摘(zhai)要：石油鑽探(tàn)過程中，井控(kòng)工作關乎人(ren)員、設備、生産(chǎn)安全。及時、正(zhèng)确發現溢流(liu)是井控安全(quan)預防的關鍵(jiàn)。石化油田結(jié)合目前常規(guī)的監測方式(shì)．高架槽上♊能(néng)夠減緩鑽井(jǐng)液波動、提升(sheng)溢流監測靈(ling)敏性的“雙擋(dǎng)闆”裝置和鑽(zuan)井液❗罐上的(de)減緩液面波(bō)動裝置并進(jin)行試驗，同💔時(shi)探索電磁流(liu)量計 在鑽井(jing)現場監測出(chu)口流量的應(yīng)用；在大量數(shù)據統計分析(xī)的基礎上。建(jiàn)立了溢流預(yù)警模型．智能(néng)監測溢流🚶預(yù)警系統并在(zài)現場應用。結(jie)果表明，綜合(hé)錄井目前溢(yì)流監測方法(fǎ)相比，有效提(ti)高了溢流預(yù)報的及時性(xìng)和準确性，應(ying)用效果良🈲好(hao)。
0引言
　　井控安(an)全是石油鑽(zuàn)井施工安全(quán)的重要保證(zheng)，因爲大多數(shù)井從發現溢(yi)流到井噴持(chí)續時間隻有(you)5～10min，有的時間更(gèng)短，甚至溢流(liu)和井噴同時(shi)發生，所以溢(yì)流越🏒早發現(xiàn)越容易處理(lǐ)，并可避免引(yin)發井噴事故(gù)[1。2]。西北油田主(zhǔ)力區塊油藏(cáng)以縫洞型碳(tàn)酸鹽岩爲主(zhu)，具有“超深、高(gao)溫、高壓、高礦(kuang)化度”等特點(diǎn)，特别是順北(bei)、順南㊙️、順托區(qū)塊油氣“三高(gao)”特征更加明(ming)顯，鑽進過程(cheng)🌈中井控風險(xiǎn)增🔅大。在西北(bei)油田現場，主(zhu)要是利用安(an)裝在鑽井液(yè)出口處高架(jia)槽上和鑽井(jǐng)液循環罐上(shàng)的超聲波液(yè)位傳感器錄(lù)取到的液⭕面(mian)高度變化數(shù)據來計算溢(yi)流量，通過綜(zōng)合錄井儀實(shí)時監測并設(shè)置報警門限(xian)實現☔自動報(bào)警，同時配套(tao)鑽機監視系(xì)統實行專人(rén)輪值坐崗。
　　高(gao)架槽處鑽井(jing)液流動産生(shēng)的沖擊力和(hé)鑽井液循環(huan)罐攪拌機攪(jiao)拌産生的液(yè)面波動會導(dǎo)緻超聲波傳(chuán)感器獲取的(de)數據存在💜誤(wù)差。綜合錄井(jing)儀軟件系統(tong)的異常預報(bao)，往往限于單(dān)參數的超限(xian)提醒，一般🈲采(cai)用的是阈值(zhi)法，即高低門(men)限設定報警(jing)[3]。由于報警邏(luó)輯簡單，在💯井(jǐng)場施工的複(fú)雜環境下，可(kě)能發生誤批(pī)造成操作🔞人(ren)員“報警麻木(mu)”。對此，中國石(shi)化西北油田(tián)從減緩、消除(chú)高架槽和鑽(zuàn)井液罐液面(mian)波動及利用(yong)綜合錄井儀(yí)智能監測溢(yì)流等方面人(rén)手。
l鑽井液循(xun)環系統減緩(huan)液面波動裝(zhuāng)置
　　出口流量(liang)和池體積是(shì)目前地面監(jian)測溢流最重(zhong)妻的♻️兩個參(cān)數🥵，保證這兩(liang)項參數源頭(tou)數據的準确(que)性對發現溢(yì)流至關重👉要(yao)。
1．1參數錄取準(zhun)确性影響因(yin)素
