早期井涌井漏监测系统的设计与应用

・　６０　・　录井工程　２Ｏｌ６年ｌ２月　・装　备・　早期井涌井漏监测系统的设计与应用　刘　福　刘江华　纪洪波　张继军　张　硕　（中国石油长城钻探工程有限公司录井公司）　刘福，刘江华，纪洪波，张继军，张硕．早期井涌井漏监测系统的设计与应用．２０１　６，２７（４】：６Ｏ一６３　摘　要　井涌井漏是钻井中严重而又普遍的井下复杂情况，如不及时发现并采取相应井控措施，将会带来巨大经　济损失甚至成胁井场人员的生命安全，因此及时发现早期微量溢流和井漏对并控意义重大。据常规监测方式对溢　流井漏的敏感度分析可知，仅靠常规的钻井液池液面监测不能满足早期微量溢流和井漏监测的要求。早期并涌井　漏监测系统通过高精度电磁流量计精确地检测钻井液出入口流量值来确定流量变化量，通过集成快速监测预警软　件进行超门限值报警：为满足电磁流量计满管删量要求。研发了钻井液体出口流量测量装置。早期井涌井漏监测　系统在现场测试应用过程中，发现溢流和井漏较常规监测方式要提前７　ｒａｉｎ左右；与常规监测方式中的液位传感　器相比，电磁流量计具有精度高的优点，可在出入口流量差值为２　Ｌ／ｓ的情况下精确判断井漏和溢流。测试结果表　明．早期井涌井漏监测系统为溢流和井漏的控制赢得了更多的时间，有效降低了钻井风险。　关键词　井涌　井漏　流量监测　电磁流量计　微量溢流　报警　中图分类号：ＴＥ　ｌ３２．１　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９８０３．２０１　６．０４．０１　３　Ｏ　引　言　井涌井漏是钻井中严重而又普遍的井下复杂情　况，如不及时发现可能会造成井喷甚至更严重的事　要一定时间，导致发现钻井液变化相对滞后。　②控压钻井时，钻井液先流经节流管汇再经过　液气分离器才进入钻井液池，钻井液是经过气液分　离处理的，不能精确反映井筒实际流量变化。　③地面人为处理钻井液等操作，会造成钻井液　池液位在非井筒异常情况下发生变化，影响对溢流、　井漏的判断。　故，因而及时发现早期井涌井漏尤为重要＿１。］。目前　国内钻井现场是通过监测钻井液池液面的变化来判　断井涌井漏，常规钻井液罐的内空截面积约为　２０　ｍ　，当溢流或井漏量小于１　ｍ。时，４个钻井液罐　的液面高度变化不到１　ｃｍ，而钻井液池液位监测装　置误差在１　ｃｍ左右，故对小于１　ｍ。的溢流和井漏　④泵排量（即入口流量）通过理论计算确定，其　结果受机械效率、上水效率影响存在一定误差。　解决上述问题的设计思路为：在进出井筒两端　非高压管汇处安装合适的高精度流量传感器，准确　反映一进一出（即泵人和井筒返出）两端流量变化，　不能准确监测口］。针对钻井液池液位监测精度的不　足，设计了基于电磁流量计的早期井涌井漏监测系　统，并经现场测试证实了此项设计是成功的。　排除地面其他因素引起的非井筒流体变化的异常情　况，克服入口流量通过理论计算存在误差的影响。　ｌ　早期井涌井漏监测传感器设计与安装　１．１　设计思路　这样既可以确保入出口流量计算准确，同时又确保　早期反映流量变化。　传统应用钻井液池液位监测井涌井漏除了存在　监测精度的问题，还存在下列问题：　在优先考虑安全的前提下，结合现场实际工况　与测量环境，该系统选用的是一种耐高温、耐压、耐　腐蚀的流量计——ＯＰＴＩＦＬＵＸ　２３００Ｆ型电磁流量　①测量位置位于出口导管后端，当井筒流量发　生变化时，由于钻井液经出口导管流人钻井液池需　计（表１）。