气体钻井的录井监测方法.pdf

1 2 天然气工业 2 0 1 0年 3月 气体钻 井的录井监测方法 唐 家琼 郑 永 熊驰原 庞江平 韩贵 生 川庆钻探T程公 司地质勘探开发研 究院 唐 家琼等． 气体钻井 的录井监测方法． 天然气工业 ， 2 0 1 0 ， 3 0 3 1 2 一 l 5 ． 摘要 由于气体钻 井循环系统的流体介质 改变一 由常规 的液态变为气态， 致使传 统的录井方法无法适应， 表现 为 ①粉尘状岩 屑采集 困难且样 品质量很难满足要求 ； ② 因出 口样 气中粉尘掺 混， 易产生管路堵塞 ， 影响气测分析结果 的 精度； ③综合录井仪原有的密度 、 电导率等参数无法监测， 切断 了地层流体信 息识别和井下工况 异常的及 时报警。针对 这些难题 ， 通过现场调研 和探 索， 分别研制 出“ 岩屑 自动取样装置” 、 “ 气体净化装置” 和“ 气体钻 井实时监测 系统” ， 实现 了 气体钻井连续、 自动录取岩屑 ， 提高 了钻井地质剖面的符合率 ； 实现了样 品气的连续、 干燥、 无尘获取， 确保 了气测分析精 度 的需要； 在 出口管线的适 当位置加装湿度和硫化氢等集成传感器， 实现 了气体 钻井 出口参数 的实时监测和工程、 地质 异 常的预警 ， 为安全钻 井施工方案的制订提供 了依据。该 方法与技术经现场 多口井应用 与推广 ， 取 得 了良好的效果 ， 获 得 了 2项实用新型专利并 申请 了l项软件著作权登记。 关键 词 气 体 钻 井 录 井 自动 化 取样 监 测 实 时 报警 装 置 方 法 D0I 1 0 ． 3 7 8 7 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 1 0 ． 0 3 ． 0 0 3 气 体钻井是 用气 体 空气 、 氮 气 等 作 为钻 井 流体 所进行 的一项钻 井 工艺 [ 】 ] ， 近年 来 在川 渝地 区被 广泛 采用 。仅 2 0 0 7年 1月 至 2 0 0 8年 6月 ， 川渝 地 区就 进 行 了 1 0 0 余 井次 的空气 或 氮气 钻 井 ， 使钻 井 机 械钻 速 提 高 了 3 ～ 1 5 倍 ] 。 目前 ， 在 中 国石 油天然 气集 团公 司重 点工程 中 ， 实现 钻井 提 速 的主 要 技术 思路 仍 是采 用气 体钻井 。 1 气体钻井的录井现状 1 ． 1 岩屑 采集 困难 由于气 体钻井 技 术 的普遍 应 用 ， 无 法 在 原来 的振 动筛处进 行 岩 屑采 集 ， 录井 岩 屑 取 样 被 迫 改 变 环境 。 目前 现场岩 屑取样 ， 主要 是 在气 体 出 口管 线 的下 方焊 接一个 简易取样 管 ， 由管 口闸门 开关 控制 取 样 。 由于 是手 动开闸取样 ， 录井人 员劳 动强度 大 ， 且取 出的岩屑 样 品为不 连续 的 是 开 闸瞬时 的样 品， 致使 气体 钻 井段 的岩屑剖 面符 合率较 低 ， 不 能满 足要求 。同时 ， 由 于气体介质 对岩屑 的悬 浮 能力 远 远低 于 液 相介 质 ， 岩 屑 在井下被 机械重 复破碎 ] ， 直 到可 以被 气体 介质 带 出井 口为止 。如果取 样 方法 不 当， 会造 成 岩样 不 能 客 观反 映真 实地层 岩性 的情况 。 1 ． 2样气 净化难 度大 在气体钻井中， 由于气体介质 的出 口样气粉尘极 多 ， 常 堵塞管 线 ， 维护 难度很 大 。现场 采用 的简易过水 净化方法， 由于水对有些气体 的溶解性及其不 同气体 溶解度 的差别 如 H。 S较 C H 、 C O 。等 的溶解 度 大 ， 仍 然会影 响监测 结果 。 1 ． 