欠平衡鉆井數據采集監測技術在夏72井的應用

摘 要 近些年來，隨著世界石油勘探技術的發展，欠平衡鉆井技術在我國得到了廣泛地應用。采用該項技術在一些老區和新區區塊實現了勘探突破。欠平衡鉆井數據采集監測系統作為欠平衡鉆井的眼睛，在鉆井施工作業中，對降低作業風險、優化施工措施、實時評價產層起到了很大的作用。在欠平衡鉆井施工作業過程中對各個工程參數和有關地質參數進行實時采集和監測，能夠及時的分析掌握井下欠平衡狀態，提前預防井下異常情況的發生，有效地指導欠平衡鉆井施工。本文主要闡述該技術及軟件概況及夏72井欠平衡鉆井數據采集技術的現場應用。
關鍵詞 欠平衡 數據采集 鉆井 夏72

l 欠平衡鉆井數據采集系統簡介
　　欠平衡鉆井數據采集監測系統是利用欠平衡鉆井實時采集的鉆井工程和泥漿參數，經過數模轉換、數據采集、軟件處理，最終顯示于計算機終端，并在軟件處理過程中，實現實時數據的動態模型分析、計算以及動態繪制實時數據曲線。
　　系統采集參數：立管壓力、套管壓力、泥漿泵沖、入口液量、出口液量、出口氣量、出口密度。
　　欠平衡鉆井數據采集監控系統平臺具有動態實時曲線顯示、動態數字顯示、動態數據庫瀏覽、靜態數據曲線顯示、理論曲線顯示、數據現場傳輸、遠程通訊、自動及人工控制、應急及限值報警、自動數據備份、現場工況及出口情況監視等功能。

2 欠平衡鉆井實時監測模型
　　從信息處理的角度來考察欠平衡鉆井實時監控系統，它實際上是對物理過程的狀態進行監視，當其狀態發生變化時，按照一定的數學模型或經驗模型進行計算或推理并根據計算結果或推理結果作出相應的決策，以實現預定的目標。
　　欠平衡鉆井實時監控，就以數據采集到的數據的具體內容為已知事件，以執行任務的觸發條件為契機，同步執行任務，使其達到實時并行綜合處理的效果。

　　在欠平衡鉆井過程中，可以把鉆井工況分為兩種狀態：正常，非正常。在模式識別方法應用于現場前，先根據以往的鉆井歷史數據建立正常和非正常狀態的樣本集，對模式進行訓練。在欠平衡鉆井施工的過程中，利用模式識別方法，將實時監測數據結合地層參數和泥漿等參數進行實時事故判斷，如發現井下異常，立即則報警。

3 欠平衡鉆井數據采集軟件
　　利用面向對象程序設計環境開發了一套適合該系統的軟件。該軟件具有速度快，性能穩定的特點。可完成對立管壓力、套管壓力、出口液量、氣量、密度等參數的實時采集、補償、變換、濾波，并將數據實時存入數據庫文件，作為系統平臺分析、計算和控制的數據源。欠平衡鉆井監控系統平臺具有動態實時曲線顯示、動態數字顯示、動態數據庫瀏覽，靜態數據曲線顯示、理論曲線顯示、數據現場傳輸、遠程通訊、自動及人工控制、應急及限值報警、自動數據備份、現場工況備注及語音數據廣播功能。

