综合录井技术在钻井工程事故监测和预报中的作用韦世杰钻井事故

1、综合录井技术在钻井工程事故监测和预报中的作用韦世杰钻井事故发生的可能性时刻伴随着钻井作业的整个过程，因而它是影响钻井安全的主要因素。钻井技术诞生以来，从事钻井技术的专 家们和现场的工程技术人员就不断摸索和探讨着避免和减少钻井事 故的各种方法，也积累了不少成功的经验。但因这些方法和经验大多 靠人的感觉和指重表、泵压表的显示进行定性判断，因而及时性和准 确度都不高，更谈不上对钻井事故的监测和预报。 随着科学技术的发 展，综合录井仪逐步发展起来，它是应用于随钻录井的一门技术，使 钻井作业的全过程处于仪器的全天候监控之中， 实现了对钻井事故的 连续监测和量化的分析判断，后期的被动发现到先期的主动预报。

2、 它 在油气检测、油气层评价、优化钻井、保护油气层和做为甲方赋予的 部分监督职能等方面都起着重要的作用，特别是在监测和预报钻井事 故，保证钻井安全方面起到了钻井“眼睛”的作用。因为它具有以下几 个方面的显著特点：实时性：通过自动监控手段，将钻井施工中各参数变化以及设备 动态情况真实、实时的显示出来，达到直观的效果。及时性：根据各项录井参数的变化，能够及时发现异常，分析异 常，并及时提供解决方法及下步施工意见。准确性：综合录井仪的测量探头具有较高的测量精度， 各项参数 的细微变化均能真实反映出来，因此能准确的测量出参数的变化情况。指导性：综合录井所录取的资料可以作为同一地区其它井施工中 重要的参

3、考依据，具有广泛的指导作用。一：综合录井仪检测的主要钻井工程参数各类综合录井仪，虽然配备不同，但它在钻井工程方面有以下几 项主要功能：1、 流量检测流量检测一般采用出口流量检测。出口流量检测一般采用靶式流量计， 该仪器能定性的测量出口流 量的相对变化。在初始阶段，将靶式流量计的值调校值与进口流量值 相等，通过观察靶式流量计的流量的相对变化， 即可确定井下钻井液 的返出情况。另外也可以在架空曹上面安装超声波传感器探测液面高 低。2、 泵压检测通过安装在井架立管上面的立压传感器可以实时测量泵压的变 化，以判断井下异常情况。3、 转盘扭矩检测在钻井过程中，实时地反映钻机的转盘扭矩，数据实时显示，具

4、有模拟输出和数据输出功能，能适时对超限扭矩进行报警和报警信号 输出。一般根据钻机型号分为机械和电扭矩，机械扭矩受影响较多， 目前多数钻机转盘为电驱动，故采用电扭矩居多。4、转盘转速能实时记录和显示转盘转速的变化， 便于观测优选钻井参数对应 效果。5、 大钩负荷检测用于实时检测大钩负荷和钻压的变化，并能及时进行负荷超限、 溜钻和短钻具等异常报警。6、 井深/钻时检测能对井深及钻时自动测量，并配置有多种采样方式及采样间隔， 适宜在不同的地质条件下录井。7、 钻井液密度检测 能实时连续地检测入、出口钻井液密度的变化情况。8、 钻井液体积检测通过对泥浆罐钻井液体积变化的测量， 实时观测参与循环的钻井

5、液增减变量，便于判断井漏、井涌或跑冒钻井液等情况。二、 钻井参数的预报与检测 综合录井仪连续监测和记录的主要钻井参数包括：大钩负荷、钻 压、立管压力、泵冲、转盘转速、转盘扭矩/电扭矩、流量、钻时、体积等。钻井工程事故包括钻井液循环系统的刺漏、 刺泵、堵塞、掉水眼； 钻具的遇阻、遇卡、溜钻、断钻具和钻头掉牙轮等。1、钻井参数异常的判断综合录井仪所检测的参数异常变化与工程事故有着直接或间接 的关系，它是进行工程异常预报的依据（表1）表1钻井工程参数异常变化事故类型大钩负荷钻压立管压力泵速扭矩流量钻速钻井成本刺钻具下降上升增大减小掉水眼下降上升减小增大堵水眼增大下降减小增大溜钻减小增大增大遇阻减小卡