3出 口参数 录取 困难 在常规 钻井 中 ， 综 合 录井 仪 针对 液态 循 环介 质对 出口参数进行录取 ， 并以出口参数的变化来进行井漏、 气侵 、 井涌等异常预警。在气体钻井中， 循环介质改为 了气态 ， 钻井 工艺流程 发生 了变化 ， 综 合录井 仪原有 的 出口参数无法采集， 直接影响了地层流体的识别及井 下 工况异 常 的及 时预警 。 2 气体钻 井的录井监测方法 2 ． 1 研制 了“ 岩屑 自动取样 装置 ” “ 岩屑 自动取样 装 置” 由岩 屑 收集 、 岩 屑存 储 和 自 动控制 3部分组 成 。在气体 出 口管线 的上方或侧 面安 装取样管， 取样管的插入端为“ 斜 口” ， 其作用是有助于 作者简介 唐家琼 ， 女 ， 1 9 6 6 年生 ， 高级T程师 ； 长期从事钻 井地 质技术管理与 录井技 术研 究工作 。地 址 6 1 0 0 5 1 四川省成都 市建设北路 l 段 8 3号 电话 0 2 8 8 6 0 1 5 0 0 5 。E ma i l 6 6 1 0 2 1 6 3 ． C O H I 第 3 O卷第 3 期 地 质 勘 探 1 3 岩 屑进 入取样 管 。岩 屑 经上 阀 门到 岩 屑 收集 筒 ， 岩 屑 收集筒下端连接下阀门， 下阀门之下为岩屑存储筒 图 1 。 电脑 电缆 电缆 阀门控 制器 图 1岩 屑 自动 取 样 装 置 原 理 图 上 阀门和下 阀 门 的开 启 与 关 闭 ， 由阀 门控 制 器 和 电脑根 据迟 到井 深信 号进 行 自动控 制 。 2 ． 2样气 净化 方法 根 据井 口高 压气 体 自行 向前运 动 ， 设 计 了不 同 的 净化方 式 ， 气体 经过 “ 三重 净化 ” 后 图 2 ， 进 入综 合 录 井色谱 仪 ， 达到 了连续 、 干 燥 、 无 尘 的 目的 ， 提 高 了气 测 分析 的准确 度 。 图 2气 体 净 化 装 置 原 理 图 2 ． 2 ． 1 第一 次净化 在进样 管线 上 安装 一 个 粉 尘 过滤 器 ， 对样 气 进 行 第一 次净 化 。 2 ． 2 ． 2 第二 次净化 经 第一 次净 化后 的样 气通过 水罐 对残 留的粉尘 进 行第 二 次净化 。水 罐用 有机 玻 璃 制 造 ， 便 于观 察 内部 情况 。水 罐底 部做 成漏 斗形状 ， 便 于取样 和排 污 。 2 ． 2 ． 3 第三 次净化 利用 井 口高压 气体 自行 向前 运 动 ， 样 气 在 色 谱仪 的抽 吸作 用下 通过 干燥 筒 进 行 第 三 次净 化 ， 最 终 达 到 气相 色谱 仪所 需要 的样气 标准 。 2 ． 3研 发“ 气 体钻 井 实 时监 测 系统” 。 对 地 质 、 工 程异 常进 行监 测和 预警 2 ． 3 ． 1 加 装“ 集成 传感 器” 基于 对气 体钻井 的井 下 安 全及 人 员 安 全考 虑 ， 在 出 口管线 的适 当位置 加装 “ 集成 传感 器” 。即在 出 口管 线上 安装 湿度 、 温度 、 硫化 氢 、 氧气 、 二氧化 碳和 可燃气 体 等传 感器 ， 并 开发“ 气体钻 井 实时监 测系 统” 软 件 ， 实 现 了对 气体 钻井 出 口参 数 的 实 时监 测 和 地质 、 工程 异 常的及 时预 警 。 2 ． 3 ． 2 录 井 监 测 方 法 2 ． 3 ． 2 ． 1 地 层 出水 的监测 方法 气 体钻 井 中 ， 一旦 地层 出水 ， 会导致 裸 眼井段 的泥 页岩水 化膨 胀 ， 造 成井 壁坍 塌 。 或 在井壁 上形成 “ 泥饼 环 ” 。当地 层 出水 危 及 井 下安 全 时 ， 应 停 止 钻 进 ， 并 根 据 井 下情况 分 析 确定 下 步 措 施l 6一 。