其精度高，寿命长，测量精度不受被测介　基金项目：中国石油天然气集团公司重大专项“随钻电磁波成像与测录井解释支持系统研发”（编号：２０１３Ｅ　３８　０９）　刘福Ｔ程师，１　９８４年生，２００８年毕业于辽宁工程技术大学地质工程专业，现在长城钻探工程有限公司录井公司井筒风险评价项目组从事　新技术研发及应用推广工作。通信地址：１２４０１０辽宁省盘锦市兴隆台区石油大街７７号。电话：（０４２７）７８０１６０９。Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｉｎｗｏｏＯ００＠１６３．ＣＯＵＩ　第２７卷　第４期　刘福等：早期井涌井　监测系统的设汁与应川　・　６１　・　质种类及其温度、粘度、密度、压力等物理量参数的　影响，测量误差小于３‰，适用环境温度范围一４０～　量沉积在截流箱体前部的岩屑，经较长时问聚集到　一定量时，通过调大挡板开度来实现截流箱内沉沙　６０℃，介质测量最高温度１８０℃，最高承压４０　ＭＰａ，　流量测量范同０～１　０００　ｍ。／ｈ。　表１　（）Ｉ　ＦＩＦＩ　ＵＸ　２３００Ｆ型电磁流量计出厂校验　口径　ｍｍ　３００　３００　３００　的清除。入口流量传感器串联安装在钻井液泵上水　管线上。节流管汇流量计串联安装在节流管汇后端　与液气分离器相连管上。　调节杆　设置流速　ｍ・ｓ　１．３８０　５６１　０８７　０．６５０Ｏ２Ｏ２３７　０．３０２　７８７　３７２　设置流量　ｍ。・ｈ　３５１．３１　１６５．４ｌ　７７．０５　量程　％　９９．４０　４６．８Ｏ　２１．８０　误差　０．１１　一０．０３　—０．０８　２５Ｏ　２５０　２．８７４２３９　２９２　１．３４４　９３７１０ｌ　５Ｏ７．９２　２３７．６７　９９．８Ｏ　４６．７０　０．Ｏ８　０．０２　滑　道　２５Ｏ　０．６３３　６２０　５９７　１ｌ１．９７　２２．００　—０．０９　钻井液出口引流管　截流箱体斜挡板　图２　截流箱内部示意　１．２传感器安装　针对电磁流量计满管测量要求的原理，设计了　钻井液出口流量测量装置，由导管组、流量计、截流　箱、可调试斜挡板组成，如罔ｌ所示。装置安装在井　口钻井液出口与振动筛缓冲槽之间，导管组替代常　２系统硬件、软件西　置及功能　２．Ｉ　硬件配置　如图３所示，一台ＰＣ机分别与ＨＡＲＴ调试　规钻井液出口导管，前端与井口钻井液出口连接，流　器、与网线连接的综合录井服务器、打印机和计算机　Ｔ作站相连接。＿　入１３流量　出口流量　量计串联在导管组中，导管组末端连接截流箱，截流　箱体坐落在振动筛缓冲槽上。　工程爨数　旦　服务器　打印机　Ｉ　工作站　图３硬件配置示意　２。２　软件配置　①截流箱；　虢动师；③钻井液罐；　）钻井液泵ｌ⑤节流臂汇；　⑥液体分离器：④出口流量传感器：＠入口流量传感器；０节流管汇流量计　早期井涌井漏监测软件是在ＶＣ一下开发的，　图１　传感器装置安装示意　操作方便。监测界面可重复使用，可配备终端界面机　供现场钻井方、监督方使用。　２。３　系统功能　当钻井液循环出口返钻井液时，钻井液通过流　量计后，由钻井液引流管流入截流箱体（图２），操作　人员通过手动转动调节杆控制挡板开度大小来控制　数据采集与存储：如图４所示，系统通过　ＨＡＲＴ协议和串口协议实时读取并输出瞬时体积　流量、累计体积流量显示到软件界面上；实时采集通　截箱体内挡板前端钻井液液位高度，使其与流量计　形成高度差，从而实现钻井液在导管组满管流动，满　足流量计满管工作原理。井筒返出的大部分岩屑可　通过钻井液流动的惯性冲力和可调式斜挡板的倾斜　度配合经钻井液出口引流管流入振动筛缓冲槽，少　过ｗＩＴＳ发送的综合录井工程参数、钻井液参数、　气体参数；基于ｗＩＴＳ标准数据库，汇集流量参数、　综合录井参数，按时间和井深实时存储流量数据和　综合录井数据。　