综合录井技术在安全钻井生产中的应用

吴绪虎

摘要：由于国内外钻井事故监控和预报技术的陈旧性，使得对钻井事故的控制效果不是很理想，综合录井技术能有效提升对钻井过程的事故监测与预警，提升钻井过程的安全水平。论文研究了综合录井技术对钻井过程进行安全检测的方法与原理，在进行钻井安全风险分析的基础上，细化常见工程事故过程，解析其成因，分析了工程安全风险的判断方法。研究发现：综合录井中的工程参数与钻井液参数异常能有效的与工程安全风险相匹配，综合录井参数可以有效的监测钻井安全风险。

关键词：综合录井技术;安全钻井;监测;工程参数;方法

Abstract： Due to the outmoded monitoring and prediction technology of drilling accidents at home and abroad， the control effect of drilling accidents is not ideal. Comprehensive logging technology can effectively improve the monitoring and early warning of drilling accidents， and improve the safety level of the drilling process. In this paper， the method and principle of safety detection of drilling process by comprehensive logging technology are studied. Based on the analysis of drilling safety risk， the common engineering accident process is refined， its causes are analyzed， and the judgment method of engineering safety risk is analyzed. It is found that the abnormal engineering parameters and drilling fluid parameters in comprehensive logging can effectively match with the engineering safety risk， and the comprehensive logging parameters can effectively monitor the drilling safety risk.

Key words： comprehensive logging technology;safe drilling;monitoring;engineering parameters;methods

0  引言

钻井是石油勘探开发过程中一项风险较高的环节，具有风险不确定性和多变性。随着钻井技术的不断更新，钻井速度、质量等方面都得到较大提升，随之带来的钻井工程隐患与安全事故风险也随之增大。在钻井过程中，利用出现的各种信息，及时发现事故隐患，控制钻井过程的事故是钻井环节长期研究的重点。对事前的隐患排查也比对事后的原因分析重要得多[1-2]。

利用综合錄井技术，实时监测钻井工程参数、钻井液参数、油气等参数，通过对相关参数的系统分析，实时预测、监测井下复杂情况，为钻井提前判断井下异常情况，避免井下复杂情况提供安全保障，为钻井安全优质生产提供有利的技术支撑[3-6]。

笔者以钻井生产过程中的安全事故为基础，细化常见工程事故分析过程，重点分析综合录井参数与安全事故的关系。明确了安全事故的原因，并建立了钻井安全风险的判断与识别方法。通过钻井安全风险识别应用，能够有效的监测钻井过程中的安全风险。

1  钻井工程参数的实时监测与预报

钻井工程施工过程中需要连续不间断的对各项工程参数进行监测和预报，而综合录井仪完全满足了要求（图1），它可以为工程异常和地质异常的发现及预警提供可靠的基础，同时也是快速安全建井的必要手段。综合录井技术能够在线连续监测和记录扭距、悬重、钻压、转速、立压等与工程有关的参数。通过对异常变化的相关参数的分析，能够预先辨识出事故事故风险，是钻井的“眼睛”（及时“看见”并及时“响应”）。

1.1 钻具刺、断原因分析及判断

钻井液循环系统的异常情况主要有以下几种类型：

①钻具刺漏。当钻杆的应力不平衡时，会产生裂纹，钻井液便会渗入裂纹中，对钻杆造成腐蚀，导致钻具刺漏。而且，当钻井液含砂量过高时，高速流动的含沙钻井液会对钻杆截面产生动力冲击和摩擦，也会引起钻具刺漏。

②高压管线刺漏。在钻井的高压作业过程中，可能会诱发高压管线刺漏事故。进而引起立压下降，扭矩摆幅增大，有可能加剧断钻具事故的发生。

③堵水眼。钻井过程中，当循环系统有杂物、或者钻具携带杂物、或井口掉落杂物或发生溜钻顿钻时，很容易会引发堵水眼事故。

通过立管压力，可以直接反映循环系统的异常工况。

钻具刺、断隐蔽性分析：

①砂泥岩地层结构，容易造浆，当在此类地层钻井时，钻井液中固体杂质较多，含砂量增多，容易刺断钻具。

②气体钻进时，由于立压较低（2MPa左右），当钻具被刺时，立压变化也不明显，因此不易被发现钻具刺漏。只有在发生严重的情况后，如悬重、扭矩等参数明显变化，才易被发现。

③当钻杆内径大时，其柔韧性好，若钻杆被刺，则压降大，会发生明显的立压变化，容易被识别，所以很少发生钻杆被刺断的事故。当钻铤内径小时，钻铤靠近井底，若被刺，则压降小，不易被识别;而且钻铤的柔韧性不好，如果发生被刺而没被发现，那么会很快被扭断，很多钻铤断口均是先刺后扭断;故钻铤刺断的现象较多。

