順北“深地一號”工程錄井溢流預報的應用

肖志鵬(中石化西北油田分公司，新疆 輪臺 841600)

0 引言

順北“深地一號”油氣田(以下稱“順北超深井”)位于新疆塔里木盆地腹地，目前為中國石化西部資源戰略接替的重要陣地。順北超深井儲層埋深7600～9000 m，以奧陶系“斷裂+串珠”形成的斷控體為主要勘探目標，目的層普遍存在鉆遇井漏溢流的情況，且壓力空間窄，導致現場漏溢轉換頻繁，加之井底異常反饋到地面時間長等問題，導致液面監測到池體積增長時溢流已發生多時，關井套管迅速增大。同時志留系、奧陶系局部異常高壓難以預測，鉆遇時懸重立壓迅速發生變化，待地面監測系統反饋溢流時為時已晚，給井控安全帶來了巨大困難。

順北超深井鉆井過程中，影響因素較多，如不能及時處理溢流，有可能導致關井壓力高，井控裝備和設施承受能力受到巨大考驗，長時間的停待處理故障導致隨之而來的井壁垮塌、高溫高壓使鉆井液性能降低等進而導致卡鉆，造成井下事故，甚至單井報廢。為此，筆者研究了順北多口超深井溢流異常參數變化規律，結合現場實際應用技術手段，建立了實時鉆進綜合參數預報，根據實施鉆進層位強化多參數提示，形成了順北區塊超深井溢流多參數報警技術，現場應用表明，該技術預警效果明顯。

1 順北超深井溢流參數變化特征

順北超深井溢流一般有兩種，一種是高壓鹽水，主要發生在泥盆系東河塘組和志留系地層，另一種是鉆遇儲層高壓層，主要發生在目的層奧陶系地層。溢流發生時，一般錄井參數：鉆時減小、偶爾伴隨放空，平均鉆時減小，立管壓力突然跳躍，或者出現先升高后降低的微變化過程，出流不斷流或起伏跳躍并迅速增大；總池體積增加；大鉤負荷減??；氣測升高，接單根后效氣明顯；鉆井液密度減小，黏度升高；電導率增大或者減小。例如：順北41X井在一間房組發生溢流時，高架槽出口流量上升，總池體積升高，立壓下降，全烴上升，其他參數無明顯變化。同時順北超深井部分區域局部可能存在異常高壓，鉆遇異常高壓時參數變化可能優先體現在懸重下降、立壓上升，地面系統反饋慢，溢流發生時可能僅單項參數變化、而其他參數變化不明顯、或無變化，這與其他區域出口流量、總池體積快速變化特征又有明顯的區別，設置好多參數門限報警能夠有效地幫助發現微小溢流。例如：順深1井鉆進至7726.20 m，全烴由1.51%上升至6.2%。出口流量由36%上升至47%，其他參數無明顯變化，錄井隊預警后鉆井隊立即組織關井，關井成功后立壓0 MPa，套壓2.6 MPa。

2 超深井溢流參數異常預報模型及應用

2.1 溢流參數異常模型

2.1.1 溢流參數異常預報流程

工程參數異常預報流程概括為監測、發現、判斷、預報、處理，順北區塊超深井由于井深大，地層情況復雜，處置時間窗口小，發現異常后再核對異常參數、進行異常驗證過程中往往造成后故障瞬間擴大，后期難以處置。例如順深1井，定向鉆進至井深7937.07 m，大鉤負荷2020 kN下降至1756 kN，立壓27 MPa上升至36.5 MPa，錄井隊儀器房發現立壓、懸重異常通過內線電話提示司鉆參數異常(錄井隊未判斷立壓、懸重異常為井下溢流)；2 min后錄井隊儀器房坐崗記錄填寫池體積增長10.69 m3(錄井隊判斷停泵上提下放導致)未通知鉆井隊；10 min后井隊泥漿工發現液氣分離器出口不斷流，通知組織關井，13 min關井成功，套壓16.08 MPa。兩次預報錯判、預報滯后為后期壓井帶來了困難，且存在井控風險。錄井異常預報問題主要集中在發現和判斷環節，針對這一情況，優化異常預報流程，將異常判斷環節后置，與現場處置合并，做到及時處置，避免由于判斷過程引起處置速度慢，造成事故。

2.1.2 溢流多參數預警模型

通過順北區域已鉆井錄井資料以及事故分析統計報告等，分析不同工況及各異常情況下綜合錄井特征參數的變化規律，結合井下參數(鉆時、懸重和立壓)、井口參數(出口流量、密度和電導、氣測)及罐區參數(池體積)，建立自井下-井口-罐區的三級參數變化，構建了基于多參數動態預警模型。如表1所示。然后，基于建立的多參數動態預警模型，在對錄井資料的監測分析的基礎上，實時判斷井下風險類型及概率，充分發揮現有綜合錄井儀監控手段，合理優化各參數上下門限值，結合實際對預警模型進行干預，不斷提高預報準確率。最后，綜合單井各異常預報準確情況，實時優化預警模型中各參數變化監控，在鉆井工程異常向鉆井工程事故演變量變過程識別并發現端倪，使其風險預測精度不斷提高，在風險發生的早期給出預警信息，及時指導風險調控措施的開展。

