工程录井课件

工程录井,张士荣,（一）工程录井的发展历史（二）工程录井的现状（三）工程录井与地质录井的关系（四）工程录井的作用及其现实意义,一、绪论,一、绪论二、工程参数的现场采集三、工程参数的现场处理四、工程事故与复杂预测五、工程录井新技术与发展方向,工程录井技术的发展经历了四个阶段：,第一阶段：50年代至70年代中期机械仪表阶段,第二阶段：70年代中期至80年代中期电子仪表阶段,第三阶段：80年代中期至20世纪末计算机信息处理阶段,第四阶段：21世纪以来网络化信息管理阶段,（一）工程录井技术的发展历史,一、绪论,国内目前工程录井生产技术还处于计算机信息处理阶段，即工程录井技术发展的第三阶段。工程录井还没有与钻井过程控制有机的结合在一起。目前与钻井工程还处于开环状态，距智能化钻井的目标还有一定的距离。,（二）工程录井的现状,一、绪论,同一技术的两种应用同一目标的两个手段更偏重于实时处理更偏重于反馈控制,(三)工程录井与地质录井的关系,一、绪论,(四)工程录井的作用及其现实意义,作用：钻井参数的随钻监测钻井事故的预测预告井下复杂的预测预告压力异常的检测分析钻井参数的优化分析钻井成本的测控提示钻井资料的编制处理钻井信息的实时发布导向钻井的测控分析钻井过程的仿真模拟,一、绪论,工程录井的最终目标是与钻井工程形成一个整体，构成钻井工程一个全闭环的控制过程。即形成所谓的智能钻井。,(四)工程录井的作用及其现实意义,定位：钻井信息管理与钻井信息服务钻井信息分析与工程决策帮助,一、绪论,（一）工程录井的仪器演化（二）工程录井仪器的结构（三）工程参数的传感原理简述（四）工程参数的实时记录（五）工程录井软件,二、工程参数的现场采集,二、工程参数的现场采集,二、工程参数的现场采集,（二）工程录井仪器的结构,二、工程参数的现场采集,1、压力传感器:由弹性膜片及应变式敏感元件组成。在压力作用下弹性膜片产生应变，从而使敏感元件组成的电路产生电流变化，经数模转换为压力信号。(如:立管压力、套管压力、悬重等),（三）工程参数的传感原理简述,压力测量的影响因素,1、高压管线（密封、空气、缺油）,2、快速接头,3、环境温度,4、安装位置,二、工程参数的现场采集,2、扭矩传感器:以前采用的是机械式扭矩传感器，原理与压力传感器相似。由于电动钻机的广泛应用及安装不便等原因，很少被采用。,2、电扭矩传感器:当扭矩发生娈化时，供电电缆中的供电电流也发生变化，根据霍尔效应，传感器监测电流变化而得出扭矩的变化。,二、工程参数的现场采集,（三）工程参数的传感原理简述,二、工程参数的现场采集,3、接近开关:振荡电路在传感器四周产生交变磁场，根据霍尔效应，当有金属物体接近时，造成磁场能量损失使振荡器停振，经检波输出为脉冲信号，用于测量泵冲和转盘转数。,（三）工程参数的传感原理简述,影响因素,1、传感器的安装位置,2、泵、或转盘的振动,3、传感器本身的感应距离感应物的选择,二、工程参数的现场采集,二、工程参数的现场采集,4、绞车传感器:由齿轮盘和两个接近开关组成，间距固定的齿轮盘随绞车转动，经过接近开关时产生两组具有相位差的脉冲信号，经过处理,转换为大钩高度。,（三）工程参数的传感原理简述,二、工程参数的现场采集,5、液位传感器:采用超声波原理，将发送与接收的声波时差换算为传感器与液面之间的距离，并根据钻井液罐的截面积换算为泥浆池体积。,（三）工程参数的传感原理简述,影响因素,1、泥浆性能（浮子粘卡、泥浆气泡）,2、液面的波动,3、传感器的位置（远离搅拌器）,4、传感器表面积水,二、工程参数的现场采集,二、工程参数的现场采集,（三）工程参数的传感原理简述,6、流量传感器:利用流体连续性原理和伯努力方程及档板受力分析，将挡板的角位移换算为钻井液流量。