所 以地层 出水 的 及 时监 测及 时预 警就 显得 十分重 要 。 在 出 口管线 上加 装 “ 湿 度 ” 传 感 器 ， 录井 根 据监 测 的湿 度 值 变 化 ， 对 地 层 出 水 情 况 进 行 定 性 而 快 速 的 检 测 。 值 得注 意 的是 ， 气 体钻 进刚 开始 时 ， 检测 到 的湿度 值 可能 是高 值 ， 这 与 井 壁 的 干燥 程 度 有关 。如 果湿 度 值 随钻 进 时间 的增加 而 逐 渐 下 降 ， 说 明原 来 的井 壁 逐 步吹 干 ； 如果 湿 度值 一 直居 高 不 下 或在 某 一 时 段 突发 升高 ， 加之 出 口返 出岩 屑 量 的减 少 ， 则 要 引 起 高 度 重 视 ， 及 时预警 。 2 ． 3 ． 2 ． 2 “ 地层 出气 ” 的快 速监 测方法 天然气 与空 气 的混 合 气体 容 易 发 生 “ 井 下 燃爆 ” 。 一 旦发生“ 井 下燃 爆 ” ， 轻则 造成 井下钻 柱 断裂 ， 重 则导 致 井 塌甚 至使所 钻 井 报 废 ， 危 害程 度 极 大 。也 许没 有 绝 对 的方法 能 阻止井 下 燃 爆 ， 但 是 可 以采 取 措 施 以减 小井 下引燃 的发 生几 率[ 8 ] 。 在出 口管线上加装“ 可燃气体” 、 “ 硫化氢” 等传感器 ， 对第一次净化后的气体进行快速检测， 当发现检测的参 数发生变化时 ， 录井人员可及时综合分析及时预警。 2 ． 3 ． 2 ． 3“ 井下 燃爆 ” 的监 测方 法 在出口管线上加装氧气、 二氧化碳 、 一氧化碳等传 感 器 ， 对井下 燃爆 情 况 进 行 实 时监 测 。当监 测 的 氧气 值 降低 或二 氧化碳 、 一 氧化碳 值 升高 时 ， 即有 可能 发生 1 4 天然气工业 2 0 1 0年 3 月 了井 下燃 爆 。 2 ． 3 ． 2 ． 4钻具异 常 的监 测方法 为 了更好地进 行 钻具 异 常预 警 ， 在 出 口管线 上 加 装压力传 感器 ， 结合 综合 录井监测 的其他参 数变化 ， 对 井下钻具 异常进行 预警 。 当发现立压值下降或其他参数发生变化时， 有可 能井下发生了“ 钻具刺” ； 当发现立压值下降、 悬重值降 低 时 ， 有可 能井下发生 了“ 钻具 断裂” 事 故 。 2 ． 3 ． 2 ． 5 空气 锤 或钻 头异 常 的监 测方法 当发现扭矩 值增加 或 钻 时 明显 增加 时 ， 有 可 能是 空气锤 或钻头 发生 了异常 ， 录井人 员应 及 时综合 分 析及时 预警 。 2 ． 3 ． 2 ． 6 地层坍 塌或产 生泥饼环 的监测方 法 当发现扭矩值增加， 注气压力增大， 出口返出的岩 屑增多或减 少 、 起下钻 遇 阻或 遇卡等异 常时 ， 则 可能发 生 了地层坍塌 或产生 了泥饼 环 ， 录井 人 员应 及 时综 合 分析及 时预警 。 3 应 用 效 果 3 ． 1 “ 岩屑 自动 取样装 置” 应用效 果 L G 2 3 井 ， 试验 氮气 井段 3 1 3 0 ． 0 0 ～3 6 8 3 ． 0 0 m。 该井用 自动取样装 置所取 岩样 每 4 IT I 取 1 个 样 建 立 的录井剖面 ， 与测井解释剖面符合率为 8 7 图 3 。 图 3 LG 2 3井 录 井剖 面 解 释 图 注 1 i n 2 ． 5 4 c m 该井试验 氮气 井段 由于是每 4 m取样 ， 录井岩 屑剖面 解释就显 得较粗 ， 如煤 层 ， 录井剖 面 只能定 为 4 m或 8 1T I ， 而测 井解释 煤层厚 仅 1 ～2 r t l 。 