综合录井采集系统在钻井中的应用

王 恒

（大庆钻探工程公司地质录井一公司，黑龙江大庆163000）

1 概述

综合录井技术是油气勘探开发的基础手段，该技术在指导钻井施工、油气资源评价、处理突发事故等方面具有无法替代的优势。录井技术包括数据采集、远程数据传输、实时监控，而录井采集系统的高效、精准对专家决策的准确具有十分重大的影响，只有精确的录井数据才能保证现场施工的安全、钻井作业的高效。现今人们更多的讨论钻井参数对于钻井安全的指示，希望通过钻井参数的异常来提早预测安全事故，从而将安全事故扼杀于摇篮之中，往往忽视了钻井参数的准确获取的重要性[1]。

2 综合录井采集系统在钻井中的应用

综合录井采集系统在钻井当中具有广泛的应用，主要包括：钻井工程异常预警、地层压力监测、优化钻井参数、危险气体监测四个方面。利用录井采集系统收集录井参数，通过对参数的分析，保障钻进的顺利进行。

（1）钻井工程异常预警。在钻井初期，预测井下故障主要依靠的是现场人员的经验，依靠的是单参数阈值报警，这种方式容易发生误判、漏判，无法保障钻井安全（陆黄生，2011）。而综合录井采集系统不仅可以对钻井过程进行实时跟踪和监测，还可以对钻井井下的各类故障进行准确预报，比如井漏、井涌、掉水嘴、钻具刺漏、卡钻、溜钻、堵水眼和油气水侵等故障。因此，综合录井采集系统对保障钻井安全具有重要的意义。钻井异常情况的出现往往伴随着多种钻井参数的异常出现，通过分析这些异常参数，可以对钻井井下故障做出早期的预警，对于保障钻井的顺利完成是极其重要的（表1）。钻井过程中忽遇到特殊岩性，如采取措施不积极往往会导致严重的井事故。例如冀中油田XL1井在钻进过程中，突然出现钻时增加、扭矩振幅增大等现象，结合该井的地质情况，认为提前遇到砂砾岩，采取紧急措施，从而避免了掉牙轮事故。

表1 钻井工程异常情况及钻井参数变化情况

（2）地层压力预测。在工程钻进中，异常高压的预测和控制方法，直接关系到钻井的成功率和钻进的速度[3]。地层压力预测除了常用的地震资料法、测井资料法，最近几年加大随钻地层压力监测的研究力度，随钻地层压力监测是一种动态监测，相比其他两种方法而言，具有随时监测、动态调整钻前预测的优势。随钻压力监测是在钻进过程中，利用钻井工程参数等录井数据，实时预测地层压力。常用的方法：标准化钻速法、岩石骨架强度法、dc指数法，最常用的是dc指数法，而dc指数是通过钻时、转盘、钻速、钻压、钻头直径、当量循环钻井液密度和正常井段地层的孔隙压力梯度等参数计算得到的[4]，因此通过综合录井数据采集系统获得的参数对于准确计算dc指数起到至关重要的作用。例如崖城21-1-4井是一口位于南海西部的高温高压井，在进行随钻监测中，多次出现异常高压，而正是dc指数压力预测法的应用保障了该井的顺利完工（图1）。

图1 崖城21-1-4井2900~3700m地层压力监测（吴文佳等，2011）

（3）优化钻井参数，实现经济钻井。随着勘探深度朝着深井、超深井方向发展，开采条件的日趋复杂，对钻井参数优化的要求越来越高[5]。要实现经济钻井，需要利用录井参数不断进行优化钻井。比如Milter等人利用录井采集系统将海洋上收集的钻井参数传输到陆地，由陆地控制中心对现场数据进行分析，提出优化建议，实现远程优化钻井。

（4）监测危险气体，保障安全施工。在钻井过程中，从地层中释放出大量的天然气和原油等烃类物质，如H2S、CO等，这些物质与O2接触，在一定的条件就会发生燃爆，很容易引发安全事故。综合录井采集系统可以实现对CO2、CO、O2、H2S、CH4等气体的监测，并通过计算机进行处理和分析，从而实现对地层中危险气体的随钻监测，实现危险气体早期检测。通过某工区井下随钻监测气体含量变化曲线发现共发生了两次燃爆异常：14：30和15：30，两次的共同表现为CH4含量增加，O2含量减少，CO2、CO含量增加，因为CH4含量增加，与O2消耗，从而导致O2含量减少，充分燃烧或者不充分燃烧，从而导致CO2和CO含量增加（图2）。

图2 某工区井下随钻监测气体含量变化曲线（吴鹏程等，2011）

3 综合录井采集系统发展趋势

（1）传感器朝着高精度、多类型方向发展。传感器作为系统采集的源头，对录井采集系统具有重要的作用，如传感器型号不同、安装位置不同等往往会造成采集数据与实际不符，从而不能全面、客观地反映钻井工况。随着科学技术的不断发展和进步，极大地改善了传感器性能，使钻井的实际情况具有较高的精度。加上应用在医疗、食品等高精度的传感器在钻井中的应用越来越广泛，使得传感器朝着高精度、多类型方向发展[6]。

（2）有线传输发展到无线传输。综合录井采集系统在现场是分散式分布，一般是根据需要布置多个传感器，传感器信号通过采集系统，进行模数转换，然后传输至处理系统由专家进行分析处理。传感器数据传输到处理系统是通过电缆传输，这种传输方式导致作业现场十分混乱，并且大量电缆的接拆浪费人力物力，从而增加钻井成本。而近几年无线传输在录井采集系统中得到了快速发展，在录井采集过程中利用无线传输可以节约时间、节约成本，并且可以很好地解决有线传输距离短的问题，在一些环境特殊（偏远的荒漠、寒冷地区）无线传输尤为重要。苏堪华等（2006）指出在综合录井系统中无线传输可以大体分为五类：红外线数据传输、无线局域网数据传输、蓝牙技术、ZigBee技术、超宽带技术。每种技术都具有优缺点，但是ZigBee技术、超宽带技术具有传输空间大、信号隐蔽好的特点成为无线传输的未来趋势。

（3）从常规录井到非常规录井的发展。最近几年，非常规油气得到快速发展，开发潜力巨大，比如大庆油田致密油累计探明储量达到10×108t[8]，成为未来潜力增长的支撑点。非常规录井有别于常规录井，非常规致密油气具有孔隙渗透特低、面积大但界限不明显等特点。王志战（2017）指出非常规油气对录井存在探测分辨率、数据质量、录取参数的齐全和评价方法的挑战，将来解决这四个方面的问题，非常规录井采集系统才能得到很好的发展，才能更好地推动非常规油气的开采。

4 结语

随着油气开采难度的不断增大，对钻井技术和工艺的要求越来越高，只有全面优化升级钻井技术才能保障钻井的高速进行。而利用综合录井采集系统可以更加精准地采集和分析钻井过程中的各项数据，有效评估钻井的安全风险，提高钻井的安全性，不断优化钻井参数，为经济钻井提供支持。随着技术的不断进步，综合录井参数精度越来越高、参数类型越来越丰富，对录井参数采集系统的要求也越来越高。所以需要对录井采集系统进行不断的探索。