6、钻增大断钻具减小减小增大减小增大钻头后期波动增大减小增大井壁垮塌增大/减小增大增大减小2、钻井液循环系统异常的监测与预报钻井液循环系统的异常有钻具的刺漏、地面刺泵或高压管线刺漏、掉水眼、堵水眼等几种情况，能够直接反映循环系统异常的参数 是立管压力。在大排量、高泵压、高压喷射钻井以及钻井液含砂量过 高时，易于发生循环系统刺漏事故。如果这种异常不及时处理，有可 能逐渐加剧而造成断钻具的大事故。掉水眼和堵水眼均会导致钻井施 工无法继续进行的后果，影响钻井时效。对钻井液循环系统的异常情况进行判断依据的参数是泵速、立管压力。正常情况下泵速和立管压力是成正比关系。当泵速恒定时，如 果循环系统发生刺漏，立管

7、压力会呈现趋势性的下降，流量有可能上 升；遇到堵水眼的情况，会出现“鳖泵”，发生立管压力陡升或是趋势 性升高的现象。3、 钻具重量系统异常的监测与预报钻具重量系统的异常包括钻具遇阻、遇卡、溜钻、断裂等情况。 反映钻具重量系统异常的参数有大钩负荷、钻压、扭矩等。当起下钻遇阻、卡时，大钩负荷增大或减小，此时钻具旋转困难，扭矩值增大，开泵立压较高。阻卡现象发生在钻头部位的较多，但当 其它参数组合不妥当时，钻具其他部位也会发生阻卡，如压差式卡钻 等。溜钻或顿钻时大钩负荷陡降，钻压陡升，大钩高度陡降，出现快 钻时放空的假象，扭矩陡升，立压上升，如果处理不及时，会导致严 重后果。断钻具时大钩负荷下降，下降

8、幅度视落井钻具多少而异。在发生 断钻具前多有预兆，如立压下降，扭矩摆动等，及时把握异常信息是 成功避免钻具断裂的关健，如果钻具因疲劳、氢脆等原因发生突然断 裂，则无法及时提出预告，但可以及时发现、处理。4、 快钻时、放空的监测和预报在砂泥岩剖面中钻达储层或盐层时出现钻时加快现象，在碳酸盐岩剖面中钻达缝洞发育的储层段时，会发生放空，出现钻时加快现象。 录井参数表现为大钩负荷值、钻压值、扭矩均有较大幅度的摆动，泵 压也会有波动。在经过一个迟到时间后，如果钻遇油气层，气测系统 会有油气显示；如果钻遇盐层，钻井液发生盐侵，会出现电导率上升的现象；如果钻遇水层，可能有水侵现象发生。对快钻时、放空及时 预

9、告可以使工程施工人员有充分的时间进行准备，处理井涌、井喷、 井漏、盐水侵、油气侵等可能发生的情况。5、 钻头寿命的判断钻头是实施钻进的关键工具，钻头的工作情况直接影响着钻井施 工的进度，在正常情况下，钻头用一定时间后，钻头趋于老化，无法 继续承担钻进任务。录井参数会有一系列的变化，因为钻头牙齿的磨 损，钻头的破碎能力下降，钻时变慢，钻进成本开始升高；牙轮钻头 轴承的磨损，转动不灵活，导致扭矩值显示异常波动。及时准确捕捉 钻头使用信息可以避免掉牙轮事故的发生，提高钻井施工时效。6、 井壁垮塌钻井施工过程中，井壁垮塌一旦出现，钻具的上提下放有阻卡现 象，录井参数表现为立管压力升高，扭矩曲线不正常，

10、岩屑录井样品 可见大量掉块。井壁垮塌严重时会影响钻井施工，因此需要及时发现 并预告，及时调整钻井液参数，使施工顺利进行。三：钻井液参数异常预报钻井液参数包括钻井液的出入口密度、温度、电导率、流量、钻 井液体积等。钻井液参数的变化通常直接反映井下地层流体的活跃情 况及井筒压力与地层压力的平衡情况，重视钻井液参数异常的预报， 可以避免井喷、井漏等重大事故的发生，及时处理油气侵、盐侵、水 侵，为顺利施工创造条件（表2）。表2钻井液参数异常变化事故类型全烃进/岀口密度H2CO2进/岀口温度进/出口电导率总体积岀口流量井涌增大减小升高减小增大增大井漏减小减小盐侵增大增大油气侵增大减小升高减小增大增大水侵