　　高架槽處(chu)(出口流量)：西(xi)北油田鑽井(jing)作業工區高(gao)架槽的安裝(zhuāng)坡度爲1。～3。，氣測(cè)錄井需安裝(zhuāng)電動脫氣器(qi)，在距離緩沖(chòng)罐0．5～1m處安裝擋(dǎng)闆，已達到能(néng)滿足電動脫(tuo)氣器正常工(gong)作的狀态。鑽(zuan)井液遇到擋(dang)闆😍後液面升(sheng)高，當液面高(gāo)度與擋闆相(xiàng)同時，一👉部分(fen)鑽井液越過(guo)擋闆流向緩(huan)沖罐，一部分(fen)鑽井液則反(fan)向🥵流動，導緻(zhì)擋闆前的鑽(zuàn)井液液面産(chan)生波動，且出(chū)口流量監測(cè)波動非常明(míng)顯。
　　鑽井液罐(guan)處(池體積)：鑽(zuàn)井液罐上攪(jiǎo)拌機攪拌過(guò)程中會導緻(zhi)🌂鑽💯井液液面(miàn)明顯波動，從(cóng)而使超聲波(bo)傳🥰感器采集(jí)到的鑽井液(yè)池體積數據(jù)誤差及波動(dòng)較大，影響💁池(chí)體積🔴增量監(jian)測的準👄确性(xing)。
1．2減緩液面波(bo)動裝置研發(fā)
　　将高架槽處(chù)(出口流量)的(de)擋闆移至導(dǎo)管出口後方(fang)0．5m處，爲“擋闆1”(圖(tú)1、圖2a)，同時加裝(zhuāng)“擋闆2”于脫氣(qi)器之後靠近(jìn)緩沖罐處。
　　“擋(dang)闆1”對從導管(guan)中流出的鑽(zuàn)井液起到緩(huǎn)沖的作用，當(dāng)鑽井液流向(xiàng)“擋闆2”時流速(sù)顯著減緩，以(yǐ)達到減緩液(yè)面波動的目(mù)的。調節擋闆(pǎn)的高度，使鑽(zuan)井液和岩屑(xiè)可以從“擋闆(pan)1”底部的🍓弧狀(zhuang)通道流出，降(jiàng)低岩屑沉🐇積(jī)的程度。

　　“擋闆(pan)2”由圖2b中展示(shì)的擋闆形态(tai)改進爲擋闆(pǎn)中間切割出(chu)一矩形🔆通道(dào)，同時加裝兩(liǎng)塊挂闆(圖2c)。可(ke)以根據泵排(pái)量有效調⛱️節(jiē)鑽井液通過(guò)擋闆的寬度(dù)，以實現鑽井(jing)液流量變化(huà)時液面高度(du)有顯著變化(hua)，提升溢流監(jian)測的靈敏性(xìng)。鑽井液排量(liàng)大時，鑽井液(ye)和岩屑可以(yǐ)從矩形❗通道(dao)流過，排量小(xiao)時，鑽井液和(he)岩屑從擋闆(pan)2底部的弧形(xíng)通道通過。
　　根(gen)據U型管原理(lǐ)，在鑽井液循(xun)環罐安裝池(chí)體積傳感器(qi)的位置懸🙇‍♀️挂(guà)一根直徑約(yuē)爲30cm，長度小于(yú)鑽井液罐高(gāo)度且底部能(néng)🍉浸人鑽井👣液(ye)的鋼管，鋼管(guǎn)一側開一條(tiao)寬約6cm的縱向(xiàng)♊縫，鋼管内鑽(zuàn)井液液面與(yǔ)鑽井液罐中(zhong)的液面高度(du)一緻；加工一(yi)個空心浮球(qiu)，在該球上🈲方(fāng)焊一塊直徑(jìng)略小于圓管(guǎn)内徑的圓🈲形(xing)鐵闆，放置在(zài)鋼管内(圖3)，使(shǐ)池體積傳感(gan)器檢測平闆(pan)位置的高度(dù)，以消除鑽井(jǐng)液波動、消除(chu)氣泡對池體(tǐ)積傳感器監(jian)測數據的影(yǐng)響。

1．3減緩液面(mian)波動裝置現(xian)場應用效果(guo)
1．3．1高架槽處雙(shuāng)擋闆裝胃試(shì)驗
