摘(zhāi)要：石油鑽探(tan)過程中，井控(kòng)工作關乎人(ren)員、設備、生産(chǎn)安全。及時😄、正(zheng)确發現溢流(liu)是井控安全(quán)預防的關鍵(jiàn)。石化油田結(jié)合目前常規(guī)的監測方式(shi)．高架槽上能(néng)夠減緩鑽井(jǐng)液波動💘、提升(shēng)溢流監測靈(ling)敏性的“雙擋(dang)闆”裝置和鑽(zuan)井液罐上的(de)減緩液面波(bo)動裝置并進(jin)行試驗，同❌時(shí)探索電磁流(liu)量計 在鑽井(jǐng)現場監測出(chū)口流量的應(yīng)用；在大量數(shù)據統計分析(xi)的基礎上。建(jian)立了溢流預(yù)警模型．智能(néng)監測溢流預(yù)警系統并在(zài)現場💋應用。結(jie)果表明，綜合(he)錄井目前溢(yì)流監測🔴方法(fa)相比，有效提(ti)高了溢流預(yu)報的及時性(xing)和準确性，應(ying)用效果良好(hǎo)。
0引言
　　井控安(ān)全是石油鑽(zuàn)井施工安全(quan)的重要保證(zhèng)，因爲大多數(shu)井從發現溢(yì)流到井噴持(chi)續時間隻有(yǒu)5～10min，有的時間更(geng)短☎️，甚至溢流(liu)和井噴同時(shí)發生，所以溢(yi)流越早發現(xiàn)越容易🏃‍♂️處理(lǐ)，并可避免引(yǐn)發井噴事故(gu)[1。2]。西北油田主(zhu)力區塊油藏(cáng)以縫洞型碳(tan)酸鹽岩‼️爲主(zhu)，具有“超深、高(gāo)溫、高壓、高礦(kuàng)化度”等特點(diǎn)，特别是順北(běi)、順南、順托區(qu)塊油氣“三高(gāo)”特征更加明(ming)顯，鑽進過程(chéng)中井控風險(xian)增大。在西北(bei)油田現場，主(zhǔ)要是利用安(an)裝在鑽井液(ye)出口處高架(jià)槽上和鑽井(jǐng)液循環罐上(shang)的超聲波液(ye)位傳感器錄(lu)取👉到的液面(miàn)高度變化數(shù)據來計算溢(yi)流量，通過綜(zōng)合錄井儀實(shí)時監測并設(she)置報警門限(xian)實現🚶‍♀️自動報(bào)警，同時🥵配套(tào)鑽機監視系(xi)統實🈚行專人(ren)輪值坐崗。
　　高(gao)架槽處鑽井(jǐng)液流動産生(shēng)的沖擊力和(hé)鑽井液循環(huan)罐攪拌🌂機攪(jiao)拌産生的液(ye)面波動會導(dao)緻超聲波♉傳(chuán)感器獲取的(de)數據存在誤(wù)差。綜合錄井(jǐng)儀軟件系統(tong)的異常預報(bào)，往往限于單(dan)參🤟數的超限(xiàn)提醒，一般采(cai)用的是阈值(zhí)法，即高低門(men)限設定報警(jing)[3]。由于報警邏(luo)輯簡單，在井(jing)場施工的‼️複(fu)雜環境下，可(kě)能發生誤‼️批(pi)造成操作人(rén)🔞員“報警麻木(mu)”。對此，中國石(shí)化西北油田(tian)從減緩、消除(chú)高♉架槽和鑽(zuàn)井液罐液面(miàn)波動及利用(yòng)綜合錄井儀(yi)智能㊙️監測溢(yì)流等方面人(ren)手。
l鑽井液循(xun)環系統減緩(huǎn)液面波動裝(zhuāng)置
　　出口流量(liang)和池體積是(shì)目前地面監(jiān)測溢流最重(zhong)妻的兩個📧參(cān)🍓數🧡，保證這兩(liang)項參數源頭(tóu)數據的準确(que)性對發現溢(yì)流至關重要(yào)。
1．1參數錄取準(zhǔn)确性影響因(yin)素