11、减小增大增大增大增大地温异常增大1、井漏的检测和预报井漏是当井筒钻井液液柱压力大于地层压力时， 钻井液从井筒漏 入地层的一种现象。形成井漏的原因主要有以下几种：(1)钻入裂缝、孔洞发育的碳酸盐地层或高孔隙度的碎屑岩地 层，钻井液液柱压力大于地层压力。(2)钻井液密度过高，井眼内液柱压力大于地层破碎压力将地 层压裂造成井漏。(3)下钻过程中，由于冲击压力或钻具破坏井壁泥饼造成井漏。井漏是钻井工程中较复杂的问题之一，也是引发其它重大事故的 重要隐患。如果不能及时发现并采取措施进行控制，有可能直接导致 井壁垮塌、卡钻，也可能导致地层压力失控，造成井漏或井喷等事故。对钻井液体积的连续观测记录很容易发线

12、井漏现象，综合录井仪 实时检测与井漏相关的各项参数的变化，并连续准确计量钻井液体 积，可直接反映出参数的趋势性变化，又快又准的判断井漏的发生； 在掌握了区域地层资料和邻井资料的情况下， 抓住井漏前预兆，可更准确预报井漏。在钻进过程中，进行井漏检测和预报的依据是钻井液 总体积、钻井液出入口流量的变化情况；在起下钻过程中，检测井漏 的依据是监测应灌入钻井液体积数量和应反出的钻井液体积数量，判断井漏是否发生。2、井涌的监测和预报井涌是在地层压力大于钻井液液柱压力的情况下， 地层流体持续 进入井筒，与钻井液一同溢出井口的现象。井涌发生的原因主要有以 下几点：(1)钻遇异常高压地层，地层压力驱动地层流体

13、进入井筒造成 井涌。(2)在井底压力近平衡状态时停止循环， 作用与井底地层的循 环压力消失，地层流体进入井筒造成井涌。(3)起钻时未按规定灌钻井液使井筒液面下降， 钻井液液柱压 力减小到不能平衡地层压力时，地层流体进入井筒造成井涌。(4)井漏时钻井液补充不足使井筒液面下降或补充的钻井液密度不足以平衡地层压力，地层流体进入井筒造成井涌。(5)钻井液因为地层流体不断侵入而造成密度降低， 密度降低 又导致了地层流体的入侵速度加快，最终造成井涌。(6)起钻时，特别是钻头出现“泥包”时或使用PDC钻头时， 抽吸作用诱发井涌。(7)邻井采油实施注水开发，导致了地层流体侵入本井。使用综合录井仪对井涌进行检测

14、和预报， 按照发现时间的早晚可以分为四个阶段：早期预报、临涌期预报、上返期预报、井口发现早期井涌预报分为钻前异常预报和随钻异常预报两种。钻前异常预报是通过对区域地质资料、地震资料、邻井资料进行分析后，确定 可能发生井涌的层位和井段进行钻前交底； 随钻早期预报是通过随钻 地层压力检测，发现下部地层存在异常压力的信息， 预报可能发生的 井涌。早期井涌预报可以为及时处理井涌提供充分的思想准备和物质 准备。临涌期预报是捕捉井涌预兆，在发生井涌前发出预报。如气体检 测单根峰增大、气测基值升高、后效气升高、停泵气显示升高、地层 压力检测异常、地温升高、泥岩密度减小、钻井中的蹩跳现象、快钻 时或放空现象，这

15、些情况的出现均是有可能发生井涌的预兆。上返期预报是在地层流体涌入井眼时以及在上返过程中，及时发现井涌信息进行的预报。在这一阶段有立压小幅度下降，出口流量增 加，总体积增加等较为明显的特征，这些参数的异常变化在地层流体 进入井筒的同时就能表现出来，抓住这些参数的异常变化发现井涌， 能为控制井涌争取时间。井涌的井口发现是在地层流体涌出井口时， 依靠迟到参数发现井 涌。这时的参数特征为流量增大，气测值大幅度上升，电导率增加（水 侵时）或减小（油气侵时），钻井液密度降低，总体积增大等。此时 发现井涌虽为时已晚，但也能为紧急控制井涌争取一点时间。地层流体类型不同，地层压力与井筒压力压差幅度不同， 所表现