・　６２　・　录井１－程　差超过一级预警门限时参数栏呈黄色．超过二级预　警门限时参数栏呈红色；二级预警时报警门限触发．　预警模块发｝ＩＪ声音报警提醒。　３．ｊ　井漏实例　如冈５所示，在ＸＸ　３０ｌＨ井现场应用测试过程　中，ｌ　１月８日ｌ６：２２：０５钻进至井深７３６８．７０　ＩＴＩ时．　ｍ口流量由ｌ３．２０　Ｉ　／ｓ开始下降，预警栏由绿色变　为黄色，１　６：２４：２１预警栏南黄色变为红色，计算机　图【　数据库存储流程　发出预警铃声，出口流量下降至１１．２０　Ｌ／ｓ，表现为　井漏特征，而常规出口相对流量上升。实际池体积无　明显下降趋势。　由同５可以看Ｈ｛，当发生早期井漏时，ｍ口流量　实时监测：对录井相关参数和流量参数的变化，　通过数字及绘制曲线图的方式。实时显示在监测界　面巾。　下降的开始时问为ｌ６：２２：０５．而实际池体积下降的　开始时间为１６：２９：２Ｏ；较常规监测方式．早期井涌　井漏监测系统发现井漏要提前７　ｒａｉｎ左有。　０　０　实时预警：实时分析流量参数、ｔｑ定义预警门限　和报警门限；预警包括一级预警和二级预警，当流量　时间　警　报　’０　０　Ｏ　大钩高度／皿　４０．出口流量／　ｓ－１）　４０．０　Ｏ　出口相对流量／％　实际池体　扭　ｍ）　４０．Ｏ　大钩负荷／ｋＮ　２５　０　钻　立压肥　０　入口流量／　ｓ＿　）　ｌ＃泵冲／（冲．ｎｄ．ｎ－　）　４０．０　０　ｌ４ｏ．０　０　２５００．０　鼬０　０　４０．溉０　Ｏ　、　＂　ｍ　０　泵冲／（冲．＝ｉｎ－’）　０　｝　、　【　　ｌ０　转盘转　（转心“　ｌ１　】８　．ｌ６：１２　７３６，＂－：　１ｌ【　１１　０８　１６：１６　３　ｌＩｎ　　Ｉ、　ｌ　）８　１６：２０　Ｉ　｛　‘＼　垂　７ｍ　童　１　）　。／＼　实际池体积　‘　无　明Ｉ　显Ｉ　Ｊ　ｌ１—ｏ８　ｌ６：２４　‘　Ｊ　．．．　７３６９　——　半肆　＿＝　ｌ１－｛）８　１６：２８　Ｉ＿　实际池体积下降　７　７３　ｊ　５ＲＬ　｛　｝　图５　ＸＸ　３０１Ｈ井监测　—　．　冒一ｋ　　’１　；．２　并　买圳　判断溢流造成池体积变化应在该时间点或该时间点　之后。因此与常规监测方式相比。早期井涌井漏监　测系统发现溢流并预警至少提前约７　ｍｉｎ。　．如图６所示，ＸＸ　２９—１井３月３１日０２：２３：ｌｌ　丁程循环．井深６０４１．１５　ｍ，出口流量南ｌ４．４５Ｉ　／ｓ开　始七升，预警栏由绿色变成黄色，随后变成红色，出口　ｊ假异常实例　如图７所示，ＸＸ　２９一ｌ井３月２８日ｌ　７：３５：Ｏ７　流量上升至１７．ｏ０　Ｌ／ｓ，实际池体积与常规出口相对　流量无变化，至Ｏ２：３０：ｌ８停泵，Ｏ２：３０：３Ｏ井队关井。　Ｆｈ图６可以看出，当发生早期微量溢流时，出口　流量上升的开始时间为０２：２３：１１，在Ｏ２：３０：１８停　＿Ｔ程钻进至井深５　９０３．１　ｍ时，实际池体积和传统　｝｝｛口相对流量有上升趋势，而预警栏呈现安全绿色。　根据出、人口流量相对稳定的状况。现场判断无井涌　泵后实际池体积有上升趋势。考虑停泵受循环管线　中的钻井液存量影响，池体积有个增加的过程，可以　井漏发生。最终核实，池体积的增加系　钻井液中　含气泡较多造成的假异常。　２７替　Ｉ　ｉ９　刘　等：　１　期＂涌＂漏监ｎ１．测系统的波汁　心川　・　６３　・　时间　Ｏ　大钩高度／Ⅲ　４０．０　ｎ　０　０　出口流量／（Ｌ，ｓ　）　４０．０　０．０　出口相对流量／％　ｌ００．Ｏ　警　报　、　大钩负荷／ｋＮ　钻腿／ｋＮ　入Ｕ流量／　Ｓ　）　２５００　Ｏ　０　０　实际池体积　４０．０　ｎ０，Ｏ　‘　ｌ５０　０　５０　０　。ｌ＃泵冲／（冲．