④钻具被刺时，立压变化最明显，因此依赖于立压传感器的准确性和灵敏性，只有当立压传感器正常工作时，才能准确的预警刺漏事故。

1.2 钻头风险识别

钻头是钻井工艺的关键钻具之一，钻头的结构、材质和工况决定了钻井过程的速度，一般情况下，钻头是有使用寿命的，超过寿命期的钻头，由于结构和材质老化，不能进行正常的钻进工程。若用老化的钻头进行钻进，则相应的录井参数会发生异常。因为老化后的钻头，牙齿被磨损，其破碎能力减弱，钻速减慢;而若钻头轴承被磨损，则转动过程易发生卡顿，扭矩值会偏离正常工况。因此，实时监控钻头的工况信息，可以预防出现掉牙轮事故，而且可以极大的推进钻井工序，提高钻井质量和效率。

1.3 钻具风险识别

钻具的主要风险特点是出现钻具重量异常。通常可用大钩负荷、扭矩、钻压等参数的变化情况来分析和辨识钻具是否出现异常。具体分析如下：

①若起下钻遇阻或遇卡，则大钩负荷将出现异常，会导致钻具旋转不畅，扭矩变大，开泵立压增高。通常情况下，容易发生阻卡的部位是钻头，但若参数设置不合理时，钻具的其他位置也有可能发生阻卡，引起钻具重量异常。②若发生溜钻、顿钻，也会引起钻具重量异常。因为溜钻、顿钻时，大钩负荷降低，钻压、扭矩陡升。③若发生断钻具事故，则大钩负荷和高度都将发生陡降，也会表现出钻具重量异常。④当快钻时，会出现放空，亦可发生钻具重量异常，大钩负荷值、扭矩、钻压值等录井参数将出现大幅度异常变化，泵压也会异常。

因此，适时掌握钻具信息，通过录井参数的变化，及时辨识钻具隐患，是预防钻具事故的关键。同时，应避免出现钻具疲劳，发生突然断裂事故。

2  钻井液风险辨识

当地层流体的活跃状况改变或地层压力改变时，钻井液的相关参数就会发生变化，通过对钻井出入口的钻井液密度、温度、电导率和流量体积等参数的监控，可以辨识钻井液的工作状态，提早预警钻井液的安全隐患，避免井喷、井漏等严重事故的发生。

2.1 井漏监控

当液柱压力大于地层压力时，钻井液侵入地层的现象称为井漏。

井漏会导致地层污染，使地层亲水亲油平衡关系发生改变，也会影响地层的渗透率。此外，井漏发生后，也增大了钻井液的用量，加大了工程成本和难度。

井漏的原因主要有：

①在有裂缝或孔洞的碳酸盐地层或碎屑岩地层里钻井时，钻井液压力与地层压力不平衡，前者过大。

②钻井液密度太大，使地层被压坏。

③下钻过程的压力较大，对井壁造成冲击，或者下钻时钻具碰撞了井壁泥，导致井漏。

井漏的预防是一个比较复杂的工程问题。井漏时，综合录井过程中具有明显的反应参数有钻井液体积、出口流量，还可能出现泵压下降、钻时可能加快、扭矩可能下降、排量可能增大、钻进出现放空、返出量低或者失返。通过这些录井参数曲线的变化，可分析和判断井漏发生的前兆特征，更早的预警井漏事故。另外，还应掌握钻井区域的地层资料周边的地层情况，提高井漏事故预警的准确性。

2.2 井涌监控

地层流体进入井筒的现象称为井涌，也称为溢流。当井眼出现井内压力低于地层空隙压力、且地层有足够的渗透率时，就很可能发生井涌。

发生井涌的原因主要有：

2.2.1 井内泥浆不够

起钻时、漏井时、钻井液渗流时，都会发生井内钻井液液面降低的现象，此时，都应立即查明原因，及时补足井内钻井液，否则会导致井筒内钻井液减少，压力变小，地层中的流体就会流入井筒，引发井涌。