如果能够排除泥浆流动的干扰，可以采用超声波传感器进行更精确的测量。,影响因素,1、传感器的安装位置,2、出口导管的斜度,3、导管内径与挡板的长度匹配,二、工程参数的现场采集,4、钻井液性能,二、工程参数的现场采集,7、密度传感器:利用液体密度与不同深度的压差有关的原理测量钻井液密度。传感器上下有两个位置相对固定的法兰盘，放入泥浆后，在两个法兰盘上产生压差，通过压力传递装置送给信号转换器，并输出电流信号。,（三）工程参数的传感原理简述,影响因素,1、安装条件（缓冲罐尺寸流动冲击力）,2、有效测量部位的埋深,3、传感器的位置（远离搅拌器）,4、沉砂堆积,二、工程参数的现场采集,二、工程参数的现场采集,8、温度传感器:传感器使用的探头是Pt-100的铂电阻，安装在保护套中，铂电阻的阻值随温度变化而变化。,（三）工程参数的传感原理简述,二、工程参数的现场采集,(1)上部地层:钻井液出口温度并不等于地层温度，从井底返到地表不可避免地受上部地层温度的影响。(2)钻井液处理系统：当补充钻井液、倒罐、加冷水等会影响钻井液温度的测量值。(3)循环速度：对于指定长度的裸眼井段来讲，循环速度越慢，钻井液从地层获取的热量越多，温度也越高。(4)裸眼段长度：裸眼井段越长,钻井液获取的热量越多,温度越高。(5)接单根时：钻井液温度发生漂移，重新循环后将恢复正常记录。(6)起下钻：这是进行钻井液温度测量中的一个较重要的问题。在起下钻间，钻井液罐中及井眼上部的钻井液均为冷却。钻井液重新循环时，冷钻井液被泵入井中重新从地层采热。但由于钻井液的热学性质较差，从钻井液出口温度上升趋于稳定到能反映地层温度的情况之前，需要较长一段时间。,影响因素,二、工程参数的现场采集,9、电导率传感器:利用电磁感应原理，初级线圈产生电磁场，次级线圈中的感应电流与钻井液的导电能力成正比。,（三）工程参数的传感原理简述,影响因素,1、安装条件（缓冲罐尺寸，周围金属物体）,2、钻井液温度,3、钻井液添加剂,4、沉砂堆积,二、工程参数的现场采集,（四）工程参数的实时记录,二、工程参数的现场采集,实时记录曲线,（五）工程录井软件,二、工程参数的现场采集,录井服务器,（五）工程录井软件,二、工程参数的现场采集,监控界面,（五）工程录井软件,二、工程参数的现场采集,数据输入,（五）工程录井软件,二、工程参数的现场采集,传感器标定,（一）工程参数的现场计算（二）工程录井成果资料的整理,三、工程参数的现场处理,（一）工程参数的现场计算,三、工程参数的现场处理,（1）井深、钻时和钻头位置（2）井内单根数（3）入井钻具的总体积、总重量（4）出、入口泥浆流量差异（5）钻井液池体积及变化量（6）钻具上提或下放速度（7）地层可钻性指数dcs（8）地层可钻性指数趋势值dcn（9）地层压力分析孔隙压力梯度、破裂压力梯度（10）钻压及起下钻超拉（11）钻头进尺（12）钻头纯钻时间或起下钻累计时间（13）钻头成本分析（14）水利学计算（15）钻具振动分析,（二）工程录井成果资料的整理,三、工程参数的现场处理,工程录井要提交的成果资料包括：1、录井数据2、录井回放曲线3、总结报告钻井工程报告、压力报告4、钻头报告及成本分析图5、钻井水力学报告6、井斜数据表及井斜图7、完井图件：井身结构、工程进度、时效分析8、资料光盘,（二）工程录井成果资料的整理,三、工程参数的现场处理,报表整理,（二）工程录井成果资料的整理,三、工程参数的现场处理,图件编制,时效分析,（二）工程录井成果资料的整理,三、工程参数的现场处理,编写文字报告,四、工程事故与复杂预测,（一）钻具遇阻、遇卡事故（二）溜钻事故（三）钻头事故（四）钻具刺漏、断钻具事故（五）压力异常井涌、井喷事故（六）井漏事故（七）总结,（一）钻具遇阻、遇卡事故,四、工程事故与复杂预测,原因及危害：在起下钻或接单根时由于钻井液性能及地层岩性引起的井眼缩径或井壁垮塌，将导致下钻时遇阻而划眼、接单根时下不到底，在起钻或接单根上提时遇卡，遇卡严重时，如果处理措施不当，将引起更加严重后果卡钻。