　　将“雙擋闆(pan)”裝置在高架(jia)槽上安裝後(hou)，超聲波液位(wèi)傳感器檢測(cè)🏃‍♂️到高架槽液(ye)面波動明顯(xiǎn)減緩，出口流(liu)量監測數據(ju)趨于平穩💋(圖(tu)4)。通過反複試(shì)驗，證實“雙擋(dǎng)闆”能減緩☔高(gāo)架槽因鑽井(jǐng)液流動🌍造成(chéng)的液面波動(dòng)影響，與安裝(zhuāng)原有擋闆的(de)情況相比，高(gāo)架槽内沉砂(sha)差别不大，均(jun)可通過起下(xia)鑽期間清理(li)沉砂的方式(shi)消🔞除其影響(xiang)。

　　兩口井分别(bie)在不同鑽井(jǐng)液排量下測(ce)試了原擋闆(pǎn)和改進後“雙(shuāng)🚶擋闆”裝置的(de)出口流量變(bian)化值。通過測(ce)試數據發現(xian)當🧡增加泵沖(chòng)排量模拟溢(yì)流時，“雙擋闆(pǎn)”裝置的💔靈敏(min)性🏃液面高差(chà)比原🌐擋闆有(yǒu)顯著增高(表(biǎo)1)。
1．3．2鑽井液罐處(chù)浮球式裝置(zhì)試驗
　　TP1井3号泥(ní)漿罐和4号泥(ni)漿罐安裝該(gai)裝置前，監測(cè)數據曲線⭐呈(cheng)毛刺狀，波動(dòng)起伏明顯；安(an)裝該裝置後(hòu)有明顯的🧡改(gai)善，曲線平穩(wen)(圖5)。


2電磁流量(liàng)計系統現場(chǎng)試驗
　　電磁流(liu)量計已經成(chéng)熟應用于地(dì)面管線測流(liú)量，原理爲法(fǎ)拉第㊙️電磁感(gan)應定律。由于(yu)測量方式不(bú)受流體溫度(du)、壓力、密度和(he)電導率變化(hua)的影響，其在(zai)複雜🍉的鑽井(jǐng)液環境中，具(jù)有🙇🏻較強适👣應(yīng)性。
2．1系統組成(cheng)及特點
　　電磁(cí)流量計系統(tong)硬件部分主(zhu)要包括：電磁(ci)流量計2個，脫(tuo)氣器、沉砂助(zhu)推器各1台，防(fáng)爆控制櫃、采(cai)集機櫃各1個(ge)🚩，工控機1套(圖(tu)6)。電磁流⭕量計(ji)系統監測必(bi)要條件：電磁(ci)流量計需滿(mǎn)管測量，且前(qián)後要保持5D、3D(D爲(wei)電磁流量計(jì)直徑)的直管(guan)段。自動監測(cè)報警：選取人(rén)口流量和出(chu)口流量的差(chà)值設置💰報警(jing)門限，出⛷️口大(da)于人口爲溢(yi)流，出口小📞于(yu)人口爲漏失(shi)☎️，當二者差值(zhi)超🛀過報警門(mén)限時，系統顯(xian)💞示報警。

2．2現場試驗
2．2．1現(xiàn)場安裝
　　鑽井(jing)液出、人口處(chu)均安裝三通(tong)，一旦系統出(chū)現異常，可以(yi)✊迅速恢複正(zhèng)常生産。入口(kou)流量計安裝(zhuang)在鑽井液上(shang)水罐和鑽井(jing)液泵之👣間管(guǎn)線上，爲了滿(man)足電磁流量(liàng)計滿管測量(liàng)要求🔅，流量計(ji)外觀設計爲(wèi)U型管，需在入(rù)口處挖出長(zhǎng)、寬、高分别爲(wèi)3m、1．8m、3．3m的深槽(圖7)。出(chu)1：3流量計安裝(zhuang)在防溢🌍管和(he)緩沖槽之間(jian)，爲了滿足電(dian)磁流量✂️計滿(mǎn)管測量要求(qiu)，也設計爲U型(xíng)管(圖8)。
　　爲減少(shao)氣體對電磁(cí)流量計監測(ce)可能産生的(de)影響，在U型管(guǎn)頂端安裝脫(tuo)氣器；爲防止(zhǐ)U型管底部出(chū)現沉砂，在U型(xíng)管底部安裝(zhuang)🌈防沉砂助推(tui)器。

