早期溢流监测技术探究现状及发展趋势

1、早期溢流监测技术探究现状及发展趋势摘要：钻井过程中溢流的及时发现，将为排除溢流、重 建压力平衡赢得宝贵时间，大大降低二次井控的难度。目前 国内外监测溢流的方法很多，主要包括井口导管液面监测技 术、钻井液流量计监测技术、改进流量监测技术、随钻环空 压力测量监测技术、立压套压监测技术以及声波监测技术。 本文在对比分析上述各种溢流监测方法的优势与不足的基 础上，结合不同钻井方式溢流的特点，推荐了相应的早期溢 流监测方法；并针对目前国内早期溢流监测技术的不足，提 出改进意见。对早期溢流监测方法的选择和早期溢流监测方 法的进一步研究具有一定的指导意义和参考价值。abstract： the rapid d

2、etection of early kick will win valuable time for the kick" s preclude and the reconstruction of pressure balance in the drilling process, which greatly reduce the risk of secondary well control. at prese nt， t here are many met hods for the rapid detection of early kick, mainly including wellh

3、ead catheter liquid level monitoring, drilling fluid flow meter monitoring, differential flow out monitoring technology , standpipe and discharge pressure monitoring , and acoustic monitoring technology. based on the contrast of the advantages and disadvantages of these methods and the analysis of c

4、haracteristics of influx of different drilling ways, the corresponding early kick monitoring methods are recommended. and improvement opinions for the domes tic insufficient were also suggested. the results of this study will have certain guide and reference value for the further research of fast an

5、d accurate detection of early kick.关键词：溢流；溢流监测；井控；监测技术key words： kick； kick detection； well control； monitoring technology中图分类号：te3文献标识码：a文章编号：1006-4311(2013) 05-0027-030引言钻井过程中，若侵入井筒的天然气溢流未被及时发现并 得到有效控制，将促使更多的天然气溢流进入井筒，并在运 移过程中不断膨胀。在接近井口时，天然气溢流的急剧膨胀 将导致井涌、甚至井喷，从而造成重大的安全事故。因此， 早期溢流的及时监测，对井控安全具有重要的意义

6、。目前， 早期溢流监测技术主要包括井口导管液面监测技术、钻井液 流量计监测技术、随钻环空压力测量监测技术、声波监测技 术和国外最新进展的立压套压监测技术以及改进流量监测 技术。然而，上述各种监测方法都有其独特的优势，但也存 在着较多不足。而对这些优势与不足的对比分析，将有助于 国内早期溢流监测技术的进一步研究。1早期溢流监测方法1.1井口导管液面监测由于井口导管横截面积较小， 对侵入井眼中的少量溢流，井口导管液面也会有较大的波 动。井口导管液面监测技术正是通过监测导管中钻井液的液 面高度来监测溢流。具体做法就是利用连通原理，在井口导 管侧壁开孔引出一个l型的支管，通过安装在支管上面的声 纳测深

7、装置来实时监测导管液面高度，当液面高度超过所规 定的值时，就自动报警，从而实现对溢流的及时监测。井口导管液面监测方法简单实用，对于早期溢流监测的 及时性也较传统的泥浆池液面监测方法有很大的提高。然而 不足之处就是不能获得侵入井筒的溢流体积。1.2钻井液流量计监测天然气溢流的进入，必会使得 循环流体总体积增加，致使钻井液出口流量增大。通过实时 监测返出钻井液的出口流量（如质量流量、体积流量、累积 流量）变化，即可实现对溢流的实时监测。由于多数流量计 必须在满管情况下才能准确计量，所以一般安装在导管旁路 上，如图lo目前钻井液出口流量的监测方法也多种多样，但由于受 到钻井液性能（粘度、密度、含气率

8、）、泥浆泵振动、回流 管回流、测量仪器限制等影响，对早期溢流的监测，都不同 程度的存在着不及时、不精确的问题。1.3改进流量监测技术通常泥浆泵排量的改变、起下 钻、泥浆的压缩性、回流管回流以及浮式钻井装置升沉摇动 等都会不同程度的影响钻井液出口流量。改进流量监测技术 正是通过考虑这些影响因素，对钻井液出口流量进行修正， 运用修正过后的流量来对溢流进行快速准确的监测。由于此 流量不同于井口的真实流量，也不同于井口的理论流量，因 此称之为改进流量。并通过考虑关井后泥浆返出管中的泥浆 体积和不同工况引起泥浆罐中泥浆体积的变化，对溢流体积 进行一定的修正，使得到的溢流体积更加准确。目前，改进流量监测技

9、术的首次应用（深水钻井中）取 得了较好的效果。因此，可对钻井液出口流量进行选择性的 修正，推广运用该技术。 1.4随钻环空压力测量技术 当天然气溢流进入井筒时，必会引起井底附近环空压力场的 变化。随钻环空压力测量技术正是通过实时监测井底环空压 力，并与水力计算模型或正常井底压力趋势线上的值对比， 来实现对早期溢流的及时监测。另外，随钻环空压力测量技 术能通过实测钻柱内外压力，实时修正钻井液流变模型，建 立精确反映井筒流体流动规律特征的水力模型；并准确有效 地测量地层压力，提高了溢流监测的精度。然而，井底环空压力是钻井液环空流动压耗和钻井液静 压力综合作用的结果，受施工排量、溢流侵入量等影响较大