2.2.2 激动压力和抽吸压力

当激动压力和抽吸压力发生变化时，说明泥浆性能（如密度、粘度等）发生了改变，或者说明钻具的钻速发生了改变。这两种压力的异常变化就表明有溢流（井涌）的迹象。

2.2.3 泥浆密度较低

当泥浆密度减小时，其比重不足，导致地层内的流体液柱压力小于地层空隙压力，地层液体进入井筒，引发井涌。

2.2.4 循环停止

钻井过程中，若停止循环，则井底压力失去平衡，地层流体涌入井筒，造成井涌。

2.2.5 地层液体渗流

当发生地层流体渗流时，会导致钻井液密度降低，继而导致更多的地层流体侵入井筒，导致井涌。

另外，在含气砂岩中，钻速过快，也会导致井涌。相邻井口若注水，也容易导致井涌。

当井涌发生时，钻井液流量增大，电导率发生明显变化（水侵时增大，油侵时降低），钻井液密度变小、体积变大。

通过综合录井技术，实时监测钻井地层与液柱压力、监测钻井液密度，提早辨识出井涌信息，及时做好补救措施。

3  综合录井技术实践案例

3.1 某井飞仙关组断钻铤预报

某井井深1693.06m，钻遇地层为飞仙关组飞一段，岩性以灰色灰岩为主。异常情况分析：2019年4月29日08：04空气钻进至井深1693.06m时，发现悬重从900kN下降至640kN，立压0.1MPa（见图2），综合录井及时作出预报。钻井立即起钻检查，发现177.8mm钻铤第二根距母扣端0.13m处断，无刺痕（见图3）。

钻铤断落预警结果分析：①实践中，从该事故可知，预报大钻铤折断的难度是比较大的，一是外径靠近井壁，钻具不上提时，泵压下降不明显，二是落鱼短，懸重变化小，不明显;②该事故中，钻井参数参数变化少，只有钻时变慢，基本无进尺;③若出现该事故中的状况，应建议井队起钻检查钻具（可能是钻头后期或磨损严重、或钻具特别钻铤是突然折断，总之钻具出现了问题）。

3.2 某井珍珠冲段钻头老化预报

某井钻至井深3522.20m，层位为珍珠冲段，岩性主要为杂色砂砾岩。发现异常情况：

2019年7月4日19：23，钻井深度为3522.20m，微钻时速度降低（由7.74增加到17.45min/10cm），有铁屑出现在岩屑中，立即预报，扭矩20.0～35.0kN·m呈周期性摆动。司钻未采纳预报风险（见图4）。

19：50钻至井深3522.42m，录井接班人员也发现岩屑中的铁屑，再次向司钻提出预报。司钻未采纳预报风险。

23：10钻至井深3524.34m发现扭矩有增大的趋势25.0～37.0kN·m，向司钻提出预报，24：00钻至井深3524.64m转盘负荷重，蹩跳严重，扭矩增大至50.0kN·m，再次向司钻提出预报。钻井立即起钻检查，发现三个牙轮掉落。先后用磨鞋、铣筒、强磁（两次）把落物全部捞取（见图5）。

钻头寿命预警分析：①事故分析得知，当对该井进行卡钻处理无效时，改用井下动力钻，螺杆侧钻，但仍不能使地面扭矩改变，因此，对事故状态较难判断和预警。运用精细录井数据，分析发现了砂样异常，有铁屑产生，因此得以成功提前预警。②通过录井参数，发现10点左右，泵压下降，原因可能是钻头牙轮掉、或钻具刺、或泵上水出现了问题，因此，及时预警，检查泵（此处应建议停钻检查泵或起钻检查钻具）。

4  结论及建议

①综合录井技术在进行现场工程异常预报、监测，提高钻井安全方面，起到了重要作用。通过早期预警钻井故障，降低了钻井风险，提高了钻井效率。②通过对不同钻井事故中综合录井监测工程参数的变化，明确了不同的事故判断方法，为综合录井实时监测及预报工程事故提供了技术支撑。③综合录井技术在钻井安全具有不可替代的作用，但随着地质条件的不断变化，越来越多的复杂条件使得工程风险更具有隐蔽性。只有将现有工程事故从根本原因上着手，进行透彻的分析，才能更加有效的面对和识别未知的风险。④建议建立基于综合录井技术的钻井安全风险识别分析意识，全面提高风险识别能力。

参考文献：

[1]莫景洋，贺宇晨.综合录井技术研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，033（016）：91.

[2]肖刚，雷立书，冯渊洪，等.综合錄井技术在AT1X井的应用[J].中国石油石化，2017（4）：82-83.

[3]张世明，张玲，岳俊，等.应用综合录井参数在钻进中的溢流预报方法[J].录井工程，2018，29（01）：34-38，114-115.

[4]杨明清.综合录井在俄罗斯钻井井控中的应用分析[C]//石油钻井院所长会议，2010.

[5]吴英伟.综合录井井控监测技术应用现状及发展思考[J].信息系统工程，2019（10）.

[6]陈卫国，王岳，王波.综合录井井控检测技术应用现状[J].中国化工贸易，2016，8（9）.