用“ 岩屑 自动取样装置” 之前 ， 录井的岩屑剖面符 合 率为 6 O ％～ 7 O ％； 应 用 “ 岩 屑 自动 取样 装 置 ” 之后 ， 录井的岩屑剖面符合率提高至 8 0 ～9 0 。 3 ． 2录 井监测 的应 用效 果 3 ． 2 ． 1 对 出口气体介质 的“ 湿度” 进 行 实时监测 ， 及 时 预 警地层 出水情 况 L G1 7 2井 ， 于 2 0 0 9年 1 1 月 2 7日从 井深 3 1 0 6 ． 0 0 m 开始进行 氮气钻 进 ， 排量 9 0 m。 ／ rai n 。 钻 至井深 3 3 2 0 ． 6 3 m 时湿度 开始快 速升高 ， 至井 深 3 3 2 1 ． 0 0 m 上升 至 7 8 图 4 ； 观察 出 口返 出的岩 屑较少 ， 颜色深， 具湿润感 ， 部分呈 团块状， 经综合分 析 ， 判断地 层 出水 ， 及时进 行 了预警 。 此 次地层出水 预警 ， 是通过监测出 口气体 的“ 湿 度” 变 化并结 合岩 屑返 出情 况进行分 析和判 断的 ， 为下 一 步 钻井决策 提供 了依据 。 O 扭矩／ k N m 2 0 0人钩负荷／ k N 1 0 0 0 0 ．0 1 可燃气体／ ％ 1 0 时 o转盘转速／ r ‘mi n 。 。8 O o出口压力／ k P a 1 0 0 0 o 1 C O 2 “ J [ ／ ％ 1 0 间 O 立管压力／ MP a 1 0 0 湿度／ ％1 0 0 0 0 H 2 s 合影 ％ 1 0 0 0 2 含量／ ％5 0 0 温度／ ℃ 5 0 0 O 总烃含虱 ％ 1 0 l 3 3 1 8 1 1 3 l 0 { 』 1 3 1 5 I 3 3 l 9 0 I r l l ； 6 E I ＼ 1 3 2 O l 3 2 0 S 3 } 』 ； ． I 』 }2 ． X 。 二 耻～一 t l 3 2 5 } 1 3 3 0 差 I ＼ ＼ 1 图 4 L G1 7 2井地层出水 实时监测图 3 ． 2 ． 2 对 出 口可燃 气体进行 实时监 测 ， 及 时预警地层 出气情 况 L G1 7 2 井 ， 2 0 0 9年 1 1 月 2 8日氮气 钻进 在 1 2 5 4 时发现 可 燃 气 体 参 数 明 显 升 高 ， 至 1 2 5 8时 井 深 3 2 5 5 ． 5 8 m 发 现 综 合 录 井 仪 的气 测 总 烃 含 量 明 显 升 高含量由0 ． 0 7 2 3 ，6 ． 6 7 1 9 。“ 气体钻井实 时监测 系统 ” 连续 弹出“ 气测 异常” 报警对话框 图 5 。 从 图 5可看 出 ， 可燃 气 体 的 曲线形 态 与 总烃 的变 化趋势 一致 ， 且 时 间上要早 于全 烃 的变 化 ， 提 前 4 mi n 进行预 警 ， 达 到快速监 测 的 目的 ， 为 下一步 的工 程处理 第 3 O卷第 3期 地质勘探 赢 取 了宝贵 的时 间 。 0扭矩 ／ k N． m 3 O o 出u流景， I n ] ． m o 0 0 ．O 可燃气体／ ％ 1 0 时 0转盘转速， r ．rai n 。 O 0 0山 [ | 压力／ k P a 1 0 0 0 ．O C O 2 含量／ ％ 1 0 问 0 市管 力／ MP a 2 0 0 湿度 ／ ％t 0 0 O ．0 H 2 S 含蟹／ ％ 0 0 0 2 含量／ ％ 5 0 0 温度／ ℃ 5 0 O O 总烃含鼙／ ％ C 1 2 5 5 ．il I I 1 3 O0 ／ ， 一 。 