2．2．2試驗(yan)條件
　　奧陶系(xì)灰岩地層鑽(zuàn)進施工，井深(shēn)爲6193．00m，鑽井液低(di)固相聚磺鑽(zuan)井液體系，密(mi)度爲1．17g／cm3。标定進(jin)、出口流量計(ji)及采集機使(shi)其與實際泵(bèng)排量🐇一緻，保(bǎo)證監測數據(ju)的準确性。
2．2．3試(shi)驗步驟
①溢流(liu)模拟：調節入(ru)口管線三通(tōng)處閥門，使經(jing)過入口處電(diàn)磁流量計的(de)流量從大變(biàn)小，出口流量(liang)保持不變，模(mo)拟溢流，觀察(cha)系統報警情(qing)況。
②脫氣器試(shì)驗：打開和關(guān)閉脫氣器，對(duì)比出口處電(diàn)磁流量計監(jian)測數據的變(bian)化，分析氣體(tǐ)對電磁流量(liàng)計的影響。
③氣(qì)侵模拟：從鑽(zuàn)井井口四通(tōng)閥門間歇性(xing)注氣(8MPa氮氣🈚)，模(mó)拟🛀地層氣體(tǐ)逸出井121，觀察(cha)電磁流量計(ji)能否有效識(shi)别。
2．2．4試驗效果(guǒ)
　　經現場試驗(yan)，電磁流量計(ji)監測出口流(liú)量時，鑽井液(yè)🌐内📐氣體對監(jian)🎯測數據無影(yǐng)響，流量變化(hua)時自動彈出(chu)報警界面🚩，數(shu)據監測💯靈敏(mǐn)(耗時<3S)，能夠敏(mǐn)銳地發現氣(qì)侵，實現在鑽(zuan)井過程中發(fā)現溢流的目(mu)🔅的。
3智能監測(cè)溢流預警系(xi)統
　　整理分析(xī)西北油田近(jin)5年64口井87次溢(yi)流資料可知(zhī)，溢流主🌂要發(fā)❗生💔在鑽進工(gong)況下，提離井(jing)底、起鑽、劃眼(yǎn)溢流發✂️生概(gài)率相⭐近，下鑽(zuàn)工😄況相對安(ān)全。從參數變(biàn)化情況看，在(zai)發生的溢流(liu)㊙️事件中出口(kou)流量、池體積(ji)、氣測值都發(fa)🌏生了異常🏃🏻變(bian)化，而立壓異(yì)常概率接近(jìn)50％，鑽時、出15密度(du)、出☎️口電導率(lǜ)異常概率約(yuē)爲30％，其他參數(shu)變化概率較(jiao)低[4]。
3．1基礎判斷(duan)規則
　　依據溢(yi)流的成因及(jí)誘發因素，對(duì)溢流事件進(jìn)行早期🙇‍♀️預🔴警(jǐng)🐅和核實報警(jing)。早期預警指(zhǐ)通過參數基(ji)值運算和參(cān)數異常時間(jiān)判斷功能剔(ti)除單參數假(jia)異常，做到單(dān)參數預警提(tí)醒的及時性(xìng)和準确性，針(zhēn)對鑽時模塊(kuài)、氣測值模塊(kuài)、立壓模塊、高(gāo)壓模塊(立壓(yā)上升🌏同時懸(xuan)重下降)、出口(kou)流量模塊、池(chí)體積模塊進(jin)行早期預警(jǐng)提醒。核實報(bao)警是在出口(kǒu)流量、池體積(ji)參數💋同時增(zeng)加時判斷🐇爲(wèi)溢流，溢流模(mó)塊報警。一旦(dan)出現🔴能夠誘(you)發溢流或是(shi)㊙️溢流前兆的(de)異常即進行(hang)早期預警，在(zài)與溢流直接(jiē)相關的多參(cān)數發生異常(chang)後則🔞進行核(hé)實報警，基礎(chu)判斷規則如(ru)表2所示[4]。
3．2數據(jù)處理分析方(fang)法