　　高架槽處(chu)(出口流量)：西(xi)北油田鑽井(jing)作業工區高(gao)架槽🔞的安裝(zhuang)坡👣度爲1。～3。，氣測(ce)錄井需安裝(zhuang)電動脫氣器(qi)，在👈距離📐緩沖(chong)罐0．5～1m處安裝擋(dang)闆，已達到能(neng)滿足電動脫(tuō)氣💘器正常工(gong)作的🥰狀态。鑽(zuàn)井液遇到擋(dang)闆🛀後液面升(shēng)高，當液面高(gāo)度與擋闆相(xiàng)同時，一部分(fen)鑽井液越過(guo)擋💛闆流向緩(huǎn)沖🈲罐，一部分(fèn)鑽井液則反(fan)向流動，導緻(zhi)擋闆前的鑽(zuan)井📐液液面産(chǎn)生波動，且出(chu)口流量監測(ce)波動非常明(míng)顯。
　　鑽井液罐(guan)處(池體積)：鑽(zuàn)井液罐上攪(jiao)拌機攪拌過(guo)程中會導緻(zhì)鑽井液液面(miàn)明顯波動，從(cóng)而使超聲波(bō)傳感器采集(jí)到的鑽井液(ye)池體積數據(ju)誤差及波動(dòng)較🔞大，影響池(chí)體積增量監(jian)測的準确性(xing)。
1．2減緩液面波(bo)動裝置研發(fā)
　　将高架槽處(chù)(出口流量)的(de)擋闆移至導(dao)管出口後方(fāng)0．5m處，爲☂️“擋闆1”(圖(tu)1、圖2a)，同時加裝(zhuang)“擋闆2”于脫氣(qì)器之後靠近(jìn)緩沖❌罐處。
　　“擋(dang)闆1”對從導管(guǎn)中流出的鑽(zuan)井液起到緩(huǎn)沖的作用，當(dāng)鑽💋井液流😘向(xiang)“擋闆2”時流速(sù)顯著減緩，以(yi)達到減緩💜液(ye)面波動的目(mù)的。調節擋闆(pǎn)的高度，使鑽(zuàn)井液和岩屑(xiè)可以從“擋闆(pǎn)1”底部的弧狀(zhuàng)通🤩道流出，降(jiang)低岩屑沉積(jī)的程度。

　　“擋闆(pan)2”由圖2b中展示(shi)的擋闆形态(tài)改進爲擋闆(pan)中間切割出(chu)一矩形通道(dao)，同時加裝兩(liǎng)塊挂闆(圖2c)。可(ke)以根據🆚泵排(pai)量有效調節(jie)鑽井液通過(guo)擋闆的寬度(du)，以實現鑽井(jing)液流量變化(hua)時液面高度(du)🆚有顯著變化(huà)，提升溢流監(jian)測的靈敏性(xing)。鑽井液排量(liang)大時，鑽井🏃液(ye)和岩屑可以(yǐ)從矩形通道(dao)流過，排量小(xiǎo)時，鑽井液和(he)岩屑從☂️擋闆(pan)2底部的弧形(xíng)通道通過。
　　根(gen)據U型管原理(li)，在鑽井液循(xun)環罐安裝池(chi)體積傳感🧡器(qi)的👄位📧置懸挂(guà)一根直徑約(yuē)爲30cm，長度小于(yu)鑽井液罐高(gao)度且底部能(neng)浸人💜鑽井液(ye)的鋼管，鋼管(guǎn)一側開一💰條(tiáo)寬約6cm的縱向(xiang)縫，鋼管内鑽(zuan)井液液面與(yu)鑽井液罐✂️中(zhong)的液面高度(dù)一緻；加工一(yī)個🏃🏻空心浮球(qiu)，在該球上方(fāng)焊一塊直🌈徑(jìng)略小于圓管(guǎn)内徑的圓💚形(xing)鐵闆，放置在(zai)鋼管内(圖3)，使(shi)池體積傳感(gǎn)器檢測平闆(pǎn)位置的高度(dù)，以消除鑽井(jing)液波動、消除(chú)氣泡對池體(ti)積傳感器監(jiān)🈲測數據的影(ying)響。

1．3減緩液面(miàn)波動裝置現(xian)場應用效果(guǒ)
1．3．1高架槽處雙(shuang)擋闆裝胃試(shi)驗
