英公司研制光纖傳感系統實時顯示“井涌”動態

英國達納石油公司（Dana Petroleum）日前宣布，公司研發可實時顯示鉆井與完井過程中的“井涌（氣涌）”動態光纖傳感系統。

在鉆井和完井過程中，“井涌”與“井噴”是兩個關系油氣井安全的重要事件。在鉆井現場，作業者盡可能早期檢測并“量化”描述氣體井涌過程，這對于完成“井控”目標和防止井噴及保障油氣井安全至關重要。

達納石油公司研發人員利用分布式聲學傳感技術（DAS,Distributed Acoustic Sensor），和分布式溫度傳感技術（DTS,Distributed Temperature Sensor），可以實時“播報”井眼內多相流變化，現場作業人員可及時識別和驗證這些傳感技術中的變化特征（指紋），并告知現場鉆井司鉆及其他工作人員。

為及時、清晰地獲得井底“井涌”動態過程，考慮到石油鉆井流體力學和氣體動力學的復雜性，公司專家明確提出利用大學或科研機構的全尺寸石油設備進行試驗與分析。專家表示，只有這樣巨額資金投入與真實尺寸鉆井設備環境的再造，才可能正確描述與再現鉆井與完井過程中的井涌與井噴事件。

目前世界上只有美國路易斯安那州立大學具備全尺寸鉆井與完井井筒與環境實驗室，所以達納石油公司專家決定項目實驗在美國大學進行。

項目人員利用路易斯安那州立大學的“ PERTT（石油工程研究與技術轉讓）實驗室”完成相關試驗。這所大學實驗室為此專門進行設備與設施改造，重新安裝直徑為9-5/8英寸與深度為5200英尺（1450米）的井筒環境。科研人員還安裝分布式光纖（DAS和DTS）和4個永久壓力溫度計，實時感測和可視化井下井涌動態。他們進行了幾項實驗，包括通過化學注入管線注入氮氣井涌，以及在停滯和循環水中向下壓入2-7/8英寸的管道。

研發人員研究了實驗室5200英尺深度井眼流量、井涌大小和背壓變化。這些研究包括關井期間的氣體運移規律。研發人員還逐一分析井下采集DTS和DAS數據，以及沿井眼的4個不同深度處的表壓和溫度。專家還進行井下深層數據與鉆機的地面現場紀錄數據合并，并以此創建完整的實驗室報告圖片。

達納石油公司稱，研發人員使用此方法可以深入進行鉆完井中的井涌機理觀測與研究。

一是科研人員通過傳感器，可以立即看到（聽到）進入井筒的氣涌，當氣涌上升到地面時，可以實時追蹤氣涌前沿，從而可以檢測到氣涌，改進對氣涌大小的估計，并易于計算氣涌上升速度。二是科研人員發現井筒中所包含的氣體軸向分布是可見的，并提供了事件持續時間預測。三是科研人員發現通過可壓縮性動力學，可以實現DAS可視化，從而闡明氣泡和“段塞”尺寸，以及動力學過程細節，并且得出井筒內離散氣體完全循環溢出井筒時間。

達納石油公司專家認為，其在實驗過程堅持采集“全頻率”數據，不作任何濾波的做法，提高了井筒內氣泡尺寸真實性與增強了動力學數據的保真度。這些初步成果為鉆井同行進一步深入研究，包括使用井下傳感器進行實時立管氣體動態檢測與描述提供了有益的借鑒。