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井口钻井液返出报警装置研制与应用

作者:未知

  摘 要:在石油勘探开发钻井过程中,钻井液循环池液面在钻井过程中的变化,主要用钻井液液面监测仪来检测,并以此判断井筒是否发生溢流或井漏。中途起下钻、完井作业,起钻灌钻井液及下钻返出的钻井液是否正常,可对钻井生产中可能发生的井涌、井漏等异常情况作出预判。
  关键词:溢流;监测;报警器
  一、项目来源及意义
  为了防止井涌,一般通过检测泥浆罐液位的变化来判断溢流,以达到防止井涌的目的。液位的监测主要由作业人员坐岗和泥浆罐液位监测仪来完成,人工坐岗监测虽然可行,但是实时性和可靠性不能保证;液面监测仪受钻井液粘度、波动等因素的影响,可能会导致错报和误报。此外,泥浆罐液位的变化与实际的地层流体进入井筒之间存在着较长的时间拖延,当泥浆罐液面变化达到一定高度时,实际的溢流已经十分严重。
  二、国内外同类技术研究及应用现状
  井喷失控是重大的钻井事故,为防止失控,需要早期发现溢流,及时采取压井措施。目前溢流检测方法包括泥浆池液面法、流量差法、声波检测法和基于PWD&LWD法。声波检测法和基于PWD&LWD法技术还不够成熟,现场应用不多,泥浆池液面法和流量差法是各种钻井工艺溢流检测的主要方法。控制压力钻井,钻井液返出管线是密闭的,出口流量可以准确测量,采用泥浆罐液位法和钻井液进口出口流量差法相结合检测溢流。但是对于常规钻井,井口是敞开的,钻井液返出管线不是满管流动,现有非满管流量计测量误差较大,主要是靠泥浆罐液位法检测溢流。
  三、主要技术完成情况
  1、溢流发生原因
  溢流发生的直接原因是地层孔隙压力大于井筒液柱压力,地层孔隙压力升高或井筒液柱压力降低都有可能引发井涌。在实际钻井过程中,引发溢流有以下原因:
  (1)钻遇异常高压地层,地层压力驱使地层流体进入井筒,引发溢流。
  (2)地层压力掌握不准,设计的钻井液密度偏低;下套管速度太快,导致地层破裂。
  (3)在井底压力近平衡状态时停泵,环空压耗消失,地层流体进入井筒,引发溢流。
  (4)起钻时,抽汲作用引发溢流。
  2、溢流监测方法
  最原始的溢流监测是人工坐岗制,监测泥浆成分和循环罐池液位的变化,完全凭个人经验判断是否发生溢流。随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自动化技术的迅速发展,为溢流监测提供了更多的途径和方法。
  (1)钻井液总池体积的溢流监测。
  这种方法在溢流监测的早期被广泛应用,其优点是成本低,实施方便。但是监测不够灵敏,不能及时发现早期微量溢流,实时性差,具有很明显的延迟,可靠性不高。
  (2)微流量溢流监测。
  这是近几年溢流监测新方法之一,能够发现早期溢流,技术成熟。但是需要对现有设备进行改造,在与井口防溢流管相连的导管处旁引一个L型的支架,在支架上安装声纳探测装置;或者,在与井口防溢流管连接的导管上安装流量计,通过测量返出钻井液流量的变化实现早期微量溢流监测。
  (3)环空液面的溢流监测。
  实际钻井数据表明,起下钻过程中发生溢流的概率占溢流发生总量的56%,这种方法最大的优点是能够监测起钻过程中的溢流情况,同样也需要对现有设备进行改造,在套管阀处安装环空液位检测传感器,一般为非接触测量传感器。
  四、钻井液返出报警装置设计制作
  1.报警器的组成
  该自动报警器主要结构包括固定面板(1)、感应开关(2)、轴(3)、推杆(4)、声光报警器(5),所述推杆(4)通过轴(3)和固定面板(1)连接,所述感应开关(2)位于推杆(4)的顶部,所述声光报警器(5)和门磁开关(2)之间通过导线(6)连接。
  2.报警器原理
  推杆4放在钻井液出口,只要钻井液从出口返出,就会推动推杆4,推杆4上的感应开关2闭合,电路接通,声光报警器5自动闪光和警音提示。
  3.项目取得的成果创新点
  孤东2-19-斜更45和义132-斜2井在下油层套管前安装完这款报警器模型,套管共下入432根,下每根套管的返浆情况报警器都准确无误的提示出来。井口返出报警器能把情况及时反应给操作人员,钻台操作人员可以第一时间了解掌握井口返浆情况,根据异常返浆或不返浆情况能够及时发现及时处理,避免一些井下复杂或事故的发生。此产品不仅仅用在下套管时的钻井液返出报警,在石油钻井各种工况,各个环节都能起到报警作用,例如,正常钻进,接单跟,起下钻作业,电测,固井等等。
  4.结论及建议
  (一)结论
  (1)钻井液导管出口是监测溢流的最佳位置。
  (2)井口返出钻井液报警装置可以辅助井控坐岗人员及时发现溢流。
  (3)井口返出钻井液报警装置提高了发现溢流的实时性和有效性。
  (二)建议
  为了预防井涌,监控溢流是安全钻井的前提和保证。目前,溢流监测方法主要是人工坐岗。由于钻井现场的工作性质,单单靠人工坐岗,很难保证全天24小时的不间断监控,而液面报警器报警又存在滞后现象。溢流监测最重要、最快速的位置就是井口或者钻井液出水口,如果在钻井液出水口旁加一个监控摄像头,将监控屏幕安装在司钻房里,操作者就能随时监控钻井液的返出情况,在钻井施工过程中,司钻房里的操作者能够保证全天24小时在岗,操作者也非常需要随时掌握井口返浆情况。
  另外,在安装封井器,电测或者固井候凝期间,司钻房里大部分时间是没有人的,监控器也没人查看。在這种工况下,可以在钻井液出口安装这款井口返出钻井液报警器,井口只要出现外溢,报警器就会全井场发出报警声提醒作业人员。
  通过司钻房里安装监控器和钻井液出口安装溢流报警器,可以辅助井队坐岗人员一起监控溢流,即使,坐岗工临时有事,也能起到辅助监控的目的。
  (作者单位:渤海钻井总公司)
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