石油鉆井工程異常錄井信息技術(shù)研究

惠艷

摘 要：工程異常預(yù)報主要依靠錄井信息技術(shù)，通過分析不同工程異常事故類型及特征，開展不同異常的事故預(yù)報方案設(shè)計，提出了綜合錄井異常預(yù)報系統(tǒng)的設(shè)計思路，為鉆井工程提供幫助。

關(guān)鍵詞：工程事故;石油工程;異常預(yù)報;錄井信息技術(shù)

1 異常事故錄井響應(yīng)信息

1.1 工程異常

工程異常事故的類型不同，反映出的錄井參數(shù)變化也不一樣，現(xiàn)簡要說明主要異常情況。

①井漏：鉆井時，總池體積和出口流量均減少;出口流量和液面隨密度的提高而下降;起鉆時灌量超過正常灌量;下鉆或下套管過程中返出量低于正常量;靜止后循環(huán)不返;鉆進(jìn)中會有泵壓下降、扭矩下降、鉆時加快、鉆進(jìn)放空等現(xiàn)象;

②井浸：油氣侵—可能表現(xiàn)為氣測值增大、鉆時加快、槽面有顯示;巖屑見熒光顯示，鉆井液迷得降低;水侵—可能表現(xiàn)為氣測值升高、槽面有顯示、鉆時加快、鉆井液密度下降但粘度先增加后減少、氯離子增加、電導(dǎo)率下降;膏鹽侵—可能表現(xiàn)為巖屑和扭矩出現(xiàn)變化、鉆井液電導(dǎo)率升高、鉆時加快;有毒有害氣體—表現(xiàn)為非烴響應(yīng)和H2S報警;溢流—表現(xiàn)為起鉆時灌量比正常灌量小、下鉆時返出量又大于正常量、靜止時出口不斷流、出口流量上漲;

③井涌、放空和加快：井涌—鉆時可能加快、氣測值升高、槽面見氣泡或油花、密度下降、液面上升、鉆井液常涌出鉆盤面;放空—鉆壓和懸重突然降低、鉆時加快迅速、巖屑偶見次生礦物，出口流量在泵沖未變的前提下出現(xiàn)變化、總池體積可能增加;鉆井過程中加快表現(xiàn)為鉆時加快;

④氣體鉆進(jìn)時發(fā)生氣噴：鉆具出現(xiàn)上頂、懸重下降迅速;扭矩波動范圍增大、且上升快速、曲線表現(xiàn)為毛刺狀;立壓可能持續(xù)上升，但幅度較小;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速可能降低;套壓變化較大，會持續(xù)上升;

⑤鉆具斷/螺桿抽筒：立壓降低迅速、氣體鉆進(jìn)時不明顯;泵沖增加但立壓可能下降;若為螺桿鉆進(jìn)，則主要表現(xiàn)為鉆時、泵沖和立壓增大，巖屑中可能含鐵屑;

⑥縮徑阻卡/卡鉆：懸重異常變化;水平鉆進(jìn)、鉆進(jìn)倒劃眼以及下鉆劃眼時，摩阻明顯增大;掛卡和遇阻時，容易卡鉆;

⑦碰眼：扭矩增加;鉆時增大;

⑧溜鉆/頓鉆：懸重明顯下降，鉆壓突然增大;立壓、扭矩和鉆時等出現(xiàn)變化，穩(wěn)定性降低;

⑨掉水眼/堵水眼：泵沖穩(wěn)定，掉水眼時出口流量增加、泵壓下降;若堵水眼，則表現(xiàn)為出口流量、巖屑返出量降低但泵壓增加;由于巖屑的積壓，堵水眼后扭矩和鉆時有增加趨勢;

⑩鉆頭泥包：鉆時加大;立壓上升;出口流量降低;巖屑返出變少;

?鉆頭老化：鉆時加大;扭矩波動明顯并逐漸上升。

1.2 地質(zhì)異常

若鉆井過程中，地層發(fā)生變化，在綜合錄井上主要表現(xiàn)為Sigma和dc指數(shù)變化。鉆進(jìn)正常壓力地層時，泥頁巖會隨著井深增加，鉆時和dc指數(shù)均增加，即表現(xiàn)出井深和dc指數(shù)同時增大;而鉆進(jìn)異常高壓地層時，鉆時和dc指數(shù)都會出現(xiàn)不同程度的降低，在井深-dc指數(shù)圖上以向左偏離為主。