　　将“雙擋闆(pǎn)”裝置在高架(jià)槽上安裝後(hou)，超聲波液位(wei)傳🈲感器檢測(cè)到高架槽液(yè)面波動明顯(xian)減緩，出口流(liú)量監測數據(jù)趨于平穩(圖(tu)4)。通過反複試(shi)驗，證實“雙擋(dang)闆”能減緩高(gāo)架槽因鑽井(jǐng)液流動造成(cheng)的液面波動(dòng)影響，與安裝(zhuāng)原有擋闆的(de)情況相比，高(gāo)架槽内沉砂(shā)差🐅别不大，均(jun)可通過起下(xia)鑽期間清理(li)沉砂的方式(shi)消❌除其影響(xiang)。

　　兩口井分别(bie)在不同鑽井(jing)液排量下測(cè)試了原擋闆(pan)❌和改進後“雙(shuāng)擋闆”裝置的(de)出口流量變(bian)化值。通過測(cè)試數據發現(xian)當增加👄泵沖(chong)排量模拟溢(yì)流時，“雙擋闆(pan)”裝置的靈敏(mǐn)性🧑🏾‍🤝‍🧑🏼液面高🔞差(cha)比原擋闆有(yǒu)顯著增高(表(biao)1)。
1．3．2鑽井液罐處(chù)浮球式裝置(zhì)試驗
　　TP1井3号泥(ni)漿罐和4号泥(ni)漿罐安裝該(gāi)裝置前，監測(cè)數據曲線🏃🏻‍♂️呈(chéng)毛刺🍓狀，波動(dong)起伏明顯；安(an)裝該裝置後(hou)有明🙇‍♀️顯的改(gai)善🔴，曲線平穩(wen)🥰(圖5)。


2電磁流量(liàng)計系統現場(chang)試驗
　　電磁流(liú)量計已經成(chéng)熟應用于地(di)面管線測流(liú)量，原理爲法(fǎ)拉第電磁感(gǎn)應定律。由于(yú)測量方式不(bu)受流體溫度(dù)、壓💃🏻力、密度和(he)電導率變化(huà)的影響，其在(zài)複雜的鑽井(jǐng)液環境中，具(ju)有較強适應(yīng)性。
2．1系統組成(cheng)及特點
　　電磁(cí)流量計系統(tǒng)硬件部分主(zhǔ)要包括：電磁(cí)流量計💋2個，脫(tuō)氣器🎯、沉☂️砂助(zhu)推器各1台，防(fáng)爆控制櫃、采(cai)集機櫃🐅各1個(gè)，工控機1套(圖(tú)6)。電磁流量計(ji)系統監測必(bì)要條件：電磁(ci)流🔞量計需滿(mǎn)管測量，且前(qián)後要保持5D、3D(D爲(wei)電磁流量計(jì)直徑)的直管(guǎn)段。自動監測(cè)報警：選取人(rén)口流量和出(chu)口流量的差(cha)值設置報警(jing)門限，出☎️口大(da)于人口爲溢(yì)流，出口📧小于(yu)人口爲漏失(shī)，當二者差值(zhi)超❓過報警門(men)限時，系統顯(xiǎn)示報警。

2．2現場試驗
2．2．1現(xian)場安裝
　　鑽井(jing)液出、人口處(chù)均安裝三通(tong)，一旦系統出(chu)現異常，可以(yi)迅速恢複正(zheng)常生産。入口(kou)流量計安裝(zhuang)在鑽井液上(shang)水罐和鑽🚶‍♀️井(jing)液泵之間管(guan)線上，爲了滿(mǎn)足電磁流量(liang)計滿管測量(liàng)要求，流量計(ji)外觀設計爲(wei)U型管，需🈲在入(rù)口處挖出長(zhang)、寬、高分别爲(wei)3m、1．8m、3．3m的深槽(圖7)。出(chū)1：3流量計安裝(zhuāng)在防溢管和(he)緩沖槽👈之間(jian)，爲了滿足電(diàn)磁流量🐉計滿(mǎn)管測量要求(qiu)，也設計爲U型(xing)管(圖8)。
　　爲減少(shao)氣體對電磁(cí)流量計監測(ce)可能産生的(de)影響，在U型管(guan)🏃🏻頂端安裝脫(tuō)氣器；爲防止(zhi)U型管底部出(chu)現沉砂，在U型(xing)管底部🏃‍♂️安裝(zhuāng)防沉砂助推(tui)器。

