高含硫气井压力监测系统研制

高含硫气井压力监测系统研制

原油勘探期间，尤其是对于含矿的高压气层，影响勘探开发的生产配置，严重危及设备燃烧、人员伤亡、环境破坏等。严重损坏地下油气资源。因此,在钻进高压气层时必须高度重视井控工作,制订详细的井控预案,对技术人员进行严格的井控培训,配备良好的井控设备。液动节流管汇是井控设备的关键装置,而压井节流控制箱又是液动节流管汇上重要的控制装置,它可以远程控制液动节流阀的开启和关闭,由此来维持井底压力,是成功控制井涌井喷、实施油气井压力控制技术所需的设备。钻井平台上的节流控制箱做为压井过程的重要控制机构,由工作人员操纵节流控制箱上的手柄或旋钮,控制节流阀的开度,从而实施压井操作。但由于工作人员的素质参差不齐,易造成操作上的明显差异,而处理不当极易造成欠压、压漏地层等问题,导致井下压力系统复杂化,贻误安全压井大好时机,酿成事故;另外,节流箱上虽然能显示当前关键参数的值,但丢失了相当重要的历史数据,使数据的延续性被切断,不利于数据的全面分析。为了消除人为主观操作带来的隐患,笔者利用计算机技术、通信技术和控制技术,研制了信息监测和控制硬件系统,并根据高含硫气井的特点编制了高含硫气井压力监测软件系统,实现了计算机优化压井闭环控制。1压力监测计算高含硫气井溢流压井期间由于酸性气体在井筒内较长井段处于超临界状态,尽管不会出现临界点附近特有的剧烈膨胀现象,但井筒内流体压力分布较常规井复杂得多。分析认为,不同井段内硫化氢的相态会随着温度和压力发生变化,由计算得知高含硫气体由下向上运移至距地面距离10%井深时才出现较明显的膨胀,如采用常规压井方法难以实施有效压井。为此,针对高含硫气井特点编制了高含硫气井压井专家系统及施工过程压井曲线监测模块。高含硫气井压力监测模块是指导计算机优化压井系统的主要依据。该模块能给出2条计算曲线、3条估算曲线、4条设定曲线和2条实时监测压力曲线(见图1)。2条计算曲线是井底压力计算曲线、套管鞋处流体压力计算曲线;3条估算曲线包括地层破裂压力估算曲线、套管鞋处地层破裂压力估算曲线和地层压力估算曲线,其中地层破裂压力估算值和套管鞋处地层破裂压力估算值可利用邻井资料给出或由地漏试验求出,地层压力估算值为关井求压值;4条设定值曲线为井口装备承压曲线、泵入装置承压、立压低限和立压低低限曲线。井口装备承压由装备厂商给出输入软件。立压低限是为井底常压压井法的初始循环立压和终了循环立压设的报警限。立压低低限是为初始循环立压和终了循环立压设的切断限(如果压力一旦低于此限,就要及时改变压井参数)。2条实时监测压力曲线是压井过程中的套压曲线和立压曲线。压力监测模块能直观地显示出高含硫气井溢流压井过程中的装备限制、井下压力等参数的变化幅度,保证节流调节过程中压力始终在允许变化范围内,实现科学安全压井。压井过程中要求地层压力<井底流体压力计算值<地层破裂压力估算值。溢流压井防地层破裂监测模块可以实时监测井底流压。地层压力、地层破裂压力可利用计算机专家系统综合分析地质参数、井身结构参数等求出。监测模块可以实时监测井底流压是否处于地层压力和地层破裂压力之间,防止地层流体侵入的同时又不压裂地层。套管鞋处流体压力计算值<套管鞋破裂压力估算值,溢流压井防套管鞋处压裂监测模块通过监测模拟计算套管鞋处流体压力,以保证该处流体压力小于套管鞋破裂压力而不压漏薄弱地层。套压井口装备承压、溢流压井防节流相关装备损坏模块通过实时监测套压,以保证套压小于井口设备承压限,而不损坏井口设备,并防止节流设备冲蚀严重。泵入装置承压能力主要由泵能力和钻杆强度来决定。泵能力是由泵参数来衡量的,不同厂家不同型号的泵参数也有一定的差别;不同等级钻杆的强度也不相同。