鉆井作業(yè)中需要監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)傳輸井下信息，以便快速作出反應(yīng)，防止井噴、失控事故發(fā)生所帶來(lái)的損失。但在實(shí)際操作中，特別是復(fù)雜井中相關(guān)信息很難及時(shí)獲取并正確反映。威德福國(guó)際公司的安全鉆井監(jiān)控系統(tǒng)把實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)井控技術(shù)與閉環(huán)鉆井系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，該系統(tǒng)自2006年引進(jìn)以來(lái)，已在全球應(yīng)用40多次，使一些難井控的“不可鉆井”變成正常井。
安全鉆井監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)
實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的主要設(shè)備是閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)，由安裝在防噴器組頂部的旋轉(zhuǎn)控制裝置組成，地面控制環(huán)空流體流量在很大程度上控制井底壓力參數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)的末端，系統(tǒng)同樣提供準(zhǔn)確及時(shí)的信息，在鉆井液入井途中測(cè)量流量、立柱壓力和密度，環(huán)空返出的泥漿通過(guò)自動(dòng)節(jié)流管匯，調(diào)整系統(tǒng)回壓大小。管式流量計(jì)和傳感器以每秒3次的頻率實(shí)時(shí)采集質(zhì)量流量、體積流量、鉆井液比重和溫度數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)的智能控制裝置運(yùn)用專(zhuān)門(mén)算
法來(lái)辨別井底微量流體侵入和泥漿漏失，將這些微小變化與井的水力模式對(duì)比，在操作儀表盤(pán)顯示并傳送到智能控制器，從而調(diào)整自動(dòng)節(jié)流閥的設(shè)置。除積極自動(dòng)井控外，通過(guò)測(cè)量鉆井液密度可直接提供氣侵、重晶石沉降和巖屑沉積信息。
只需增加幾個(gè)小體積部件便可達(dá)到控制效果，并能與標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)有機(jī)結(jié)合。擁有特殊監(jiān)控技術(shù)的閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)可提供控制功能，常用于提示人們發(fā)生井涌或進(jìn)一步完善控壓鉆井工藝，為復(fù)雜井安全快速鉆進(jìn)提供有效手段，甚至為高難鉆井提供技術(shù)參考。
監(jiān)控系統(tǒng)井控的優(yōu)越性
綜合控制能力 閉環(huán)鉆井系統(tǒng)可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)流體流量、井下溫度、井底壓力和鉆井液密度等信息，并自動(dòng)計(jì)算，為自動(dòng)控制節(jié)流閥提供數(shù)據(jù)，達(dá)到控制當(dāng)量循環(huán)密度的目的，控制當(dāng)量循環(huán)密度能使常規(guī)鉆井很容易轉(zhuǎn)換為控壓鉆井，完善井控方案，提高井控效率。這種綜合能力在復(fù)雜井眼條件下可提供更好的控制手段，包括解決普通井控難題的獨(dú)特能力。例如連續(xù)獲取并處理鉆井液量增減變化數(shù)據(jù)，可有效區(qū)分正常膨脹和井涌。
控壓鉆井工藝具備監(jiān)控能力，使其具有閉環(huán)鉆井系統(tǒng)和幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，使許多復(fù)雜井和“不可鉆”井變成可鉆井。碳酸鹽巖油藏及高溫高壓井和窄鉆井壓力范圍井最需要控壓鉆井技術(shù)。
井底精確控壓 在恒定井底壓力鉆井時(shí)，深層井段采用控壓鉆井方法可精確控制當(dāng)量循環(huán)密度，以保持合適的井底壓力。在壓力范圍很窄時(shí)，自動(dòng)監(jiān)控功能將大大增加鉆井施工能力。參數(shù)方便可調(diào) 該系統(tǒng)對(duì)恒定孔隙壓力和破裂壓力梯度波動(dòng)反應(yīng)快速，可將當(dāng)量循環(huán)密度控制在鉆井壓力允許范圍內(nèi)。只需調(diào)整鉆井參數(shù)，常規(guī)鉆井便
可轉(zhuǎn)換為恒定井底壓力鉆井，根據(jù)鉆井實(shí)際需要改變鉆井工藝，以達(dá)到最佳鉆井特性。
準(zhǔn)確判別險(xiǎn)情 在井口失返漏失嚴(yán)重地層鉆井時(shí)，采用加壓泥漿帽鉆井可解決井漏問(wèn)題。地層天然裂縫有時(shí)會(huì)被堵塞，由此造成的壓力峰值容易與井涌現(xiàn)象混淆，測(cè)量瞬時(shí)流量可快速區(qū)分裂縫閉合還是井涌。