2 鉆井異常事故預(yù)報錄井技術(shù)

2.1 錄井異常參數(shù)應(yīng)用技術(shù)

模糊理論技術(shù)：首先是模糊理論技術(shù)，鉆井工程異常與綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性，但這部分信息缺少一定的量化標(biāo)準(zhǔn)，再據(jù)每種錄井異常參數(shù)推導(dǎo)，與之相關(guān)所有鉆井異常事故類型，分析多個錄井異常數(shù)據(jù)予以采用，主要應(yīng)用模糊理論分析法，推導(dǎo)當(dāng)時鉆井異常事故類型。其次是數(shù)學(xué)模型，數(shù)字信號處理技術(shù)在自動化預(yù)警領(lǐng)域應(yīng)用較早，主要是基于數(shù)學(xué)模型，建立異常變化的信號模型，并采取邏輯判斷的方法對工程異常進(jìn)行自動化預(yù)報。目前，主要是預(yù)報特定事故類型，在智能化應(yīng)用方面仍需提高。第三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為自學(xué)功能的智能模型，通過樣本模式學(xué)習(xí)，確定出模擬信息存在的特有關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練難度較大，模型構(gòu)建帶有一定主觀性，更適于事故特征研究。

2.2 錄井異常參數(shù)預(yù)報鉆井工程異常事故

第一，地質(zhì)異常預(yù)報，地質(zhì)異常事件主要涉及鉆井液參數(shù)和部分工程參數(shù)，包括鉆井液入口、溫度、出口密度、電導(dǎo)率、鉆井液體積、流量、立壓、泵沖等。鉆井液參數(shù)變化直接反映井下地層液體活躍情況，井筒與地層壓力平衡情況，重視鉆井液異常預(yù)報，可避免井漏、井噴等重大事故發(fā)生。第二，工程異常預(yù)報，利用綜合錄井異常參數(shù)，直接或間接預(yù)報多種工程異常及工程事故，根據(jù)錄井響應(yīng)信息，可確定出鉆進(jìn)時、起下鉆與接單根過程中鉆井工程異常事故主要參數(shù)變化，并制定出工程異常事故預(yù)報標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程異常預(yù)報系統(tǒng)設(shè)計思路

本次根據(jù)人工智能理論、模糊數(shù)學(xué)和應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)建立工程異常預(yù)報的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)分析現(xiàn)場鉆井情況，總結(jié)各種工程異常類型的規(guī)律，分析不同工程異常對應(yīng)的錄井參數(shù)的變化及事故發(fā)生概率。所用錄井參數(shù)包括鉆時、流量、立壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、扭矩、密度、體積、總烴及電導(dǎo)率等，實(shí)時判斷鉆井異常情況。因此，設(shè)計工程異常預(yù)報的思路為：通過綜合錄井儀系統(tǒng)對各種錄井從參數(shù)進(jìn)行采取，并開展前端的計算機(jī)處理，并存儲在系統(tǒng)動態(tài)庫中，標(biāo)準(zhǔn)格式為CDA，設(shè)計的異常預(yù)報系統(tǒng)將通過CDA動態(tài)庫對各種錄井參數(shù)實(shí)時調(diào)用。再對出口鉆井液性能的參數(shù)對應(yīng)時間歸為，同時以人機(jī)對話相關(guān)參數(shù)為基準(zhǔn)，準(zhǔn)確計算鉆井施工實(shí)時的危險指數(shù)，確定異常事故是否存在，并將計算結(jié)果通過系統(tǒng)返回至CDA。將危險指數(shù)與系統(tǒng)內(nèi)的異常事故類型和參數(shù)比對，建立其邏輯關(guān)系，計算異常數(shù)據(jù)變化情況。預(yù)報結(jié)果異常事故預(yù)報結(jié)果存儲于綜合錄井系統(tǒng)，用于事件查詢、進(jìn)一步分析，為采取對應(yīng)措施避免安全事故發(fā)生提供支持。