2．2．2試驗(yan)條件
　　奧陶系(xi)灰岩地層鑽(zuàn)進施工，井深(shen)爲6193．00m，鑽井液低(dī)固相聚磺鑽(zuan)井液體系，密(mi)度爲1．17g／cm3。标定進(jìn)、出口流量計(ji)及采集機使(shi)其與實際泵(bèng)排量一緻，保(bǎo)證監測數據(ju)的準确性。
2．2．3試(shì)驗步驟
①溢流(liu)模拟：調節入(ru)口管線三通(tong)處閥門，使經(jīng)過入口處電(diàn)磁流量計的(de)流量從大變(bian)小，出口流量(liàng)保持不變，模(mo)拟溢流，觀⭕察(chá)系統報警情(qing)況。
②脫氣器試(shì)驗：打開和關(guan)閉脫氣器，對(dui)比出口處電(diàn)磁流量計監(jian)測數據的變(bian)化，分析氣體(tǐ)對電磁流量(liàng)計🥵的影🛀🏻響。
③氣(qì)侵模拟：從鑽(zuan)井井口四通(tōng)閥門間歇性(xing)注氣(8MPa氮氣)，模(mó)💜拟地㊙️層氣體(ti)逸出井121，觀察(cha)電磁流量計(ji)能否有效🚶‍♀️識(shi)别。
2．2．4試驗效果(guǒ)
　　經現場試驗(yàn)，電磁流量計(jì)監測出口流(liu)量時，鑽井液(ye)💯内氣體對監(jian)測數據無影(yǐng)響，流量變化(huà)時自動彈出(chū)報警界面，數(shu)據監測靈敏(mǐn)(耗時<3S)，能夠敏(mǐn)銳地發現氣(qi)侵，實現在鑽(zuan)井過程中發(fā)現溢流的目(mù)的。
3智能監測(ce)溢流預警系(xi)統
　　整理分析(xī)西北油田近(jìn)5年64口井87次溢(yì)流資料可知(zhi)，溢流主要☁️發(fā)⭐生💁在鑽進工(gōng)況下，提離井(jǐng)底、起鑽、劃眼(yan)溢流發生概(gài)率相近，下🌐鑽(zuan)工況相對安(ān)全。從參數變(bian)化情況看，在(zai)發生的溢流(liu)事件中出口(kǒu)流量、池體積(ji)、氣測值都發(fā)生了異常變(bian)化，而立壓異(yì)常概率接近(jin)50％，鑽時、出15密度(dù)、出✂️口電導率(lǜ)異常概率約(yue)爲30％，其他參數(shu)變化概率較(jiao)低🌈[4]。
3．1基礎判斷(duan)規則
　　依據溢(yi)流的成因及(jí)誘發因素，對(dui)溢流事件進(jin)行早期預💰警(jing)和核實報警(jing)。早期預警指(zhǐ)通過參數基(jī)值運💛算和參(can)數異常時間(jiān)判斷功能剔(tī)除單參數假(jia)異常，做到單(dan)參數預🐪警提(tí)醒的及時💃🏻性(xing)和準☔确性，針(zhen)對鑽時模塊(kuài)、氣測值模塊(kuài)💞、立壓模塊、高(gāo)壓模塊(立壓(yā)上升同時懸(xuan)重下降)、出口(kǒu)流量模塊、池(chí)體積模塊進(jin)行早期預警(jing)提醒。核實報(bao)警是在出口(kǒu)流量、池體積(jī)參數同時增(zēng)加時判斷爲(wèi)溢流，溢流模(mo)塊報警。一旦(dàn)出現能夠誘(yòu)發溢流或是(shi)溢流前兆的(de)異常即進行(háng)早期預警，在(zài)與🚩溢流直接(jie)相關的多參(cān)數發生異常(cháng)後則進行核(hé)實報警，基礎(chu)判斷🏒規則如(ru)表2所示[4]。
3．2數據(ju)處理分析方(fang)法