,四、工程事故与复杂预测,2005年8月17日12:18短起后下钻至井深4078.12m，大钩负荷由1740.0kN1490.0kN遇阻，活动钻具，12:22上提至井深4077.30m，大钩负荷由1740.0kN1985.0kN，根据参数变化判断为遇阻。,实例一乌什2井发现遇阻,大钩负荷由1740.0kN1490.0kN,四、工程事故与复杂预测,2005年7月5日17:34起钻至井深2311.12m，大钩负荷由1270.0.0kN1480.2kN，下放无遇阻，反复上提下放，至17:35大钩负荷由1270.0.0kN1573.5kN，钻头位置2301.89m，根据参数变化判断为卡钻。,实例二乌什2井发生卡钻,1270.0.0kN1573.5kN,四、工程事故与复杂预测,2005年10月16日5:00，当取心钻进至4710.64m，割心起钻，05：00起钻时悬重由157.68t182.56t，超拉24.9t,下压钻具，悬重降至147.35t,判断遇卡。之后上提、下放活动钻具，于5:20解卡。,实例三温参1井发现卡钻,悬重由157.68t182.56t,（二）溜钻事故,四、工程事故与复杂预测,原因及危害：溜钻一般是司钻操作失误或由于机械故障，在钻头上突然加上超限的钻压，使钻具压缩，井深突然增加的现象。溜钻如果不及时发现将损害钻头和钻具，并形成假钻时，造地质判断失误。,四、工程事故与复杂预测,2005年9月4日8:13循环钻井液，钻头位置4544.77m，转盘转速71r/min，泵压19.8MPa，8:14钻头突然下至井深4553.38m，钻压升至728.5kN，转盘蹩停，泵压升至21.1MPa，扭矩8.0kN24.0kN，根据参数变化判断为溜钻。,实例一乌什2井发现溜钻,扭矩8.0kN24.0kN转盘蹩停，泵压升至21.1MPa，,四、工程事故与复杂预测,5：30分发生溜钻，扭矩出现异常变化。初步判断马达坏或钻头坏，及时通知甲方监督，起钻检查结果为马达损坏。,实例二XX井发现溜钻,钻压突增,大钩负荷突降,溜后泵压突增,溜后扭矩上升,（三）钻头事故1.掉牙齿、牙轮、钻头老化,四、工程事故与复杂预测,原因及危害：钻头是通过镶嵌的牙齿或牙轮滚动使牙轮上的牙齿对地层冲击破碎而实现钻进的，由于牙轮及牙齿长时间在高压下转动，牙齿或牙轮轴承使用到一定程度就会磨损、松动，甚至脱落。牙轮或牙齿落井后，将不能正常钻进，影响钻井工期，加大钻井成本。,四、工程事故与复杂预测,实例一乌什2井PDC钻头牙齿损伤,2005年8月30日17:31二开钻进至井深4516.44m，转盘扭矩由15.125.5kNm，其它参数无变化，通知监督，经起钻检查PDC钻头牙齿损伤9颗。,扭矩15.125.5kNm,四、工程事故与复杂预测,实例二乌什2井牙轮钻头牙齿损伤,2005年9月21日03:47钻进至井深4956.00m，转盘转速103r/min，扭矩16.1918.5515.86kN.m，其它参数无变化，至03:50井深4956.21m，转盘转速103r/min，扭矩16.1920.7315.86kN.m，其它参数无变化，立即报告监督。起钻发现钻头牙齿损伤4颗。,扭矩16.1920.7315.86kN.m,四、工程事故与复杂预测,xx井井深3073.25m时，时间04：22钻压233KN、转盘转速57rpm/min，转盘扭矩从9.69.7KN*m变化幅度增加9.410.1KN*m，判断为钻头牙轮旷动所致，通知司钻扭矩参数的异常变化情况。