最高泵压由泵能力和钻杆强度决定。综上所述,高含硫气井压力监测模块的建立可以避免地层气体再次侵入、压裂地层、压裂套管鞋处地层、破坏井口装备及破坏节流管汇,是实现科学压井的首要条件。2计算机优化压井闭环控制技术2.1压井控制系统计算机优化压井闭环控制系统主要包括现场测量变送装置、实时采集与处理装置、防爆监视装置、优化控制装置、节流控制装置等。该系统有三大功能:数据采集与处理功能、专家决策功能和自动压井控制功能。计算机优化压井闭环控制系统的采集与处理装置主要完成套压、立压、排量、节流阀压降、阀芯位移等参数的实时监测,计算机系统依据这些实时数据,以压井实时监测软件建立的高含硫气井压井作业过程中各压力曲线安全区间为指导,向压井闭环控制装置发出控制指令,由控制装置完成对液动节流阀开度的自动调节。计算机优化压井闭环控制系统能保证压井参数在专家决策系统给出的安全可控区间内波动,当压井参数出现偏离倾向时由计算机进行自动调整。这样就可避免由于现场人员盲目操作,引起的欠压、压漏地层等复杂情况,使压井更加科学、安全和及时。2.2监控和监测系统在进行数据采集与处理时,计算机主要是对生产过程的参数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计、数据越限报警以及对大量数据进行累积和实时分析。该方式计算机虽然没有直接参与生产过程控制,但其指导作用是非常明显的。在压井过程中,计算机对参数的测量和记录中可以代替常规显示和记录仪表,对压井过程进行集中统一的监视,对大量数据进行必要的集中、加工和处理,对指导压井控制过程有非常积极的作用。另外,可预先提出工艺参数的极限值,做到压井过程中越限报警,以确保压井过程安全。此外,还可以得到大量的统计数据,为建立压井数学模型提供依据。在计算机优化压井闭环控制系统中,计算机实时监测立压、套压、阀开度、泵冲数等参数,然后进行数据分析,提出可能存在的危险趋势及其严重程度,及时发出预警。数据采集与处理系统通过USB接口进行通讯,同时输入通道数达到单端48路和双端24路,可以实现程控增益1倍、10倍、100倍3种选择。通过关键参数的监测和与压力监测模块进行比较,提示操作人员对节流阀开度进行调节,或计算机自动调节节流阀开度。数据采集与处理的及时性和有效性,为计算机优化压井开环控制提供了依据,实现了远程监控和数据信息的传输,构筑了一个高可靠性、高安全性、高智能性及具有强大可管理性的监测体系。2.3压力监测和深度分析技术为了让平台工作人员能在第一时间观察到压井动态,也为了适合高含硫气田的特殊环境,在钻井平台上设计安装了防爆显示器。防爆显示器是提供实时曲线参数和压力监测模块的平台,显示的曲线包括计算曲线、估算曲线、设定曲线和实时监测压力曲线。高含硫气井压力监测模块为当前压井参数提供合理的压力范围,标示有参数曲线所在的正常波动区间,设定上下报警限,实行自动报警。防爆显示器具有防爆、防雨淋、防腐蚀、防尘等功能,能满足高含硫气井的安全要求。防爆显示器采用了隔爆型壳,防爆等级达到ExdIIBT6,同时可以接收200m内传输的信号。在高含硫气井钻井过程中,防爆显示器以其优越的性能满足了高含硫气井对环境的安全要求,同时又方便现场工作人员观察,可为压井决策提供有力支持。3高含硫气井压力监测技术1)利用先进的计算机技术、通信技术,建立了完整、有效的信息监测系统,从而使计算机优化压井开环控制系统实现了远程监控和数据信息的传输,构筑了一个高可靠性、高安全性、高智能性及具有强大可管理性的监测体系。2)高含硫气井压力监测模块,能根据实际