　　對各類原(yuán)始的工程參(cān)數進行二次(ci)處理(如平均(jun1)值🧑🏽‍🤝‍🧑🏻、變化率🎯、振(zhèn)✨幅☔計算)與分(fen)析，比原始值(zhí)能更直接地(di)反映鑽☔井異(yì)常的變化狀(zhuang)态，也能有效(xiào)發現濾除噪(zao)聲👨‍❤️‍👨等非事故(gu)因素引起的(de)參數異常變(bian)化，提高預警(jing)的有效性和(he)準确性；在數(shù)據處理後建(jian)立參數的實(shi)時🈚背景基線(xiàn)，以此爲基準(zhǔn)實現對參數(shù)的動态連續(xù)監測與分析(xi)，進而根據人(ren)工設定的正(zhèng)常變化阈值(zhí)判斷參數是(shi)否發生異常(cháng)，如圖9所示[43。


3．3特(tè)殊變量引入(ru)
　　引入時間窗(chuang)：界定參數超(chāo)限時長的異(yì)常判斷标準(zhun)，排🚶除參數正(zheng)常波動變化(huà)，假定參數超(chāo)限時長标準(zhǔn)爲t。，如圖10所示(shi)，如果參🐇數超(chāo)過異常阈值(zhi)上限的時間(jiān)(￡)小于定義的(de)超🌈限标準時(shi)間參數t。，則視(shi)爲未發生異(yì)常。
　　引入權重(zhòng)系數：在多參(cān)數的綜合判(pan)斷中，根據現(xiàn)場情況定義(yi)各參數的權(quan)重系數，其中(zhōng)持續、關鍵的(de)參數作爲必(bi)要參數，在多(duo)參數判斷中(zhōng)占主導地位(wei)，提高相應🌐參(cān)數在☂️判斷中(zhong)的比重設置(zhi)(如高壓油氣(qì)井适當增加(jiā)立壓和懸重(zhong)的權重)。西北(bei)工區根據油(you)氣⭐層類型設(shè)置了5種參數(shù)權重配置(表(biao)3)。

3．4起下鑽灌漿(jiang)返漿情況監(jiān)測
　　起、下鑽工(gōng)況下，針對灌(guan)漿、返漿情況(kuàng)建立監測機(jī)制，獲🌈取灌漿(jiāng)罐與鑽具體(ti)積參數，對比(bǐ)灌漿、返漿量(liang)與鑽具排替(tì)理論量，判斷(duàn)起、下鑽過程(chéng)中是否發生(sheng)溢流。其計算(suàn)公式如下：
Vg—V2一(yi)V1；V。一Vd；V。一Vg—V。+n
即：V。一V2一(yī)Vl—Vd+，2
　　式中：V。爲實際(ji)灌漿、返漿量(liang)，m3；V。爲灌漿罐靜(jing)止體積，m3；V。爲灌(guàn)漿罐變化至(zhì)再次靜止的(de)體積，m3；V。爲鑽具(ju)排替體積，m3；V。爲(wèi)🔴鑽具體積(根(gen)據情況可能(néng)爲壁厚體積(jī)或外徑體積(ji))，m3；V。爲實際🎯與理(lǐ)論差值，m3；卵爲(wèi)系統誤差常(chang)🔞量值，m3。
3．5溢流預(yu)警系統框架(jià)設計
　　軟件系(xi)統模塊化、組(zǔ)件化、開放式(shì)設計，具有良(liang)好的☂️可維護(hù)和🌈可擴展能(néng)力。該系統主(zhǔ)要由數據采(cǎi)集接口插💋件(jiàn)、數據處理模(mó)塊、預警模型(xing)框架、主程序(xù)框架及數據(jù)庫構成⚽，如圖(tu)11所示‘4I。

　　現場應(yīng)用中，通過綜(zōng)合錄井儀數(shù)據接口插件(jiàn)獲取實時數(shù)據🔅，軟件系統(tong)對實時數據(jù)進行同步處(chu)理分析，根據(ju)當💔前工👅況将(jiāng)處理後的數(shu)據自動輸入(ru)預警模型進(jin)行綜合判斷(duan)，随後輸出系(xi)統判斷結果(guo)進行人機交(jiao)互，在交互的(de)🛀過程中，實現(xian)系統參數與(yu)預警模型的(de)進一步修正(zheng)完善[4’6]。