L 竺亳 器 一 舅 ， 1305 |r1r1 ／ j i 图 5 LG1 7 2井 地层 出气 实 时 监 测 图 4认识与建议 1 研制 的“ 岩 屑 自动取样 装 置” 改 进 了常规 钻井条 件 下 的岩屑 取样方 法 ， 由过 去 瞬 间开 闸取 “ 点 式 ” 样 变 成 自动集 成 取“ 连续 ” 样 ， 且 取样 时 间实 现 了电 脑 自动 控 制 ， 保 证 了气体钻 井条 件下 的岩 屑剖 面真 实性 ， 又减 轻 了录井 人员 的劳 动强度 。“ 岩屑 自动 取样装 置 ” 已获 国家实用 新 型专利 。 2 研究 的“ 样 气 净 化 ” 方 法 解 决 了气 体 钻 井 条 件 下气 体检 测 的难 度 和 精度 问题 。“ 综 合 录井 样 气 净 化 装 置” 已获 国家 实用 新型专 利 。 3 加 装 出 口“ 集 成传感 器 ” ， 研发 了“ 气体钻 井 实时 监测 系 统 ” 软 件 ， 对 出 口参 数 进 行 实 时 监 测 和 异 常 预警 。 4 对气 体钻井 的地层 出气 、 地 层 出水 、 “ 井 下燃 爆” 等井下 异 常的监测 方法 进行 了研究 ， 取 得 了新 的成果 。 5 “ 岩屑 自动 取样装 置 ” 仅适用 于 干气体 介质状 态 下 即井 筒 内 为气 、 固 两 相 流 。建 议 对 雾 化 、 泡 沫 等 气 、 液相 介质状 态 下 即井 筒 内为 气 、 液 、 固三相 流 的 “ 岩 屑取 样” 进 行专 题 研究 ， 以解 决 实 际应 用 中 的岩屑 取样 问题 。 参 考 文 献 [ 1 ]新疆石油管理局钻井工艺研究 院 ， 胜 利石油管理 局钻井工 艺研究院． s Y ／ T 6 5 4 3 ． 1 2 0 0 8欠平 衡钻 井技 术规 范[ s ] ∥国家发展和改革委员会． 北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]魏武 ， 许期聪 ， 邓 虎， 等． 气体钻井技术在七北 1 0 1 井 的应用 与研究 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 5 ， 2 5 9 4 8 5 0 ． [ 3 ]郭建华 ， 李黔 ， 王锦 ， 等． 气体钻井岩屑运移机理研究L J ] ． 天 然气 工 业 ， 2 0 0 6， 2 6 6 6 6 6 7 ． [ 4 ]黄进军 ， 崔茂荣． 空气雾化钻井 中液滴尺寸及其分布[ J ] ． 西 南石油学 院学报 ， 1 9 9 4 ， 1 6 3 3 9 4 3 ． [ 5 ]许期聪 ， 刘奇林 ， 侯伟 ， 等． 四J I I 油气 田气体钻井技术[ J ] ． 天 然 气 工 业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 3 6 0 6 2 ． [ 6 ]Q／ C NP C C Y 8 O 7 2 O 0 6天然气 、 氮气 、 柴 油机尾气钻井 操 作规程E s ] ／ ／四川石油管理局． 成都 [ 出版者不详] ， 2 0 0 6 ． [ 7 ]Q／ C NP C C Y 8 0 8 2 0 0 6空气钻井 技术 规范 [ s ] ／ ／四川 I 石 油管理局． 成都 ． r 出版者不详] ， 2 0 0 6 ． [ 8 ]L Y ON S W C ． 空气和气体钻井手册[ M] ． 曾义金 ， 译． 北京 中 国石 化 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． 修改回稿 日期 2 O 1 0 0 1 一 l 5 编辑韩晓渝 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载