表1 溢流預警模型示例

分析順北區塊溢流資料，溢流多發在一間房組和鷹山組，溢流主要發生在鉆進工況下，提離井底、起鉆、劃眼溢流發生概率相近，下鉆工況相對安全，參數變化情況看，在發生的溢流事件中出口流量、池體積、氣測值都發生了異常變化，而立壓異常概率接近50%，出口密度、出口電導率異常概率約為 30%，鉆時、懸重異常概率約為 5%，其他參數變化概率較低[1-2]。

揭開奧陶系中統一間房組前50 m針對溢流實施溢流預警模型預報，對井口參數變化和罐區參數變化進行一級報警，采取必要處置措施，對井口參數進行二級報警，提早準備，加強觀察，如持續變化或者一級參數變化，立即采取措施，提示值班人員和技術人員注意鉆井情況。對池體積及出口流量強化報警門限，分兩級提示，總池體積上漲0.5 m3預報警，上漲1 m3緊急報警，出口流量增長 2%預報警，上漲 5%緊急報警。結合多參數報警模型，關注單一參數變化是否變為多參數變化，井下-井口-罐區三級流程中均有參數變化時，立即采取措施，關井觀察，確保井控安全。

2.2 應用

超深井工程參數異常模型在順北油田應用以來，取得很好的成績。單井綜合錄井之初結合順北工區風險評估模型對本井各風險進行識別，認識本井風險情況，針對各風險制定 本井施工方案，并對本隊人員進行交底，同時對操作人員根據優化參數預報流程進行培 訓。參數異常預報率成功率提升至100%，準確率提升至95%以上。

按預報模型進行錄井工程參數異常預報錄井，全程進行參數監測，特別是在目的層施工前對綜合錄井儀、智能溢流系統中總池體積、出口流量、立壓等進行規范化參數報警門限設置，并實時對相關參數門限設置情況進行檢查修改。例如順北61斜井鉆進至井深8353.82 m，出口流量由37.93%上升至38.99%，全烴由1.573%上升至16.411%，總體積由38.64 m3增加至39.15 m3，其他參數無變化，溢流0.51 m3，大鉤負荷、立管壓力等其他參數均無變化，錄井隊預報后鉆井隊立即采取措施，也放棄了真假驗證過程，立即上提鉆具，3 min關井成功，關井套壓1.01 MPa,后經核實從發現溢流至關井成功實際溢流總量為0.66 m3。同樣在順北21斜井鷹山組控壓鉆進至8714.93 m，懸重由2396.3 kN降至1796.2 kN，立壓由20.5 MPa上升至27.1 MPa，其他參數無明顯變化(如圖1所示)，發生溢流，錄井隊當班人員啟動一鍵溢流報警。鉆井隊3 min關井成功，關井套壓21.6 MPa。

圖1 順北21斜井鷹山組溢流圖

兩次溢流均是鉆遇目的層儲層所致，是順北超深井目的層參數異常預報重點項目之一。錄井隊當班人員根據參數變化情況結合超深井預報模型進行了一級報警，放棄進一步驗證過程，啟動一鍵報警。由于預報及時，兩次預報均為鉆井隊及時處理贏得寶貴時間，避免了后續復雜情況的發生并保障了井控安全。

2.3 發展

針對順北超深井溢流監測困難，井深太深導致異常反饋到地表時間過長，鉆井過程中異常參數報警頻繁，錄井現場難以判斷，順北超深井凝析氣藏和異常高壓的存在，也導致了溢流發現，井控安全尤為重要。順北區塊錄井通過安裝溢流預警系統、一鍵報警裝置，普及溢流三級響應預警模型等，來進一步提高溢流發現的及時性。但仍存在單參數預警系統發出報警過于頻繁、誤報率高影響判斷等情況的發生，實際發現過程中人的因素仍占主要原因。

在錄井行業往“標準化、信息化、智能化”的發展過程中，溢流異常預報的單參數報警模式、異常需人員主觀判斷等如何融入到整體發展中來，如何利用地質預測和錄取到的錄井參數多參數系統自動報警，如何利用錄井方式提前預判地下存在的異常高壓層等問題還需得到解決。

3 結論

順北超深井錄井工程參數異常的特點多表現為單項或少參數變化特征，而且參數變化與異常無固定對應關系，現場往往依據個人經驗進行判定，給現場操作帶來很大困難，預報失敗率很高。筆者根據區域地質特征建立異常預報模型和溢流預警模型，利于現場人員培訓學習，能有效提高預報準確率，避免預報失敗。

(1)總結順北工區超深井溢流異常特點，建立多參數報警模型；現場操作人員根據運用多參數預報模型合理優化參數報警。采取“多參數監測、少參數或單參數變化預警”的模式，極大提高異常預報準確率，減少異常預報失誤；

(2)順北超深井溢流異常預報模型應用結果表明：該模型在順北區塊應用效果良好，能夠有效及時發現溢流參數異常，阻止鉆井工程異常向鉆井工程事故演變量變過程，控制井控風險，降低事故發生幾率，提高鉆井時效；

(3)該模式為非固定模式，可不斷自我補充和完善，可隨著鉆井工程以及井下地質特征認識加深，而不斷優化更新模型，具有較強的現場適應性；

(4)該方法具有較強的可推廣性，推廣其他地質和工程條件相似區域，根據區域鉆井施工特征及區域地質概況，建立本工區縱向剖面風險識別模型，根據修改單項模塊，以及區域性分析評估模塊內容，即可適應該區域錄井工程參數預測預報工作的工作方法。