4現場應(ying)用
　　該系統在(zai)西北油田16口(kǒu)井進行了現(xian)場部署應用(yòng)，累計運行562d，能(néng)‼️夠較準确地(di)識别真、假溢(yi)流。通過合理(lǐ)的參數‼️配置(zhi)，能夠有效排(pái)除易引起誤(wù)報的異常，如(ru)鑽✉️井參數的(de)變化、傳感器(qi)電磁幹擾等(deng)因素造成的(de)參數變化。
4．1應(yīng)用情況1
　　TK915—12H井在(zai)2025年12月13日22：24鑽進(jìn)至井深6078．15m，出口(kou)流量從19．03％上升(sheng)至50．42％，總池體積(jī)從🍉116．34m3上升至116．62m3。值(zhí)班人及時通(tong)知司鑽和鑽(zuàn)井隊工程師(shi)，鑽井隊于22：26成(cheng)功關井，關井(jing)套壓爲1．0MPa，溢流(liu)量0．28m3。智能預警(jǐng)系統及時監(jiān)測到出口流(liu)量異常，并實(shí)時跟蹤🔞發展(zhǎn)态勢，較綜合(he)錄🐆井儀提前(qian)49S報警，爲鑽♋井(jǐng)隊及時處理(lǐ)井内工程複(fu)雜赢得寶貴(guì)時間。
4．2應用情(qing)況2
　　TK915—12H井正常鑽(zuàn)進過程中，接(jiē)單根時綜合(he)錄井儀由于(yu)停🔴開泵各相(xiang)🐅關參數會頻(pín)繁報警，尤其(qí)停泵後總池(chi)體積由于管(guan)線回流會明(míng)顯💰增加，開泵(bèng)後鑽井液泵(bèng)入🐉井筒過程(chéng)中總池體積(jī)會明顯減少(shao)。由于該系統(tong)能智能識别(bie)停開泵時各(gè)相關參☂️數的(de)變化，未發生(sheng)頻繁報警。
5結(jié)論
①高架槽“雙(shuang)擋闆”裝置不(bú)僅對高架槽(cao)液面波動能(néng)夠起到❓很好(hao)的減緩作用(yong)，還可以更加(jia)靈敏地反映(ying)高架槽出口(kou)流量變化，第(di)一時間發現(xian)井漏或溢流(liú)。
②鑽井液罐減(jiǎn)緩液面波動(dòng)裝置的試驗(yan)表明，利用U型(xing)管原理⛷️能夠(gou)有效減緩使(shǐ)用鑽井液攪(jiao)拌機引起的(de)液面波動，浮(fu)球式的🌈裝置(zhì)改進進一步(bù)有效解決了(le)管内氣泡積(ji)聚的問題🐇，實(shi)現了井漏或(huo)溢流發生時(shi)鑽井液體積(ji)變化量數據(ju)的正确測量(liàng)。
③上述兩種裝(zhuang)置保證了源(yuan)頭數據的準(zhǔn)确錄取，能夠(gou)更加有效監(jiān)測溢流。
④電磁(cí)流量計監測(ce)數據準确，比(bǐ)目前監測溢(yi)流的方✉️式更(geng)加📧靈敏❓，但其(qí)安裝受場地(di)條件限制，且(qie)起、下鑽情況(kuang)下溢🈲流的🔞監(jiān)測有待進一(yī)步研究。
⑤智能(neng)監測溢流預(yu)警系統能夠(gou)對錄取數據(ju)進行二🔞次分(fen)㊙️析，實時調整(zheng)參數基值，且(qiě)引入時間窗(chuāng)和參數🔞權重(zhòng)等變量，能♻️夠(gou)更加及時、準(zhǔn)确地判斷是(shi)否發生💋溢流(liu)，能夠有效減(jiǎn)少“誤報”的次(cì)數，具有一定(dìng)的推廣意義(yi)。

以上内容源(yuan)于網絡，如有(you)侵權聯系即(ji)删除!