04：52转盘扭矩由9.4KN*m突然升11.7KN*m。再次通知司钻,建议起钻检查。,实例三xx井钻头寿命终结预报,起出后钻头情况,H517G钻头，纯钻使用46.20h起钻检查发现:钻头断齿20颗,一个牙轮轴承旷动严重,最大轴承间隙35mm,此次事故综合录井发现及时,从而避免了掉牙轮的恶性事故发生,牙轮松动,四、工程事故与复杂预测,四、工程事故与复杂预测,实例四xx井钻头寿命终结预报,xx井,钻至井深2427.80m，发现泵冲上升，1号泵5061冲分，2号泵5462冲分，泵压13.212.0Mpa，出口流量3134L/S，钻压跳跃，整个变化过程时间短，变化快，判断为钻具刺，起钻后发现钻头喷嘴被刺掉。,（三）钻头事故2.堵水眼、掉水眼,四、工程事故与复杂预测,原因及危害：钻进时钻井液中大颗粒物体进入水眼造成堵塞；如果水眼安装不到位，钻井液沿水眼周边刺漏，最后刺掉水眼。脱落的水眼会引起钻头憋跳导致钻速下降，降低钻头使用寿命。水眼问题势必增加起下钻次数，影响钻井时效。,四、工程事故与复杂预测,判断方法：判断水眼堵、水眼掉的主要参数是立压和排量。掉水眼早期泵压缓慢下降；水眼掉时，泵压突降，可能伴有转盘憋跳，钻速下降，同时排量增加，但一般没有大钩负荷的减少，这一点区别于断钻具。水眼堵一般发生于下钻到底开泵或钻进循环时：时立压持续升高，停泵后泵压缓慢下降。但要区别于钻井液加重后密度不均引起的泵压升高。,1998年5月25日1:15XX井泵压由16.2MPa突升至20.8MPa，当班操作员发现这一参数变化后，经分析确定为水眼堵并立即向井队司钻进行了预报，经起钻证实水眼堵.,实例一XX井预报水眼堵,四、工程事故与复杂预测,泵压上升,实例二XX井预报掉水眼,四、工程事故与复杂预测,泵冲数增加,流量略有上升,泵压下降,泵压趋稳,XX井钻至井深569.79m时泵压由14.8MPa缓降为8.7MPa,并趋于稳定,此时泵冲数由96spm提高到98spm,流量由2040L/min增加为2144L/min。现场操作员分析判断为钻具刺或掉水眼。井队起钻检查钻头时,发现一只水眼落入井中。,四、工程事故与复杂预测,钻头事故在钻井事故中所占比例较大，任何一种工程事故的发生都具有其潜在特征。即不冒风险，又要最大程度地使用钻头，就需要录井人员通过科学合理地分析总结参数变化规律，做好钻头事故预报，对提高机械钻速、保证安全钻井意义重大。,（三）钻头事故小结,（四）钻具刺漏、断钻具事故,四、工程事故与复杂预测,原因及危害：1、钻进过程中使用比较陈旧的钻具。2、钻井液含砂量过高，在高含硫地区钻井液对钻具腐蚀较大。3、钻进时采用高泵冲、大泵压、大排量，或所使用的钻井参数不合理等。4、溜钻、顿钻或遇阻后强行提拉钻具。5、井身质量不合格，井斜造成钻具磨损。钻具严重刺漏会造成断钻具，打捞不成功的将填井侧钻甚至井眼报废。,四、工程事故与复杂预测,判断方法：钻具刺、泵刺特征：判断钻具刺、泵刺的主要参数是立管压力和出、入口流量。两种异常发生时，泵压都有下降的趋势，刺漏程度越大，泵压值下降越大；钻具刺时出、入口流量都有增大的趋势，而泵刺时出、入口流量都有下降趋势。两种异常发生时，可能伴有扭矩、钻时增大、气体含量、岩屑返出量减少的可能。断钻具表现为悬重、立压、扭矩的突降及出口流量增加。,2004年5月13日15:17，正常钻进至井深3600.24m时，1#泵冲为56spm，2#泵冲为56spm，排量为2235升/分钟。立管压力开始出现异常变化由196.8bar突然降至182.3bar，立即通知监督，经提高泵排量，立管压力仍有继续下降的趋势。