　　對各類原(yuan)始的工程參(cān)數進行二次(ci)處理(如平均(jun1)值、變化率、振(zhèn)🥵幅計算)與分(fèn)析，比原始值(zhi)能更直接地(dì)反映鑽井異(yi)常的變化狀(zhuàng)态㊙️，也能有效(xiào)發現濾除噪(zào)聲等非事💞故(gu)因素引起的(de)參數異常變(biàn)化，提高預警(jǐng)的有效性和(he)✂️準确性；在數(shù)據處理🔞後建(jian)立參數的實(shi)時背景基線(xiàn)，以此爲基準(zhǔn)實現對參數(shu)的🔞動态連續(xù)監🐕測與分析(xī)，進而根據人(rén)工設定的正(zheng)常變化阈值(zhí)判斷參數是(shi)否發生🌈異常(cháng)，如圖9所示[43。


3．3特(tè)殊變量引入(ru)
　　引入時間窗(chuāng)：界定參數超(chāo)限時長的異(yì)常判斷标準(zhǔn)，排除參🔞數正(zheng)常波動變化(huà)，假定參數超(chāo)限時長标準(zhun)爲t。，如圖10所示(shì)，如果參數超(chao)過異常阈值(zhí)上限的時間(jian)(￡)小于定🐇義的(de)超限标準時(shi)間參數t。，則視(shi)爲未發生異(yì)常。
　　引入權重(zhong)系數：在多參(can)數的綜合判(pàn)斷中，根據現(xian)場情況定義(yi)各參數的權(quan)重系數，其中(zhong)持續、關鍵的(de)參數作爲必(bì)要參數，在多(duō)參數判斷中(zhōng)占主導地位(wèi)，提高相應參(can)數在判斷中(zhong)的比重設置(zhì)(如高壓油氣(qi)井适當增加(jia)🐇立壓和懸重(zhong)的權重)。西北(běi)工區根據油(yóu)氣層類型設(she)置了5種參數(shu)權重配置(表(biǎo)3)。

3．4起下鑽灌漿(jiang)返漿情況監(jiān)測
　　起、下鑽工(gong)況下，針對灌(guan)漿、返漿情況(kuang)建立監測機(ji)制，獲取🥰灌㊙️漿(jiang)罐與鑽具體(ti)積參數，對比(bi)灌漿、返漿量(liang)與💘鑽具排替(tì)理論量，判斷(duan)起、下鑽過程(chéng)中是否發生(shēng)溢流。其計算(suan)公式如下：
Vg—V2一(yī)V1；V。一Vd；V。一Vg—V。+n
即：V。一V2一(yī)Vl—Vd+，2
　　式中：V。爲實際(ji)灌漿、返漿量(liang)，m3；V。爲灌漿罐靜(jìng)止體積，m3；V。爲灌(guan)漿罐變化至(zhì)再次靜止的(de)體積，m3；V。爲鑽具(ju)排替體積，m3；V。爲(wei)鑽具體積🐇(根(gen)據情況可能(néng)爲壁厚體積(ji)或外徑體積(jī)🌈)，m3；V。爲實際與理(li)論差值，m3；卵爲(wèi)系統誤差常(chang)量值，m3。
3．5溢流預(yu)警系統框架(jia)設計
　　軟件系(xi)統模塊化、組(zu)件化、開放式(shì)設計，具有良(liang)好的可維護(hù)和可擴展能(neng)力。該系統主(zhǔ)要由數據采(cai)集接口插⚽件(jian)、數🚶‍♀️據處理模(mó)塊、預警模型(xíng)框架、主程序(xu)框架及數據(ju)庫構成，如圖(tu)11所示‘4I。

　　現場應(yīng)用中，通過綜(zong)合錄井儀數(shu)據接口插件(jian)獲取實時☎️數(shu)據，軟件系統(tǒng)對實時數據(jù)進行同步處(chu)理分析，根據(jù)當前工況将(jiāng)處理後的數(shù)據自動輸入(rù)預警模型進(jin)行綜合判斷(duan)，随後輸出系(xì)統判斷結果(guǒ)進行人機交(jiao)互⛹🏻‍♀️，在交互的(de)過程中，實現(xiàn)系統參☔數與(yu)預警模型的(de)進一步修正(zhèng)完善[4’6]。