16、 出的预兆是不完全一样的。进行井涌预报要重视早期预报，重点监测发现临涌期信息，注重上返期信息，做好井口发现工作及时补救，力求快速准确地预报和发现井涌。3、 盐侵的监测和预报盐侵是在钻遇含盐膏地层时，由于盐类的水溶性，遇到水基钻井 液时溶解在钻井液中对钻井液造成污染， 导致钻井液性能的变化。同 时，含盐膏地层在受到钻井液侵泡时会发生膨胀， 已钻开的盐膏层在 上覆地层压力的作用下会发生塑性流动， 造成井眼缩径，可能导致钻 具阻卡乃至卡钻事故的发生，因此对盐侵进行检测和预报是很有实用 价值的一项工作。对钻井液盐侵进行检测和预报所依据的主要参数是钻井液电导 率。钻入盐膏层时，钻速加快，当出现盐侵时，电

17、导率上升，上升幅 度视盐侵程度不同而有差异，使用淡水钻井液时岩屑录井取样可见盐 垢。钻具上提下放过程中会出现阻卡现象，超拉力变化明显，幅度较 大。4、 油气水侵的检测和预报油气水侵时地层压力大于钻井液液柱压力的情况下， 储集层中的 油、气、水进入钻井液，影响钻井液性能的一种现象。油、气、水相对于钻井液而言，均是密度较低的流体，当发生油 气水侵时，会导致钻井液密度下降，进一步减小作用于井底钻井液液 柱压力，使油气侵进一步加剧。如果不及时发现并采取措施，会导致 地层压力失控，造成井涌、井喷等恶性事故的发生。如果有油气水侵发生时，综合录井参数会有一系列的变化，大钩负荷增大，钻井液密度减小，气测烃类检

18、测异常。油气侵时电导率降低，水侵时电导率增大，增大幅度视地层水矿化度而异，钻井液体积 增加，出口流量增加。如果地层压力高于钻井液液柱压力过大，油气 水侵会迅速发生，出现井涌现象。5、地温异常的检测和预报地温异常是指地温梯度偏离正常地温梯度值的现象。 通常情况下正常的地温梯度为3C/ 100m。在油气勘探中，地温梯度高于平均 值的现象是具有重要的意义， 这种情况可以指示下伏地层异常高压的 存在。用于检测地温异常的参数是钻井液温度， 在钻井施工过程中， 通 过密切注意钻井液温度的变化趋势， 可以推测地温的变化情况， 判断 下伏地层是否存在欠压实地层。四：异常地层压力的检测和预报异常地层压力是指在任

19、何深度上的地层压力值偏离正常静水压 力值的现象。在油气勘探中超压比低压更为常见， 异常超压常常会导 致井涌、井喷、井垮、卡钻等多种钻井工程事故的发生，因此需要高 度重视。异常地层压力的形成原因有多种， 对某一特定环境的异常地层压 力而言，它可能是某一种或是几种因素综合作用的结果， 这些因素有： 地层流体压力、储集层构造、储集层再加压、沉积速度和沉积环境、 古压力、构造活动（包括刺穿作用如泥火山、盐丘、砂岩墙等） 、透析作用、成岩作用、区域性块状盐岩沉积、 热力学和生物化学作用等。在异常高压存在时，进行地层压力检测的目的是在钻穿含有异常 高压的渗透性地层时，采用合适的钻井液密度，平衡地层流体压力

20、。 过低的钻井液密度会因地层流体压力得不到控制而发生井涌、井喷事故；过高的钻井液密度会降低机械转速，引起井漏或压差式卡钻。在钻井施工现场进行地层压力检测所使用的录井参数有：钻时、扭矩、超拉力、dc指数、气体参数、钻井液密度、温度、流量、电 导率、井眼溢流观察情况、钻井液体积、泥岩密度、岩屑形状大小等。l、dc指数法检测地层压力de指数法检测地层压力是在考虑了钻头类型和磨损影响因素的情况下，采用d指数原理，以压实理论为基础，预测地层压力的方 法。在实际应用中应及时剔除正常压力趋势指数des中的不合理数 据。如在膏盐层井段、井底不干净、纠斜吊打、磨进、取心、钻头磨 合期和磨损后期、钻遇裂缝性地层、断层等不整合面、水力参数变化 大等情况下应剔除不合理的检测数据。de指数检测法是建立在纯泥岩地层的基础之上的， 实际工作中 纯泥岩地层很少，但只要选择正常压实条件下较为均匀，岩性较为单 一的泥岩地层作为参考，就可以得到较