由于正在处理钻井液，立管压力一直不是很稳定，在189.4bar-210.1bar之间变化，初步判断为泵循环系统故障或钻具刺漏。,实例一马古3井发现钻具刺漏,四、工程事故与复杂预测,2005年7月5日23:07分，工程钻进至井深3726.09米，立管压力由14.0Mpa逐渐下降至13.6Mpa，并有继续下降的趋势，0:06分，继续进至井深3727.31米，立管压力由13.2Mpa下降至12.4Mpa，并保持稳定趋势，当班操作员立即通知司钻。当班司钻倒到1泵并上提钻具，立管压力稳定在14Mpa。再次倒到2泵观察，立压呈明显下降趋势(12.5-11.8Mpa)。再次上提钻具，立压立即升高（11.8-12.4Mpa）。工程决定停泵，起钻检查钻具。发现4钻铤母扣刺，横裂3/4裂缝,泵压,通知,倒泵,起钻,实例二XX井钻具刺漏,四、工程事故与复杂预测,2005年05月31日，井深4906.97m，地层C1-2k，实际资料开始异常时间10:04,原悬重1960KN，上提悬重2150KN，下放1800KN，又上提2140KN，下放1790KN，再上提2210KN，下放至2040KN。转动转盘83转/分，再上提悬重下降为174KN，泵压由20.5下降至0MPa，扭拒由1.12上升6.12KN*m，判断钻具倒扣，落入井中。起钻，检查钻具:钻具脱落,落鱼长4650.68m，鱼顶井深256.29m,实例三群601井断钻具,四、工程事故与复杂预测,立管压力缓慢下降，操作员三次发出钻具刺的报告。司钻相信压力表不理会仪器数据，继续钻进后酿成断钻具事故。,立管压力持续下降,实例四由刺钻具发展成断钻具事故,四、工程事故与复杂预测,（五）压力异常井涌、井喷事故,四、工程事故与复杂预测,压力异常及形成因素：异常地层压力是指在任何深度上的地层压力值偏离该深度正常静水压力值的现象。在油气勘探开发中钻遇的异常超压常常导致井涌、井喷、井垮、卡钻等多种钻井工程事故的发生，因而需要高度重视。异常地层压力的形成因素有：地层流体压力、储集层构造、储集层再加压、沉积速度和沉积环境、古压力、构造活动（包括刺穿作用如泥火山、盐丘、砂岩墙等）、透析作用、成岩作用、区域性块状盐岩沉积永动环境、热力学和生物化学等因素，往往是其中几个因素综合作用的结果。,检测异常压力的目的在异常高压存在时，进行地层压力检测的目的是在钻穿含有异常高压的渗透性地层时，采取合适的钻井液密度，平衡地层压力。过低的钻井液密度会因地层流体得不到控制而发生井涌、井喷事故；过高的钻井液密度会降低机械钻速，引起井漏和压差式卡钻。在钻井施工现场进行地层压力检测所使用的录井参数有：钻时、扭矩、DC指数、气体参数、钻井液密度、温度、流量、电导率、井眼溢流观察情况、钻井液体积、泥岩密度、岩屑形状大小等。,四、工程事故与复杂预测,地层压力检测异常情况判断：在异常超压地层钻达之前，会有一系列参数发生变化（表1），指示下伏地层可能存在异常高压。,表1异常压力参数变化,四、工程事故与复杂预测,泥岩密度下降,Dc指数下降,出口温度上升,全烃基值上升,AA59井：井深3175.00m,随钻dc指数由1.39下降至1.30,31753212m随钻计算dc指数在0.961.22之间变化，岩性为灰色泥岩，3180m以后，随钻全烃基值抬升，由0.248升至2.351；钻井液出口温度由68度升值71度。3180m泥岩密度2.61g/cm3，3200m泥岩密度降至2.39g/cm3，综合分析认为井段31753212m之间存在欠压实地层。,四、工程事故与复杂预测,实例一泥岩欠压实层,四、工程事故与复杂预测,实例二AA70井欠压实层中的高压储层,左图AA70井中，暗色泥岩段dc指数出现了左偏移；气测全烃基值从0.2%上升至0.8%；证实33003580m为欠压实泥岩段。