石油钻井工程异常录井信息技术研究

惠艳

摘 要：工程异常预报主要依靠录井信息技术，通过分析不同工程异常事故类型及特征，开展不同异常的事故预报方案设计，提出了综合录井异常预报系统的设计思路，为钻井工程提供帮助。

关键词：工程事故;石油工程;异常预报;录井信息技术

1 异常事故录井响应信息

1.1 工程异常

工程异常事故的类型不同，反映出的录井参数变化也不一样，现简要说明主要异常情况。

①井漏：钻井时，总池体积和出口流量均减少;出口流量和液面随密度的提高而下降;起钻时灌量超过正常灌量;下钻或下套管过程中返出量低于正常量;静止后循环不返;钻进中会有泵压下降、扭矩下降、钻时加快、钻进放空等现象;

②井浸：油气侵—可能表现为气测值增大、钻时加快、槽面有显示;岩屑见荧光显示，钻井液迷得降低;水侵—可能表现为气测值升高、槽面有显示、钻时加快、钻井液密度下降但粘度先增加后减少、氯离子增加、电导率下降;膏盐侵—可能表现为岩屑和扭矩出现变化、钻井液电导率升高、钻时加快;有毒有害气体—表现为非烃响应和H2S报警;溢流—表现为起钻时灌量比正常灌量小、下钻时返出量又大于正常量、静止时出口不断流、出口流量上涨;

③井涌、放空和加快：井涌—钻时可能加快、气测值升高、槽面见气泡或油花、密度下降、液面上升、鉆井液常涌出钻盘面;放空—钻压和悬重突然降低、钻时加快迅速、岩屑偶见次生矿物，出口流量在泵冲未变的前提下出现变化、总池体积可能增加;钻井过程中加快表现为钻时加快;

④气体钻进时发生气喷：钻具出现上顶、悬重下降迅速;扭矩波动范围增大、且上升快速、曲线表现为毛刺状;立压可能持续上升，但幅度较小;转盘转速可能降低;套压变化较大，会持续上升;

⑤钻具断/螺杆抽筒：立压降低迅速、气体钻进时不明显;泵冲增加但立压可能下降;若为螺杆钻进，则主要表现为钻时、泵冲和立压增大，岩屑中可能含铁屑;

⑥缩径阻卡/卡钻：悬重异常变化;水平钻进、钻进倒划眼以及下钻划眼时，摩阻明显增大;挂卡和遇阻时，容易卡钻;

⑦碰眼：扭矩增加;钻时增大;

⑧溜钻/顿钻：悬重明显下降，钻压突然增大;立压、扭矩和钻时等出现变化，稳定性降低;

⑨掉水眼/堵水眼：泵冲稳定，掉水眼时出口流量增加、泵压下降;若堵水眼，则表现为出口流量、岩屑返出量降低但泵压增加;由于岩屑的积压，堵水眼后扭矩和钻时有增加趋势;

⑩钻头泥包：钻时加大;立压上升;出口流量降低;岩屑返出变少;

⑪钻头老化：钻时加大;扭矩波动明显并逐渐上升。

1.2 地质异常

若钻井过程中，地层发生变化，在综合录井上主要表现为Sigma和dc指数变化。钻进正常压力地层时，泥页岩会随着井深增加，钻时和dc指数均增加，即表现出井深和dc指数同时增大;而钻进异常高压地层时，钻时和dc指数都会出现不同程度的降低，在井深-dc指数图上以向左偏离为主。

2 钻井异常事故预报录井技术

2.1 录井异常参数应用技术

模糊理论技术：首先是模糊理论技术，钻井工程异常与综合录井数据具有较好的相关性，但这部分信息缺少一定的量化标准，再据每种录井异常参数推导，与之相关所有钻井异常事故类型，分析多个录井异常数据予以采用，主要应用模糊理论分析法，推导当时钻井异常事故类型。其次是数学模型，数字信号处理技术在自动化预警领域应用较早，主要是基于数学模型，建立异常变化的信号模型，并采取逻辑判断的方法对工程异常进行自动化预报。目前，主要是预报特定事故类型，在智能化应用方面仍需提高。第三种神经网络技术，神经网络作为自学功能的智能模型，通过样本模式学习，确定出模拟信息存在的特有关系。神经网络训练难度较大，模型构建带有一定主观性，更适于事故特征研究。

2.2 录井异常参数预报钻井工程异常事故

第一，地质异常预报，地质异常事件主要涉及钻井液参数和部分工程参数，包括钻井液入口、温度、出口密度、电导率、钻井液体积、流量、立压、泵冲等。钻井液参数变化直接反映井下地层液体活跃情况，井筒与地层压力平衡情况，重视钻井液异常预报，可避免井漏、井喷等重大事故发生。第二，工程异常预报，利用综合录井异常参数，直接或间接预报多种工程异常及工程事故，根据录井响应信息，可确定出钻进时、起下钻与接单根过程中钻井工程异常事故主要参数变化，并制定出工程异常事故预报标准。

3 工程异常预报系统设计思路

本次根据人工智能理论、模糊数学和应用统计学建立工程异常预报的数学模型，经分析现场钻井情况，总结各种工程异常类型的规律，分析不同工程异常对应的录井参数的变化及事故发生概率。所用录井参数包括钻时、流量、立压、转盘转速、扭矩、密度、体积、总烃及电导率等，实时判断钻井异常情况。因此，设计工程异常预报的思路为：通过综合录井仪系统对各种录井从参数进行采取，并开展前端的计算机处理，并存储在系统动态库中，标准格式为CDA，设计的异常预报系统将通过CDA动态库对各种录井参数实时调用。再对出口钻井液性能的参数对应时间归为，同时以人机对话相关参数为基准，准确计算钻井施工实时的危险指数，确定异常事故是否存在，并将计算结果通过系统返回至CDA。将危险指数与系统内的异常事故类型和参数比对，建立其逻辑关系，计算异常数据变化情况。预报结果异常事故预报结果存储于综合录井系统，用于事件查询、进一步分析，为采取对应措施避免安全事故发生提供支持。