綜合錄井技術(shù)在鉆井工程事故監(jiān)測和預(yù)報中的作用韋世杰鉆井事故

1、綜合錄井技術(shù)在鉆井工程事故監(jiān)測和預(yù)報中的作用韋世杰鉆井事故發(fā)生的可能性時刻伴隨著鉆井作業(yè)的整個過程，因而它是影響鉆井安全的主要因素。鉆井技術(shù)誕生以來，從事鉆井技術(shù)的專 家們和現(xiàn)場的工程技術(shù)人員就不斷摸索和探討著避免和減少鉆井事 故的各種方法，也積累了不少成功的經(jīng)驗。但因這些方法和經(jīng)驗大多 靠人的感覺和指重表、泵壓表的顯示進行定性判斷，因而及時性和準 確度都不高，更談不上對鉆井事故的監(jiān)測和預(yù)報。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展，綜合錄井儀逐步發(fā)展起來，它是應(yīng)用于隨鉆錄井的一門技術(shù)，使 鉆井作業(yè)的全過程處于儀器的全天候監(jiān)控之中， 實現(xiàn)了對鉆井事故的 連續(xù)監(jiān)測和量化的分析判斷，后期的被動發(fā)現(xiàn)到先期的主動預(yù)報。

2、 它 在油氣檢測、油氣層評價、優(yōu)化鉆井、保護油氣層和做為甲方賦予的 部分監(jiān)督職能等方面都起著重要的作用，特別是在監(jiān)測和預(yù)報鉆井事 故，保證鉆井安全方面起到了鉆井“眼睛”的作用。因為它具有以下幾 個方面的顯著特點：實時性：通過自動監(jiān)控手段，將鉆井施工中各參數(shù)變化以及設(shè)備 動態(tài)情況真實、實時的顯示出來，達到直觀的效果。及時性：根據(jù)各項錄井參數(shù)的變化，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常，分析異 常，并及時提供解決方法及下步施工意見。準確性：綜合錄井儀的測量探頭具有較高的測量精度， 各項參數(shù) 的細微變化均能真實反映出來，因此能準確的測量出參數(shù)的變化情況。指導(dǎo)性：綜合錄井所錄取的資料可以作為同一地區(qū)其它井施工中 重要的參

3、考依據(jù)，具有廣泛的指導(dǎo)作用。一：綜合錄井儀檢測的主要鉆井工程參數(shù)各類綜合錄井儀，雖然配備不同，但它在鉆井工程方面有以下幾 項主要功能：1、 流量檢測流量檢測一般采用出口流量檢測。出口流量檢測一般采用靶式流量計， 該儀器能定性的測量出口流 量的相對變化。在初始階段，將靶式流量計的值調(diào)校值與進口流量值 相等，通過觀察靶式流量計的流量的相對變化， 即可確定井下鉆井液 的返出情況。另外也可以在架空曹上面安裝超聲波傳感器探測液面高 低。2、 泵壓檢測通過安裝在井架立管上面的立壓傳感器可以實時測量泵壓的變 化，以判斷井下異常情況。3、 轉(zhuǎn)盤扭矩檢測在鉆井過程中，實時地反映鉆機的轉(zhuǎn)盤扭矩，數(shù)據(jù)實時顯示，具

4、有模擬輸出和數(shù)據(jù)輸出功能，能適時對超限扭矩進行報警和報警信號 輸出。一般根據(jù)鉆機型號分為機械和電扭矩，機械扭矩受影響較多， 目前多數(shù)鉆機轉(zhuǎn)盤為電驅(qū)動，故采用電扭矩居多。4、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速能實時記錄和顯示轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的變化， 便于觀測優(yōu)選鉆井參數(shù)對應(yīng) 效果。5、 大鉤負荷檢測用于實時檢測大鉤負荷和鉆壓的變化，并能及時進行負荷超限、 溜鉆和短鉆具等異常報警。6、 井深/鉆時檢測能對井深及鉆時自動測量，并配置有多種采樣方式及采樣間隔， 適宜在不同的地質(zhì)條件下錄井。7、 鉆井液密度檢測 能實時連續(xù)地檢測入、出口鉆井液密度的變化情況。8、 鉆井液體積檢測通過對泥漿罐鉆井液體積變化的測量， 實時觀測參與循環(huán)的鉆井

