geoNEXT錄井系統(tǒng)中鉆具振動監(jiān)測軟件在現(xiàn)場的應(yīng)用分析

蘭晶晶 康明烽 倪朋勃 陳迪（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司天津300452）

一、鉆具振動形成原因

在鉆井過程中，鉆具與井壁，鉆頭與地層，鉆具與鉆頭之間作用是非常復(fù)雜的，與在地層中通過旋轉(zhuǎn)和上下三維運動，易形成鉆具振動。鉆具振動形成主要分為鉆井工程技術(shù)方面的原因和地質(zhì)方面的原因。

鉆井工程技術(shù)方面的原因：

鉆井設(shè)備狀態(tài)，如：鉆機穩(wěn)定性差，回轉(zhuǎn)器軸承有間隙等；動力機功率不足，超載荷時工作不穩(wěn)定；往復(fù)式水泵送水量和壓力不均，泥漿產(chǎn)生脈動。平臺樁腿地基的強度不夠以及鉆機在基礎(chǔ)上安裝固定不牢。井眼結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，鉆桿，巖心管的直徑與孔徑配合不合理。粗徑鉆具沒帶穩(wěn)定接頭；使用彎曲的鉆桿和巖心管。使用鈍的或非正常磨損的鉆頭（金剛石碎裂，唇部偏磨，鉆頭橢圓形磨損等）；鉆進參數(shù)的選擇與所鉆巖石的性質(zhì)不適應(yīng)。盲目的加鉆壓和加大轉(zhuǎn)速；鉆桿鎖接頭不同心。鉆桿由于制造方面的原因或使用過程中不均勻磨損（特別是在定向井眼中使用），造成壁厚不均和橢圓度，引起鉆桿不同心，回轉(zhuǎn)不平衡；主動鉆桿彎曲，超長，在立軸中偏心；井眼發(fā)生彎曲。

地質(zhì)方面的原因：主要由于地層中不均質(zhì)引起，巖層破碎，裂隙發(fā)育。巖層軟硬變化頻繁。巖層層理，片理發(fā)育并與井眼軸線形成銳角；溶洞，空穴發(fā)育。巖層的顆粒度不均勻，具有非均質(zhì)結(jié)構(gòu)；巖石的硬度和強度不均。

根據(jù)鉆具振動形成原因鉆具振動的類型主要分為四種如（圖1）：縱向振動（Ax ial）、側(cè)向振動（Torsional）、橫向振動（Lateral）、和偏心振動（Eccentered）。反映到地面表現(xiàn)為：鉆頭跳動、粘卡、側(cè)面彎曲、回旋。

圖1：鉆具振動形態(tài)

二、如何消除鉆具振動

geoNEXT智能錄井系統(tǒng)具有鉆具振動監(jiān)測軟件，他是以傅里葉分析（基波和諧波理論）為基礎(chǔ)，把一段時間的正常扭矩和鉆壓變化值作為基值，設(shè)定異常扭矩和鉆壓變化值的上下限，在實時鉆進過程中，如出現(xiàn)超出上下限的異常變化量，系統(tǒng)會發(fā)出警報，錄井工程師分析數(shù)據(jù)后報告給作業(yè)負責(zé)人，通過改變鉆井參數(shù)來減少鉆具振動。

geoNEXT系統(tǒng)首先對數(shù)據(jù)源進行了高頻率處理，大鉤高度、懸重、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速以及扭矩都采用高頻率采集模式，頻率可達100Hz，這樣就能保證錄井系統(tǒng)可以監(jiān)測參數(shù)滿足用來以計算判斷鉆具振動。

在實際作業(yè)中，監(jiān)測橫向和縱向上根據(jù)振動能量和振動頻率兩個參數(shù)系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部公式進行計算得到一個綜合參數(shù)，通常稱為橫向振動能量值或者縱向振動能量值，依據(jù)該參數(shù)將鉆具振動正常情況下作為基值，基值的20%內(nèi)變化為正常情況，警報分為三個級別，根據(jù)超過基值的百分數(shù)來評定警報級別，分別為20%，30%和40%。在實時的鉆具振動監(jiān)測圖中，如正常是綠色顯示，出現(xiàn)異常振動會以橙色、紅色顯示，在超過40%時會以紫色顯示。

在鉆進過程中實時監(jiān)測鉆具振動情況，如果發(fā)生鉆具振動首先判斷是橫向振動還是縱向振動然后向作業(yè)者提出合理建議，通過改變鉆井參數(shù)例如鉆壓或者轉(zhuǎn)數(shù)來減少鉆具振動,從而達到最佳鉆井狀態(tài)，避免出現(xiàn)鉆井事故。

三、案例分析

目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中國海油各個海域得到普遍推廣。在錄井作業(yè)中，工程師實時關(guān)注鉆具振動監(jiān)測界面，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立刻通知司鉆和鉆井監(jiān)督，并提出合理化建議，準確地指導(dǎo)了鉆井作業(yè)的順利進行。

圖2 所示，在B1井12-1/4＂井段鉆進過程中，深度3500.00米至3560.00米，鉆進期間監(jiān)測到異常鉆具振動。geoNEXT工程師及時把監(jiān)測到異常振動這一情況通知鉆井相關(guān)負責(zé)人。現(xiàn)場調(diào)整頂驅(qū)轉(zhuǎn)速由100rpm增至120rpm后恢復(fù)正常。判斷振動的出現(xiàn)是由于鉆井參數(shù)搭配不合理造成的，避免鉆具磨損。

圖2 B1井12-1/4＂井眼鉆井分析軟件振動圖

圖3 所示，C1從4520.00米至4570.00米的鉆進過程中發(fā)現(xiàn)了異常的鉆桿振動現(xiàn)象，geoNEXT工程師及時通知了地質(zhì)和鉆井相關(guān)負責(zé)人，并建議嘗試不同鉆井參數(shù)來降低鉆具振動。在降低鉆壓后大大降低了鉆具振動，鉆速也明顯加快了。

圖3 E1井12-1/4＂井眼鉆井分析軟件振動圖

結(jié)語

從實際應(yīng)用中可以看出，鉆井振動監(jiān)測軟件能夠有效地對鉆具振動現(xiàn)象進行監(jiān)測，為作業(yè)者提高鉆井效率、減少工程事故發(fā)生率，有極大的參考價值。實時警報監(jiān)測、分析振動的變化對調(diào)整鉆井參數(shù)（鉆壓、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、泵排量等），提高鉆井效率有很大的幫助。

在實際的現(xiàn)場應(yīng)用過程中，孤立的使用鉆井振動分析這個錄井新軟件工具并不能達到最好的效果，應(yīng)該綜合其他現(xiàn)場資料，通過有經(jīng)驗的工程師鑒別出其變化趨勢所代表的鉆井實時情況，給作業(yè)者提出建設(shè)性的參考意見以提高鉆井效率、做出提前預(yù)判，減少工程事故，節(jié)約成本。

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