減輕氣體危害 該系統(tǒng)也能減輕硫化氫氣體危害。用閉環(huán)系統(tǒng)監(jiān)控流量，氣體侵入量稍一超標(biāo)，硫化氫氣體就會(huì)隨鉆井液和巖屑一起被安全泵入地層。在勘探領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用監(jiān)控功能用于世界各地的勘探領(lǐng)域。例如，亞洲碳酸鹽巖油藏是公認(rèn)的難鉆地層，通過(guò)成功應(yīng)用加壓泥漿帽鉆井工藝，已將其劃分到易鉆井型中；處理井口失返嚴(yán)重漏失問(wèn)題促進(jìn)了早期控壓鉆井技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展；對(duì)具有監(jiān)控功能的有效措施加以完善，使其在高難井施工中的優(yōu)勢(shì)更加突顯。
在深水鉆井中引進(jìn)海上旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備，是閉環(huán)鉆井系統(tǒng)的核心，也是對(duì)監(jiān)控功能的補(bǔ)充，這些設(shè)備可處理浮式平臺(tái)上的隔水管和橫向擺動(dòng)等復(fù)雜情況。
對(duì)深水鉆井而言，監(jiān)測(cè)當(dāng)量循環(huán)密度，并將其控制在窄孔隙壓力或破裂壓力范圍內(nèi)很重要，解決了井控這一核心問(wèn)題，風(fēng)險(xiǎn)和成本會(huì)大大削減；復(fù)雜地層應(yīng)用后，節(jié)約了時(shí)間和成本；另外在允許以設(shè)計(jì)井眼尺寸鉆達(dá)目標(biāo)深度的前提下減少了封隔復(fù)雜地層套管的下入深度，無(wú)需下入大套管柱，也減少了運(yùn)送船只。
近期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
該系統(tǒng)2006年8月首次商業(yè)應(yīng)用在德克薩斯州南部的McAllen Ranch項(xiàng)目上，后在安哥拉海上和巴西陸上油田成功應(yīng)用，現(xiàn)應(yīng)用于委內(nèi)瑞拉、突尼斯、巴基斯坦、北海、地中海、墨西哥灣、西非等國(guó)家、地區(qū)和海域，成功鉆過(guò)因井控問(wèn)題各種嘗試都未成功的井。在中東地區(qū)的一口深陸地探井中用該系統(tǒng)把套管下得更深，減少了非生產(chǎn)時(shí)間。如果沒(méi)有監(jiān)控系統(tǒng)處理井涌問(wèn)題，裸眼鉆進(jìn)根本無(wú)法進(jìn)行。
埃及深海油田運(yùn)用該系統(tǒng)成功完成一口高溫高壓井的鉆探。此地區(qū)鉆井通常會(huì)因處理井涌漏失而增加作業(yè)時(shí)間，安裝了閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)后，利用監(jiān)控系統(tǒng)提供的信息資料，成功將井底壓力控制在孔隙壓力和破裂壓力允許范圍內(nèi)。
中東地區(qū)加壓泥漿帽鉆井時(shí)，三口海上井應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)成功完鉆。盡管存在高壓硫化氫氣體和循環(huán)漏失情況，但系統(tǒng)可靠的控制能力增強(qiáng)了作業(yè)者成功的信心。在加壓泥漿帽鉆井停鉆期間有硫化氫氣體侵入環(huán)空，井涌漏失情況比較復(fù)雜。
監(jiān)測(cè)流量和控制壓力是決定繼續(xù)鉆進(jìn)的關(guān)鍵，24小時(shí)監(jiān)測(cè)流量，獲取壓力信號(hào)，依此判斷壓力變化是井涌還是因滲入地層的流體流量變化引起的，可用將其泵回地層的方法解決氣侵問(wèn)題。根據(jù)環(huán)空氣侵量，控制流量使其稍微超過(guò)氣侵速度，使進(jìn)入井內(nèi)氣體量很少，防止氣體上竄，然后再將其返回井底鉆井液和巖屑一起注入地層。控制系統(tǒng)
確保漏失量不變是本次成功的關(guān)鍵。墨西哥一口井在設(shè)計(jì)套管時(shí)預(yù)先考慮到封隔高壓層，預(yù)計(jì)孔隙壓力9.5磅，鉆頭接近高壓段時(shí)，鉆井液比重是12.7磅。系統(tǒng)初始位于標(biāo)準(zhǔn)“自動(dòng)測(cè)控井涌”模式下，隨著繼續(xù)鉆進(jìn)，自動(dòng)系統(tǒng)顯示鉆井液返出量與下入鉆柱體積不符，這表明發(fā)生漏失，鉆井液正進(jìn)入地層，孔隙壓力和破裂壓力梯度之間的范圍需將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到“特殊”模式下（圖1），相當(dāng)于恒定井底壓力鉆井技術(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)流量和壓力實(shí)現(xiàn)連續(xù)井控，并且提供最佳起下鉆速度以避免抽汲和波動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏，整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程就不會(huì)出現(xiàn)井涌，而這種轉(zhuǎn)換只需使用一臺(tái)輔助泵（現(xiàn)有鉆井泵即可）。
圖1 孔隙壓力和破裂壓力梯度之間的范圍需將系
統(tǒng)轉(zhuǎn)換到“特殊”模式
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