4現場應(yīng)用
　　該系統在(zai)西北油田16口(kǒu)井進行了現(xian)場部署應用(yong)，累計運行♉562d，能(néng)夠較準确地(dì)識别真、假溢(yì)流。通過合理(li)的參數配置(zhi)，能夠有效排(pái)除易引起誤(wu)報的異常，如(ru)鑽井參數的(de)變化、傳感器(qì)電磁幹擾等(deng)因素造成的(de)參數變化。
4．1應(ying)用情況1
　　TK915—12H井在(zài)2025年12月16日22：24鑽進(jin)至井深6078．15m，出口(kǒu)流量從19．03％上升(sheng)至50．42％，總池💁體積(ji)從116．34m3上升至116．62m3。值(zhí)班人及時通(tong)知司鑽和鑽(zuan)井隊工程師(shī)，鑽井隊于😘22：26成(cheng)功🥵關井，關井(jǐng)套壓爲1．0MPa，溢流(liú)量0．28m3。智能預警(jǐng)系統及時㊙️監(jiān)測到🐪出口流(liu)☂️量異常，并實(shi)時跟蹤發展(zhǎn)态勢🙇‍♀️，較綜合(hé)錄井儀提前(qian)49S報警，爲鑽井(jǐng)隊及時👈處理(lǐ)井内工程複(fú)雜赢得寶貴(guì)時間。
4．2應用情(qíng)況2
　　TK915—12H井正常鑽(zuàn)進過程中，接(jiē)單根時綜合(he)錄井儀由于(yu)停開泵‼️各相(xiang)關🔅參數會頻(pín)繁報警，尤其(qí)停泵後總池(chi)體積由于管(guan)線回🌐流會明(míng)顯增加，開泵(beng)後鑽井液泵(bèng)入井筒過💁程(chéng)中總池體積(ji)會明顯減少(shǎo)。由于該系統(tǒng)能❌智能識别(bie)停開泵時各(ge)相關參數的(de)變化，未發生(sheng)頻繁報警。
5結(jie)論
①高架槽“雙(shuang)擋闆”裝置不(bú)僅對高架槽(cáo)液面波動能(neng)夠起🏒到很好(hao)的減緩作用(yong)，還可以更加(jiā)靈敏地反映(ying)高架槽出口(kou)流量變化🐪，第(di)一時間發現(xian)井漏或溢流(liu)。
②鑽井液罐減(jiǎn)緩液面波動(dong)裝置的試驗(yan)表明，利用U型(xing)管原理能夠(gou)有效減緩使(shǐ)用鑽井液攪(jiao)拌機引起的(de)液面波動，浮(fú)球⛱️式的✔️裝置(zhi)改進進一步(bu)有效解決了(le)管内氣泡積(ji)聚的問題，實(shí)現了井漏或(huò)🤩溢流發生時(shi)🈲鑽井液體積(jī)變化量數據(jù)的正确測量(liàng)。
③上述兩種裝(zhuāng)置保證了源(yuan)頭數據的準(zhǔn)确錄取，能夠(gou)💛更加有效👌監(jiān)測溢流。
④電磁(cí)流量計監測(cè)數據準确，比(bi)目前監測溢(yi)流的方式更(geng)加靈敏，但其(qi)安裝受場地(dì)條件限制，且(qiě)起、下鑽情況(kuang)下溢流的監(jian)測有待進一(yī)步研究。
⑤智能(neng)監測溢流預(yù)警系統能夠(gòu)對錄取數據(jù)進行二♻️次分(fen)析，實時調整(zhěng)參數基值，且(qiě)引入時間窗(chuāng)和參數權重(zhòng)等變量，能夠(gòu)更💔加及時、準(zhun)确地判斷是(shì)否發生溢流(liú)，能夠有效減(jiǎn)少“誤報”的次(cì)數，具有一定(ding)的推廣意義(yi)。

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