5、液增減變量，便于判斷井漏、井涌或跑冒鉆井液等情況。二、 鉆井參數(shù)的預(yù)報與檢測 綜合錄井儀連續(xù)監(jiān)測和記錄的主要鉆井參數(shù)包括：大鉤負荷、鉆 壓、立管壓力、泵沖、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤扭矩/電扭矩、流量、鉆時、體積等。鉆井工程事故包括鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的刺漏、 刺泵、堵塞、掉水眼； 鉆具的遇阻、遇卡、溜鉆、斷鉆具和鉆頭掉牙輪等。1、鉆井參數(shù)異常的判斷綜合錄井儀所檢測的參數(shù)異常變化與工程事故有著直接或間接 的關(guān)系，它是進行工程異常預(yù)報的依據(jù)（表1）表1鉆井工程參數(shù)異常變化事故類型大鉤負荷鉆壓立管壓力泵速扭矩流量鉆速鉆井成本刺鉆具下降上升增大減小掉水眼下降上升減小增大堵水眼增大下降減小增大溜鉆減小增大增大遇阻減小卡

6、鉆增大斷鉆具減小減小增大減小增大鉆頭后期波動增大減小增大井壁垮塌增大/減小增大增大減小2、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)異常的監(jiān)測與預(yù)報鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的異常有鉆具的刺漏、地面刺泵或高壓管線刺漏、掉水眼、堵水眼等幾種情況，能夠直接反映循環(huán)系統(tǒng)異常的參數(shù) 是立管壓力。在大排量、高泵壓、高壓噴射鉆井以及鉆井液含砂量過 高時，易于發(fā)生循環(huán)系統(tǒng)刺漏事故。如果這種異常不及時處理，有可 能逐漸加劇而造成斷鉆具的大事故。掉水眼和堵水眼均會導(dǎo)致鉆井施 工無法繼續(xù)進行的后果，影響鉆井時效。對鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的異常情況進行判斷依據(jù)的參數(shù)是泵速、立管壓力。正常情況下泵速和立管壓力是成正比關(guān)系。當(dāng)泵速恒定時，如 果循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生刺漏，立管

7、壓力會呈現(xiàn)趨勢性的下降，流量有可能上 升；遇到堵水眼的情況，會出現(xiàn)“鱉泵”，發(fā)生立管壓力陡升或是趨勢 性升高的現(xiàn)象。3、 鉆具重量系統(tǒng)異常的監(jiān)測與預(yù)報鉆具重量系統(tǒng)的異常包括鉆具遇阻、遇卡、溜鉆、斷裂等情況。 反映鉆具重量系統(tǒng)異常的參數(shù)有大鉤負荷、鉆壓、扭矩等。當(dāng)起下鉆遇阻、卡時，大鉤負荷增大或減小，此時鉆具旋轉(zhuǎn)困難，扭矩值增大，開泵立壓較高。阻卡現(xiàn)象發(fā)生在鉆頭部位的較多，但當(dāng) 其它參數(shù)組合不妥當(dāng)時，鉆具其他部位也會發(fā)生阻卡，如壓差式卡鉆 等。溜鉆或頓鉆時大鉤負荷陡降，鉆壓陡升，大鉤高度陡降，出現(xiàn)快 鉆時放空的假象，扭矩陡升，立壓上升，如果處理不及時，會導(dǎo)致嚴 重后果。斷鉆具時大鉤負荷下降，下降

8、幅度視落井鉆具多少而異。在發(fā)生 斷鉆具前多有預(yù)兆，如立壓下降，扭矩擺動等，及時把握異常信息是 成功避免鉆具斷裂的關(guān)健，如果鉆具因疲勞、氫脆等原因發(fā)生突然斷 裂，則無法及時提出預(yù)告，但可以及時發(fā)現(xiàn)、處理。4、 快鉆時、放空的監(jiān)測和預(yù)報在砂泥巖剖面中鉆達儲層或鹽層時出現(xiàn)鉆時加快現(xiàn)象，在碳酸鹽巖剖面中鉆達縫洞發(fā)育的儲層段時，會發(fā)生放空，出現(xiàn)鉆時加快現(xiàn)象。 錄井參數(shù)表現(xiàn)為大鉤負荷值、鉆壓值、扭矩均有較大幅度的擺動，泵 壓也會有波動。在經(jīng)過一個遲到時間后，如果鉆遇油氣層，氣測系統(tǒng) 會有油氣顯示；如果鉆遇鹽層，鉆井液發(fā)生鹽侵，會出現(xiàn)電導(dǎo)率上升的現(xiàn)象；如果鉆遇水層，可能有水侵現(xiàn)象發(fā)生。對快鉆時、放空及時 預(yù)