ｍｉｎ　）　５００．Ｏ　０．Ｏ　４０　０　０．０　扭矩／（ｋＮ．　ｌ４ｏ．０　０．０　１２０．Ｏ　００　．｝　１　…　”　宋．【¨　０　Ｏ　立压／ｌ　群泵冲／（冲．ｍｉｎ。）　转盘转速／（转．ｍｉｎ－　）　１００　０　）１【ｌ｜１　Ｏ３—３ｌ　０２：１２　００Ｉ　１ｌⅢ　［　＼　＼　ｌ～Ｉ　｜＿ｔ．　。ｌ、ｌ１　０ｏ３　—３１　０Ｏ２：２１６０　Ｉｊ（¨ｌ　ｌ『１　一　）Ｉ　１１Ｉ１　ｏ３　３１　ｏ２：２４　｛　＿—、ｉ　　ｆ１４；口流量由　＼　．＞　池实翰　ｊ　ｌ　１７４墨／ｓ　Ｌ升至　００Ｌ／ｓ　．．体　积　无　－　“（）】ｌ　ｌｎ１　０３　３１　０２：２８　日／ｓ左奄　泵后出口流鼍１９．’　Ｉ　化　变　■■■　）｛　（ｉ０ｌｌ　ｌ…　厂　Ｉ　－　＼　奠　霈蕊　Ｐ　图６　ＸＸ　２９—１井井深６（）４　１．１　ｆ１１监测　时间　警　０　ｏ　）ｋｆ￣ｇＵｍ　４０．出Ｕ流量／（Ｌ．Ｓ　）　０　０　４０．０　０　出口相对流量／％　实际池体积　扭矩／（　１００．０　＿＿大钩负荷／ｋＮ　２５０００　０．入口流量／　Ｓ－Ｘ）　——４０．０　１１Ｏ　１４ｏ．０　０　ｎ　１５ｏ．Ｏ　］Ｊ］　］　撤　ｎ　■．｜　１０３－２８　、　，：钻　／ｋＮ　压Ａ　】ａ　Ｉ　ｎ　Ｏ　ｌ＃泵冲／（冲．ＩＩＩｉｒｒ　）　泵冲／（冲．ｍｎ－　）　：　５０．０　ｍ　ｎ　Ⅲ　１７：２０　）（¨　Ｉ¨　转盘转速／（转ｍ１ｎ－“　出入［ｊ流量　０３—２８　１７：２４　Ｉ　一相对稳定一．：　　哭　锕　Ｍ　、ｔ日＾　Ｊ（）　¨　＿ｌｆ－｛　】川　ｊ，　５　）２　ｌ１　１７：２８　Ｏ３—２８　５９０２　ｌＩｌ　５９０２｝　ｎ　　．１　Ｊ　Ｉ　　Ｊｊ　Ｉ　霉　：　～　；　ｈ　一　　【流量都有大幅度Ｊ升趋势　　ｊＩ　１　０３　２８　１７：３２　Ｉ　Ｉ　｛　　Ｉ＇　：　＇ｊ　－　；　－　＿：　，　ｌ　　｝０３—２８　１７：３６　ｌ‘　＼　．　１　５９０３　ＪＩ１　　’＿ｊ　Ｉ　－　　１１　●　图７　ＸＸ　２９　１井井深５　９０２．ｔ　ｍ监测　技术［Ｊ］．天然　ｔ技术与经济，２（）ｌ１．５（３）：２９—３１．　－｝结沦与认识　通过现场测试应用对比，该早期井涌井漏监测　系统发脱溢流与井漏要比传统监测方式提前７　ｒａｉｎ　左彳　对于外控安全意义重大，实践证明，陔早期井　涌井漏监测系统可以及时准确地预报溢流和井漏，　为溢流和外漏的控制赢取更多的时问．有助于确保　井控安全。电磁流量计的高精度测量，弥补ｒ液位　传感器测量精度和入ｕ排量受泵Ｉ　水效率、机械效　率计算误差影响带来的不足。该　涌井漏监测系统　孙合辉，陶青龙，李邓珥，等．基于电磁流｝１ｉ＝汁的　仆　液…［］流　盼测系统［Ｊ］．科技资讯，２（）ｌ　５．２１：５．　邓勇。刘绘新．庸继平．等．超深外早期做量溢流峨洲　技术研究［Ｊ］．　部探矿　程．２ｏ１０，９：５８—６ｏ．　李欣嵘。ｊ二玉，鲁泽斐．，人平衡钻井井涌，｛：漏蚧测系　统ｌＪｊ．仪＿器仪表川户，２Ｏｌ　２．１９（】）：ｌ８—２１．　Ｔ・Ｊ・斯　巾ｆ｛．电磁流量¨‘：ＣＮ．ＣＮ　ｌ　２６　１　１　ＡＬＩ　．　２０００—８—２３．　贾爱贵．外涌外漏快速探测系统［Ｊ］．国外钻＂技术．　１　９９８（５）：６０—６２．　能够排除非　仆筒内钻井液变化而造成的假异常，　从而减少不必要的非钻进时间，提高了钻井时效。　郭元恒，ｆ¨『世叫，明彪，等。早期溢流监测技术研究现　状　发展趋势［Ｊ］．价值工程，２ｏ１　３，３２（５）：２７—２９．　［１］　挛治伟．刘绘新，徐胡阳，等．深　期做艟溢流监测　（返　ｌ　ｌ日期　２０ｌ　６　０５　１¨　编　｝　王丽娟）