挪威研发出井眼内实时钻井液密度自动测量装置

挪威石油技术研究院（Norce）近日公布其研发的井眼内，实时钻井液密度测量装置，即实时测量在井眼内温度与压力不断变化条件下，钻井液真实密度。此项技术是全自动钻井工艺的一个分支，对于加强钻井过程中的井控环节、提前预防井喷与井漏事故、提高钻井效率与降低钻井成本具有重要作用。

在钻井过程中，始终在井眼内保持循环的钻井液，会受跨度很大的压力和温度等外界条件制约，以至于钻井液密度在不同井段中存在较大差异。因此，作业者均懂得准确测量钻井液的密度，并切实厘清钻井液真实密度对于井眼内压力和温度的依赖性，对于钻井司钻精确估计井眼内的静水压和动水压极为重要。

在世界各地，作业者通常使用泥浆天平，手动测量从井眼内所采集钻井液的密度。然后，操作者根据流体组分PVT（压力与体积及温度）特性，以及相对比例，估算钻井液密度与井眼内压力和温度相互函数关系，常称为PVT特性。然而，人工测量钻井液密度，由于受钻井液混合物成分的变化，以及各成分PVT特性的不确定性，可能导致钻井现场钻井液密度测量不准确。Norce为了克服技术缺憾，研发了一种直接自动测量井眼中钻井液PVT特性的装置。

实时测量钻井液密度的装置基本原理，是通过流体内的声速测量钻井液在特定压力和温度条件下的密度。具体来说，是作业者根据液体混合物中的声速变化，估算钻井液的绝热压缩特性。装置还利用自身安装的热交换器，通过热交换器可以估算钻井液“导热系数”和“容积比热”。装置内安装的电脑，可以结合“容积比热”“热导率”和“绝热压缩率”，计算出等钻井液“等温压缩率”。结合在其他测量参数，比如井眼内的不同压力和温度条件下的监测结果，预测井眼内钻井液特性。包括业已形成的流体抽汲状态，以及相匹配的PVT特性模型。

钻井液质量密度是计算井内静水压力的重要信息，同时也是黏性摩擦计算的一个重要参数，因为其出现在Navier-Stokes方程中，也是计算钻柱扭矩和阻力或钻柱动力学性能的关键数据。

Norce研发人员通过钻井液密度测量装置的自动与连续工作，准确地提供井眼内钻井液的实际PVT特性。该装置与井场上的自动钻井系统联合作业，可以提高钻井过程的整体工艺精度。专家指出，如果适当简化装置配置，还可以使这套装置适用于任何类型的钻井作业。Norce钻井专家指出，深刻了解井眼内钻井液的PVT特性，对于准确预测钻井作业期间的井底压力非常重要。随着钻井工艺的复杂化，钻井液成分也趋于更多变化。在钻井现场，类似原来那样，作业者仅基于一种压力和温度条件下进行的零星钻井液密度监测，很难准确给出井眼内液体的PVT特性。

在研发过程中，技术人员推出一种模拟井眼环境模型。该模型需要6组井眼内的压力和温度参数，进行特定井眼条件下的某种钻井液PVT特性的校准。在实际使用过程中，作业者发现实时监测到井眼循环时钻井液所显示的压力和温度参数，远高于利用常规方式监测到的压力与温度参数，作业者认为实时监测井眼内压力与温度的精度是可信的。此外，作业者还发现，在安装一个传感器情况下，如果仍然坚持利用6组不同的压力和温度参数确定模拟函数，则会延迟收到钻井液密度信息，或者依然需要加装相对复杂的水力机构。

近年来，Norce专家对钻井液密度实时监测方法进行多处改进。他们采取同时监测井眼内钻井液中的声速与密度方法，这样可以将原来监测6组压力与温度参数的操作流程，改进为监测3组参数。具体实施方法，是添加几个额外的温度传感器，即可同时预测井眼内的“容积比热”和“导热系数”。