钻过该层后不久，在钻井液密度不变的条件下，出现了电导率、出口温度的上升，气测后效值也从以前的5%上升到14%。证实有高压流体进入井筒。,井涌、井喷的早期判断：（1）钻井液返出量增大，钻井液池体积增量即是地层流体的浸入量；（2）泵压异常，或增或减，若井底出现欠平衡，打开高压地层，泵压会上升，但气浸、油浸、水浸，又可能使环空压力下降，也表现为泵压下降；（3）钻进状态悬重表现异常，或增或减。钻开高压地层，悬重会下降；出现气浸、油浸、水浸，钻井液密度下降，悬重会上升；（4）返出的钻井液密度下降，粘度上升，温度增高；（5）气测出现异常，全烃和组分值增高；（6）在高含硫地层会出现硫化氢警示；（7）膏盐层往往是高压层的盖层，钻遇膏盐层或盐水层氯根值增加；（8）起钻时钻井液补充不进井里，或灌入的钻井液量少于起出钻具的体积；（9）停泵后，钻井液还不断从井口流出；（10）下钻时返出的钻井液量多于钻具应排除的钻井液体积，钻井液频繁外溢或不断外溢；（11）井漏与井喷有伴生关系。井漏使钻井液漏失，使上部地层出现欠平衡，诱发上部井喷。,四、工程事故与复杂预测,四、工程事故与复杂预测,实例一牙哈10井井涌,2005年10月15日12:10，钻至井深3974.59m，在停泵后，出口流量缓慢下降，平均溢流速度为2m3/h。立即通知司钻及监督。,四、工程事故与复杂预测,实例二乌什2井水侵,2005年7月1日0:40钻进至井深1844.33m，录井监测钻井液在缓慢上涨，0:44总体积143.6m3（经与钻井泥浆效对为补充钻井液），至1:10钻进至1849.00m总池体积涨至147.76m3，经泥浆人员确定返出量大于补充量，统计水侵1.0m3。,总池体积增长大于补充量1.0m3,四、工程事故与复杂预测,（六）井漏事故,原因及危害：1、钻入孔洞、裂缝发育的碳酸岩地层或高孔隙度的碎屑岩地层。2、液柱压力大于地层破裂压力将地层压漏。3、下钻速度过快，产生冲击压力。4、异常低压地层。5、坍塌堵塞环空，蹩漏下部层位。井漏不仅影响钻井时效，加大钻井成本，更是井塌、井喷、卡钻等事故的诱因。,四、工程事故与复杂预测,实例一乌什2井井漏,2005年5月1日09:03钻进至井深93.04m，钻井液总池体积由160.0m3下降至158.3m3，立即通知监督，至09:08井深93.36m，钻井液总池下降到至152.4m3，根据参数确定为井漏。,总池体积由160.0m3下降至158.3m3,综合录井仪连续检测和记录钻井参数包括：大钩负荷、钻压、立压、套压、泵冲、转盘转速、钻盘扭矩、流量、钻时、钻井成本等。钻井工程事故包括钻井液循环系统的刺扣、刺泵、堵塞、掉水眼；钻具的遇阻、遇卡、溜钻、断钻具、钻头泥包、掉牙轮等。,钻井事故种类,刺扣,堵塞,刺泵,掉水眼,遇卡,钻阻,溜钻,断钻具,掉牙轮,井涌,井漏,气侵,水侵,温度异常,工程参数异常,泥浆参数异常,四、工程事故与复杂预测,（七）总结钻井参数异常,综合录井仪所监测的参数异常与工程事故有着直接或间接关系，它是进行工程异常预报的依据（表）。,四、工程事故与复杂预测,（七）总结钻井参数异常判断,（七）总结钻井液参数异常判断,钻井液参数包括钻井液的入出口密度、温度、电导率、流量、钻井液体积。钻井液参数的变化通常直接反映井下地层流体的活跃情况及井筒压力与地层压力的平衡情况，重视钻井液参数异常的预报，可以避免井喷、井漏等重大事故的发生，及时处理油气侵、盐侵、水侵，为顺利施工创造条件。,四、工程事故与复杂预测,五、工程录井新技术与发展方向,（一）钻具振动分析系统（二）智能钻井与导向钻井技术（三）工程录井数据平台（四）现代录井技术的发展方向,五、工程录井新技术与发展方向,（一）钻具振动分析系统,钻具振动是指由于钻柱与井壁、钻头与岩石相