9、告可以使工程施工人員有充分的時間進行準備，處理井涌、井噴、 井漏、鹽水侵、油氣侵等可能發(fā)生的情況。5、 鉆頭壽命的判斷鉆頭是實施鉆進的關(guān)鍵工具，鉆頭的工作情況直接影響著鉆井施 工的進度，在正常情況下，鉆頭用一定時間后，鉆頭趨于老化，無法 繼續(xù)承擔(dān)鉆進任務(wù)。錄井參數(shù)會有一系列的變化，因為鉆頭牙齒的磨 損，鉆頭的破碎能力下降，鉆時變慢，鉆進成本開始升高；牙輪鉆頭 軸承的磨損，轉(zhuǎn)動不靈活，導(dǎo)致扭矩值顯示異常波動。及時準確捕捉 鉆頭使用信息可以避免掉牙輪事故的發(fā)生，提高鉆井施工時效。6、 井壁垮塌鉆井施工過程中，井壁垮塌一旦出現(xiàn)，鉆具的上提下放有阻卡現(xiàn) 象，錄井參數(shù)表現(xiàn)為立管壓力升高，扭矩曲線不正常，

10、巖屑錄井樣品 可見大量掉塊。井壁垮塌嚴重時會影響鉆井施工，因此需要及時發(fā)現(xiàn) 并預(yù)告，及時調(diào)整鉆井液參數(shù)，使施工順利進行。三：鉆井液參數(shù)異常預(yù)報鉆井液參數(shù)包括鉆井液的出入口密度、溫度、電導(dǎo)率、流量、鉆 井液體積等。鉆井液參數(shù)的變化通常直接反映井下地層流體的活躍情 況及井筒壓力與地層壓力的平衡情況，重視鉆井液參數(shù)異常的預(yù)報， 可以避免井噴、井漏等重大事故的發(fā)生，及時處理油氣侵、鹽侵、水 侵，為順利施工創(chuàng)造條件（表2）。表2鉆井液參數(shù)異常變化事故類型全烴進/岀口密度H2CO2進/岀口溫度進/出口電導(dǎo)率總體積岀口流量井涌增大減小升高減小增大增大井漏減小減小鹽侵增大增大油氣侵增大減小升高減小增大增大水侵

11、減小增大增大增大增大地溫異常增大1、井漏的檢測和預(yù)報井漏是當(dāng)井筒鉆井液液柱壓力大于地層壓力時， 鉆井液從井筒漏 入地層的一種現(xiàn)象。形成井漏的原因主要有以下幾種：(1)鉆入裂縫、孔洞發(fā)育的碳酸鹽地層或高孔隙度的碎屑巖地 層，鉆井液液柱壓力大于地層壓力。(2)鉆井液密度過高，井眼內(nèi)液柱壓力大于地層破碎壓力將地 層壓裂造成井漏。(3)下鉆過程中，由于沖擊壓力或鉆具破壞井壁泥餅造成井漏。井漏是鉆井工程中較復(fù)雜的問題之一，也是引發(fā)其它重大事故的 重要隱患。如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施進行控制，有可能直接導(dǎo)致 井壁垮塌、卡鉆，也可能導(dǎo)致地層壓力失控，造成井漏或井噴等事故。對鉆井液體積的連續(xù)觀測記錄很容易發(fā)線

12、井漏現(xiàn)象，綜合錄井儀 實時檢測與井漏相關(guān)的各項參數(shù)的變化，并連續(xù)準確計量鉆井液體 積，可直接反映出參數(shù)的趨勢性變化，又快又準的判斷井漏的發(fā)生； 在掌握了區(qū)域地層資料和鄰井資料的情況下， 抓住井漏前預(yù)兆，可更準確預(yù)報井漏。在鉆進過程中，進行井漏檢測和預(yù)報的依據(jù)是鉆井液 總體積、鉆井液出入口流量的變化情況；在起下鉆過程中，檢測井漏 的依據(jù)是監(jiān)測應(yīng)灌入鉆井液體積數(shù)量和應(yīng)反出的鉆井液體積數(shù)量，判斷井漏是否發(fā)生。2、井涌的監(jiān)測和預(yù)報井涌是在地層壓力大于鉆井液液柱壓力的情況下， 地層流體持續(xù) 進入井筒，與鉆井液一同溢出井口的現(xiàn)象。井涌發(fā)生的原因主要有以 下幾點：(1)鉆遇異常高壓地層，地層壓力驅(qū)動地層流體