3.1 程序功能簡介
(1)實現數據采集時間間隔的隨意性(兩次數據采集時間間隔可以隨意調整)。
(2)對于采集的原始數據進行實時誤差分析處理，提高數據的真實性。
(3)實時繪制數據曲線，便于現場比較監視。
(4)編制實時數據庫。
(5)邊采集邊回放實時數據庫，實現了真正的多任務。
(6)在網絡中實現星星拓撲的數據發送，數據實現多人共享。
(7)實現實時曲線的實時打印。
3.2 軟件實現的基本功能
(1)實時畫面的監視。畫面是最直接的表達方式，欠平衡鉆井地面數據采集系統在軟件系統中通過計算機屏幕顯示動態曲線，能從整體和細節兩個方面對采集到的數據進行實時監視。同時本系統配備了音像監視設備，包括：攝像頭、監視器、錄像機，可以實時對排出口管線及泥漿返出口情況進行監視，實現了不用出采集房就能實現對整個欠平衡鉆井全過程進行實時監測。
(2)實時報警和操作系統運行中，能實時進行事故診斷和分析，并提示處理方式和修改系統參數，對監視畫面進行干預。
(3)信息存儲與輸出：系統不僅能進行實時監視與操作，還能對信息進行存儲和報告，即利用實時數據庫，根據系統要求，處理批量信息。利用打印機，定時或不定時地輸出報表。
(4)數據庫實時回放：系統對實時數據庫中的數據可隨時進行實時回放，實現了事后對災平衡鉆井全過程的實際重演。
(5)網絡數據的實時備份監測：系統實現了網絡化的運行，即通過客戶機、服務器的網絡模式，由一臺服務器和多臺客戶機的星型連接，實現多臺客戶機實時共享服務器所采集到的數據，同步顯示、同步數據備份的功能。
4 夏72井數據采集技術的應用
4.1 夏72井概況
　　夏72井屬新疆油田公司2003年度重點預探井之一，地理位置位于新疆維吾爾自治區和布克塞爾自治縣夏子街地區，地表為戈壁。夏40井西偏南2700m，夏62井東南7325m，瑪3井北偏西4150m。鉆探目的查清夏40井背斜二疊系風城組、佳木河組的含油氣情況，進一步評價其勘探潛力；落實儲層、含油氣面積、儲量。地層構造從上到下依次為下白堊統、侏羅系、三疊系、二疊系。
為確保夏72井施工始終處于欠平衡狀態，利用欠平衡數據采集系統對該井欠平衡鉆井的過程進行了實時監測，對立管壓力、套管壓力、出口氣量和液氣分離前密度等數據進行了連續監測，同時對泥漿出口和燃燒管線進行了視頻監視與記錄，尤其詳實記錄了多次后效的實況。
4.2 夏72井泥漿密度的確定
　　根據預測地層孔隙壓力、坍塌壓力確定欠平衡鉆進過程中，井底合理欠壓值為0～2.5MPa，并以此確定夏72三開欠平衡鉆井施工井段的鉆井液密度為1.15～1.25g／cm3，在實際鉆進過程中先使用設計密度的下限值1.15g／cm3，并現場根據實鉆情況進行適當的調整。
4.3 夏72井欠平衡鉆井泥漿測量技術
　　泥漿密度是最直觀反映欠平衡鉆井狀態的一個參數。以前，利用放射性密度儀檢測出口流體密度，成本高，數據斷時頻
　　率大、漂移頻繁，而造成欠平衡鉆井數據庫數據不全，缺乏真實性。同時放射性密度儀具有很強的放射性，對人身、自然環境都造成較大的傷害和污染。為克服上述問題，我們根據液氣分離器結構，巧妙設計了利用壓力傳感器實時檢測出口鉆井液密度的裝置。該技術不僅成本、安裝維護使用方便、易校正，而且安全性較高，對所測流體的密度能最快速度地反映其變化趨勢，從而完善欠平衡鉆井數據采集技術的現場應用。

4.4 夏72井全過程欠平衡鉆井實時監測應用實例
　　為確保夏72井全過程欠平衡鉆進的順利實施。我們對該井進行了全過程的欠平衡鉆井數據采集和監測工作，對151lm的欠平衡鉆井井段進行了數據備份與分析。為分析鉆井工況、修正、優化鉆井工藝措施提供了強有力的理論依據。
　　不間斷地對欠平衡鉆井相關數據進行連續監測，使施工人員能夠及時掌握有關數據，以便作出正確的決定和制定合理措施。

5 數據采集系統的開發方向
　　通過近幾年的研發和現場試驗，欠平衡鉆井地面采集與控制技術已經逐步完善。對井底壓力的監測技術應該是欠平衡鉆井數據采集系統今后工作的研究方向。如能準確地監測地層井底壓力，便可以在欠平衡鉆進過程中實時監測井底真實欠平衡狀態，對在鉆井過程中及時修正鉆井參數提供有力依據，目前我們正在開展這方面的研究。
　　另外，該系統下步的工作是實現數據采集傳輸一體化的管理服務功能(Data Process Totalisation System--DPTS)。使用DPTS服務的好處是能把作業現場與遠程桌面聯系在一起，提高決策能力，真正地把質量控制落實到現場工作中去。它是一個全新的、面向對象的高級管理方式，大家能夠實現在同一個平臺上工作，實現數據高度共享、最大限度地提高工作效率。在寬帶允許的情況下，可直接進行NETMEETING或現場實時視頻監測，可進行遠程作業控制。DPTS具有完整的數據服務，不僅僅局限于幾個工程參數的傳輸，而且是全部作業過程的集成監測。

6 總結與認識
　　作為欠平衡鉆井作業的眼睛，欠平衡鉆井數據采集監測技術經過近幾年的理論研究與現場試驗，已逐步成熟、完善，并在現場的欠平衡鉆井施工作業中，起到了積極作用。對于預探井欠平衡鉆井，該系統仍需在加強井底壓力實時采集、監測、信號傳輸等方面作進一步的研究和探索。相信，隨著該系統的不斷完善，定會成為欠平衡鉆井工藝不可缺少的一部分。