10、, 给早期溢流的监测增加了难度。1.5立压套压监测技术目前，立压套压监测技术主要 用于控压钻井。随着溢流进入环空中上升膨胀，环空部分钻 井液被置换，致使环空液柱压力降低，从而导致立压降低， 进而回压升高。立压套压监测技术正是通过在立管和套管出 口安装压力传感器，实时监测立压和套压的变化，来实现对 早期溢流及时、准确的监测。当然，不同的钻井施工参数或是井下复杂状况（井漏、 钻柱刺漏、桥塞）都会影响立压和套压。目前，国外研制的 自动溢流监测系统将压力变化、溢流体积以及压力变化持续 时间等因素综合考虑，实现了对早期溢流准确的监测。然而，该自动溢流监测系统使用时，需要根据不同施工 参数，反复调试、校正

11、，不易被现场人员掌握。1.6声波监测技术气液两相流理论研究成果表明，当 天然气溢流进入井眼环空后，通常在井底是以泡状流出现。 另外由声波传播理论可知，声脉冲信号在纯泥浆单相流中的 传播速度远高于含气泥浆两相流中的传播速度。声波监测技 术正是基于上述两原理，以泥浆泵的压力波动为波源，同时 在进口和出口分别安装传感器，接受波信号。通过相移曲线 法或概率密度处理技术分析比较两个传感器所接收的信号， 便可及时的监测到气侵的发生，并计算出气侵髙度和井底进 气量。声波检测虽然能及时地监测到溢流，但是声波信号容易 受钻井施工参数影响、钻井设备等干扰，同时还存在判断失 真等不足。2早期溢流监测方法对比与选择2

12、.1早期溢流监测方法对比上述各种早期溢流监测方 法都有其独特的优势，但也有其不足。现将各种监测方法的 基本原理、监测精度以及优缺点等进行对比分析，结果如表 lo2.2早期溢流监测方法选择早期溢流监测方法的选 择，不仅要考虑各种早期溢流监测方法的优缺点，更要考虑 不同钻井方式的溢流特点。表2分析了不同钻井方式溢流的 特点，并结合表1推荐了相应的早期溢流监测方法，便于在 工程中运用。3发展趋势目前，国外的早期溢流监测系统具有较高的综合性，能 在一定程度上实现复杂井下条件（井漏、桥塞、刺漏），针 对不同工况（钻进、起下钻、接单根）的早期溢流的监测。 但系统的调试、校对，维护等工作，对现场工作人员要求

13、较 高，在一定程度上增加了其使用的风险性。而目前国内早期 溢流监测的不足主要体现在以下几个方面：依据膨胀原理 的地面监测方法，虽简单实用，但在溢流的发现时间上会有 一定滞后，且对于水平井、深井超深井等滞后的时间更长。 井下监测方法虽然及时，但随钻环空压力监测中使用的井 下随钻测量装置大都综合性较高，成本也较高；声波监测中 的声波信号易受干扰，存在判断失真等问题。监测技术自 动化程度、效率相对较低，难同时实现不同工况条件下的早 期溢流监测。然而，早期溢流监测技术必将向着及时性、高效性发展。 为此，国内应进一步开展以下几方面研究：根据不同的情 况，对钻井液出口流量和溢流体积进行修正，使早期溢流监

14、测更加及时、获得的溢流体积更加准确。加强专门针对溢 流的井下监测设备和声波信号处理技术的研究。对现有监 测技术进行一定集成、优化处理，使之同时实现多种工况条 件下的早期溢流监测。4结论 早期溢流监测作为井控工作的重要部分，取得了丰富 的研究成果。根据不同原理、不同监测方式的早期溢流监测 方法多种多样，但总的说来，井下监测较地面监测更加及时。 通过地面监测和井下监测方法的同时使用，实现对溢 流的及时监测，并获得溢流的准确体积，将为接下来的井控 工作赢得了主动权。 及时性与高效性将是早期溢流监测技术的发展方向。 目前国内早期溢流监测技术跟国外还有一定差距，因 此要求国内学者针对不足加大研究力度。参

15、考文献：1 孙晓峰，李相方，齐明明等.溢流期间气体沿井眼 膨胀规律研究j.工程热物理学报，2009, 30 (12).2 邓勇，刘绘新.超深井早期微量溢流监测技术研究 j.西部探矿工程，2010, (9)： 58-60.3 江汉秀.一种快速判断溢流和井漏的新仪器和新方 法j.西安石油学院院报，2000, 15 (3)： 29-30.4 周强，张志东，李淼等早期溢流监测方法j.油气 田地面工程，2012, (3).5 卓鲁斌，葛云华.深水钻井早期井涌监测方法及其 未来趋势j.石油钻采工艺，2009, 31 (1)： 22-26.6 lan mills, donald reritma. simulator and the first field test resuits of an automated early kick detection system that uses standpipe pressure and annular discharge pressure, spe 156902, 2012