13、進入井筒造成 井涌。(2)在井底壓力近平衡狀態(tài)時停止循環(huán)， 作用與井底地層的循 環(huán)壓力消失，地層流體進入井筒造成井涌。(3)起鉆時未按規(guī)定灌鉆井液使井筒液面下降， 鉆井液液柱壓 力減小到不能平衡地層壓力時，地層流體進入井筒造成井涌。(4)井漏時鉆井液補充不足使井筒液面下降或補充的鉆井液密度不足以平衡地層壓力，地層流體進入井筒造成井涌。(5)鉆井液因為地層流體不斷侵入而造成密度降低， 密度降低 又導(dǎo)致了地層流體的入侵速度加快，最終造成井涌。(6)起鉆時，特別是鉆頭出現(xiàn)“泥包”時或使用PDC鉆頭時， 抽吸作用誘發(fā)井涌。(7)鄰井采油實施注水開發(fā)，導(dǎo)致了地層流體侵入本井。使用綜合錄井儀對井涌進行檢測

14、和預(yù)報， 按照發(fā)現(xiàn)時間的早晚可以分為四個階段：早期預(yù)報、臨涌期預(yù)報、上返期預(yù)報、井口發(fā)現(xiàn)早期井涌預(yù)報分為鉆前異常預(yù)報和隨鉆異常預(yù)報兩種。鉆前異常預(yù)報是通過對區(qū)域地質(zhì)資料、地震資料、鄰井資料進行分析后，確定 可能發(fā)生井涌的層位和井段進行鉆前交底； 隨鉆早期預(yù)報是通過隨鉆 地層壓力檢測，發(fā)現(xiàn)下部地層存在異常壓力的信息， 預(yù)報可能發(fā)生的 井涌。早期井涌預(yù)報可以為及時處理井涌提供充分的思想準備和物質(zhì) 準備。臨涌期預(yù)報是捕捉井涌預(yù)兆，在發(fā)生井涌前發(fā)出預(yù)報。如氣體檢 測單根峰增大、氣測基值升高、后效氣升高、停泵氣顯示升高、地層 壓力檢測異常、地溫升高、泥巖密度減小、鉆井中的蹩跳現(xiàn)象、快鉆 時或放空現(xiàn)象，這

15、些情況的出現(xiàn)均是有可能發(fā)生井涌的預(yù)兆。上返期預(yù)報是在地層流體涌入井眼時以及在上返過程中，及時發(fā)現(xiàn)井涌信息進行的預(yù)報。在這一階段有立壓小幅度下降，出口流量增 加，總體積增加等較為明顯的特征，這些參數(shù)的異常變化在地層流體 進入井筒的同時就能表現(xiàn)出來，抓住這些參數(shù)的異常變化發(fā)現(xiàn)井涌， 能為控制井涌爭取時間。井涌的井口發(fā)現(xiàn)是在地層流體涌出井口時， 依靠遲到參數(shù)發(fā)現(xiàn)井 涌。這時的參數(shù)特征為流量增大，氣測值大幅度上升，電導(dǎo)率增加（水 侵時）或減?。ㄓ蜌馇謺r），鉆井液密度降低，總體積增大等。此時 發(fā)現(xiàn)井涌雖為時已晚，但也能為緊急控制井涌爭取一點時間。地層流體類型不同，地層壓力與井筒壓力壓差幅度不同， 所表現(xiàn)

16、 出的預(yù)兆是不完全一樣的。進行井涌預(yù)報要重視早期預(yù)報，重點監(jiān)測發(fā)現(xiàn)臨涌期信息，注重上返期信息，做好井口發(fā)現(xiàn)工作及時補救，力求快速準確地預(yù)報和發(fā)現(xiàn)井涌。3、 鹽侵的監(jiān)測和預(yù)報鹽侵是在鉆遇含鹽膏地層時，由于鹽類的水溶性，遇到水基鉆井 液時溶解在鉆井液中對鉆井液造成污染， 導(dǎo)致鉆井液性能的變化。同 時，含鹽膏地層在受到鉆井液侵泡時會發(fā)生膨脹， 已鉆開的鹽膏層在 上覆地層壓力的作用下會發(fā)生塑性流動， 造成井眼縮徑，可能導(dǎo)致鉆 具阻卡乃至卡鉆事故的發(fā)生，因此對鹽侵進行檢測和預(yù)報是很有實用 價值的一項工作。對鉆井液鹽侵進行檢測和預(yù)報所依據(jù)的主要參數(shù)是鉆井液電導(dǎo) 率。鉆入鹽膏層時，鉆速加快，當(dāng)出現(xiàn)鹽侵時，電

