3 綜合錄井采集系統發展趨勢

（1）傳感器朝著高精度、多類型方向發展。傳感器作為系統采集的源頭，對錄井采集系統具有重要的作用，如傳感器型號不同、安裝位置不同等往往會造成采集數據與實際不符，從而不能全面、客觀地反映鉆井工況。隨著科學技術的不斷發展和進步，極大地改善了傳感器性能，使鉆井的實際情況具有較高的精度。加上應用在醫療、食品等高精度的傳感器在鉆井中的應用越來越廣泛，使得傳感器朝著高精度、多類型方向發展[6]。

（2）有線傳輸發展到無線傳輸。綜合錄井采集系統在現場是分散式分布，一般是根據需要布置多個傳感器，傳感器信號通過采集系統，進行模數轉換，然后傳輸至處理系統由專家進行分析處理。傳感器數據傳輸到處理系統是通過電纜傳輸，這種傳輸方式導致作業現場十分混亂，并且大量電纜的接拆浪費人力物力，從而增加鉆井成本。而近幾年無線傳輸在錄井采集系統中得到了快速發展，在錄井采集過程中利用無線傳輸可以節約時間、節約成本，并且可以很好地解決有線傳輸距離短的問題，在一些環境特殊（偏遠的荒漠、寒冷地區）無線傳輸尤為重要。蘇堪華等（2006）指出在綜合錄井系統中無線傳輸可以大體分為五類：紅外線數據傳輸、無線局域網數據傳輸、藍牙技術、ZigBee技術、超寬帶技術。每種技術都具有優缺點，但是ZigBee技術、超寬帶技術具有傳輸空間大、信號隱蔽好的特點成為無線傳輸的未來趨勢。

（3）從常規錄井到非常規錄井的發展。最近幾年，非常規油氣得到快速發展，開發潛力巨大，比如大慶油田致密油累計探明儲量達到10×108t[8]，成為未來潛力增長的支撐點。非常規錄井有別于常規錄井，非常規致密油氣具有孔隙滲透特低、面積大但界限不明顯等特點。王志戰（2017）指出非常規油氣對錄井存在探測分辨率、數據質量、錄取參數的齊全和評價方法的挑戰，將來解決這四個方面的問題，非常規錄井采集系統才能得到很好的發展，才能更好地推動非常規油氣的開采。

4 結語

隨著油氣開采難度的不斷增大，對鉆井技術和工藝的要求越來越高，只有全面優化升級鉆井技術才能保障鉆井的高速進行。而利用綜合錄井采集系統可以更加精準地采集和分析鉆井過程中的各項數據，有效評估鉆井的安全風險，提高鉆井的安全性，不斷優化鉆井參數，為經濟鉆井提供支持。隨著技術的不斷進步，綜合錄井參數精度越來越高、參數類型越來越豐富，對錄井參數采集系統的要求也越來越高。所以需要對錄井采集系統進行不斷的探索。