17、導(dǎo)率上升，上升幅 度視鹽侵程度不同而有差異，使用淡水鉆井液時巖屑錄井取樣可見鹽 垢。鉆具上提下放過程中會出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象，超拉力變化明顯，幅度較 大。4、 油氣水侵的檢測和預(yù)報油氣水侵時地層壓力大于鉆井液液柱壓力的情況下， 儲集層中的 油、氣、水進入鉆井液，影響鉆井液性能的一種現(xiàn)象。油、氣、水相對于鉆井液而言，均是密度較低的流體，當(dāng)發(fā)生油 氣水侵時，會導(dǎo)致鉆井液密度下降，進一步減小作用于井底鉆井液液 柱壓力，使油氣侵進一步加劇。如果不及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，會導(dǎo)致 地層壓力失控，造成井涌、井噴等惡性事故的發(fā)生。如果有油氣水侵發(fā)生時，綜合錄井參數(shù)會有一系列的變化，大鉤負荷增大，鉆井液密度減小，氣測烴類檢

18、測異常。油氣侵時電導(dǎo)率降低，水侵時電導(dǎo)率增大，增大幅度視地層水礦化度而異，鉆井液體積 增加，出口流量增加。如果地層壓力高于鉆井液液柱壓力過大，油氣 水侵會迅速發(fā)生，出現(xiàn)井涌現(xiàn)象。5、地溫異常的檢測和預(yù)報地溫異常是指地溫梯度偏離正常地溫梯度值的現(xiàn)象。 通常情況下正常的地溫梯度為3C/ 100m。在油氣勘探中，地溫梯度高于平均 值的現(xiàn)象是具有重要的意義， 這種情況可以指示下伏地層異常高壓的 存在。用于檢測地溫異常的參數(shù)是鉆井液溫度， 在鉆井施工過程中， 通 過密切注意鉆井液溫度的變化趨勢， 可以推測地溫的變化情況， 判斷 下伏地層是否存在欠壓實地層。四：異常地層壓力的檢測和預(yù)報異常地層壓力是指在任

19、何深度上的地層壓力值偏離正常靜水壓 力值的現(xiàn)象。在油氣勘探中超壓比低壓更為常見， 異常超壓常常會導(dǎo) 致井涌、井噴、井垮、卡鉆等多種鉆井工程事故的發(fā)生，因此需要高 度重視。異常地層壓力的形成原因有多種， 對某一特定環(huán)境的異常地層壓 力而言，它可能是某一種或是幾種因素綜合作用的結(jié)果， 這些因素有： 地層流體壓力、儲集層構(gòu)造、儲集層再加壓、沉積速度和沉積環(huán)境、 古壓力、構(gòu)造活動（包括刺穿作用如泥火山、鹽丘、砂巖墻等） 、透析作用、成巖作用、區(qū)域性塊狀鹽巖沉積、 熱力學(xué)和生物化學(xué)作用等。在異常高壓存在時，進行地層壓力檢測的目的是在鉆穿含有異常 高壓的滲透性地層時，采用合適的鉆井液密度，平衡地層流體壓力

20、。 過低的鉆井液密度會因地層流體壓力得不到控制而發(fā)生井涌、井噴事故；過高的鉆井液密度會降低機械轉(zhuǎn)速，引起井漏或壓差式卡鉆。在鉆井施工現(xiàn)場進行地層壓力檢測所使用的錄井參數(shù)有：鉆時、扭矩、超拉力、dc指數(shù)、氣體參數(shù)、鉆井液密度、溫度、流量、電 導(dǎo)率、井眼溢流觀察情況、鉆井液體積、泥巖密度、巖屑形狀大小等。l、dc指數(shù)法檢測地層壓力de指數(shù)法檢測地層壓力是在考慮了鉆頭類型和磨損影響因素的情況下，采用d指數(shù)原理，以壓實理論為基礎(chǔ)，預(yù)測地層壓力的方 法。在實際應(yīng)用中應(yīng)及時剔除正常壓力趨勢指數(shù)des中的不合理數(shù) 據(jù)。如在膏鹽層井段、井底不干凈、糾斜吊打、磨進、取心、鉆頭磨 合期和磨損后期、鉆遇裂縫性地層、斷層等不整合面、水力參數(shù)變化 大等情況下應(yīng)剔除不合理的檢測數(shù)據(jù)。de指數(shù)檢測法是建立在純泥巖地層的基礎(chǔ)之上的， 實際工作中 純泥巖地層很少，但只要選擇正常壓實條件下較為均勻，巖性較為單 一的泥巖地層作為參考，就可以得到較