井口鉆井液返出報警裝置研制與應(yīng)用

蘇西寧 陳永生

摘 要：在石油勘探開發(fā)鉆井過程中，鉆井液循環(huán)池液面在鉆井過程中的變化，主要用鉆井液液面監(jiān)測儀來檢測，并以此判斷井筒是否發(fā)生溢流或井漏。中途起下鉆、完井作業(yè)，起鉆灌鉆井液及下鉆返出的鉆井液是否正常，可對鉆井生產(chǎn)中可能發(fā)生的井涌、井漏等異常情況作出預判。

關(guān)鍵詞：溢流;監(jiān)測;報警器

一、項目來源及意義

為了防止井涌，一般通過檢測泥漿罐液位的變化來判斷溢流，以達到防止井涌的目的。液位的監(jiān)測主要由作業(yè)人員坐崗和泥漿罐液位監(jiān)測儀來完成，人工坐崗監(jiān)測雖然可行，但是實時性和可靠性不能保證;液面監(jiān)測儀受鉆井液粘度、波動等因素的影響，可能會導致錯報和誤報。此外，泥漿罐液位的變化與實際的地層流體進入井筒之間存在著較長的時間拖延，當泥漿罐液面變化達到一定高度時，實際的溢流已經(jīng)十分嚴重。

二、國內(nèi)外同類技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

井噴失控是重大的鉆井事故，為防止失控，需要早期發(fā)現(xiàn)溢流，及時采取壓井措施。目前溢流檢測方法包括泥漿池液面法、流量差法、聲波檢測法和基于PWD&LWD法。聲波檢測法和基于PWD&LWD法技術(shù)還不夠成熟，現(xiàn)場應(yīng)用不多，泥漿池液面法和流量差法是各種鉆井工藝溢流檢測的主要方法?？刂茐毫︺@井，鉆井液返出管線是密閉的，出口流量可以準確測量，采用泥漿罐液位法和鉆井液進口出口流量差法相結(jié)合檢測溢流。但是對于常規(guī)鉆井，井口是敞開的，鉆井液返出管線不是滿管流動，現(xiàn)有非滿管流量計測量誤差較大，主要是靠泥漿罐液位法檢測溢流。

三、主要技術(shù)完成情況

1、溢流發(fā)生原因

溢流發(fā)生的直接原因是地層孔隙壓力大于井筒液柱壓力，地層孔隙壓力升高或井筒液柱壓力降低都有可能引發(fā)井涌。在實際鉆井過程中，引發(fā)溢流有以下原因：

（1）鉆遇異常高壓地層，地層壓力驅(qū)使地層流體進入井筒，引發(fā)溢流。

（2）地層壓力掌握不準，設(shè)計的鉆井液密度偏低;下套管速度太快，導致地層破裂。

（3）在井底壓力近平衡狀態(tài)時停泵，環(huán)空壓耗消失，地層流體進入井筒，引發(fā)溢流。

（4）起鉆時，抽汲作用引發(fā)溢流。

2、溢流監(jiān)測方法

最原始的溢流監(jiān)測是人工坐崗制，監(jiān)測泥漿成分和循環(huán)罐池液位的變化，完全憑個人經(jīng)驗判斷是否發(fā)生溢流。隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，為溢流監(jiān)測提供了更多的途徑和方法。

（1）鉆井液總池體積的溢流監(jiān)測。

這種方法在溢流監(jiān)測的早期被廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點是成本低，實施方便。但是監(jiān)測不夠靈敏，不能及時發(fā)現(xiàn)早期微量溢流，實時性差，具有很明顯的延遲，可靠性不高。

（2）微流量溢流監(jiān)測。

這是近幾年溢流監(jiān)測新方法之一，能夠發(fā)現(xiàn)早期溢流，技術(shù)成熟。但是需要對現(xiàn)有設(shè)備進行改造，在與井口防溢流管相連的導管處旁引一個L型的支架，在支架上安裝聲納探測裝置;或者，在與井口防溢流管連接的導管上安裝流量計，通過測量返出鉆井液流量的變化實現(xiàn)早期微量溢流監(jiān)測。

（3）環(huán)空液面的溢流監(jiān)測。

實際鉆井數(shù)據(jù)表明，起下鉆過程中發(fā)生溢流的概率占溢流發(fā)生總量的56%，這種方法最大的優(yōu)點是能夠監(jiān)測起鉆過程中的溢流情況，同樣也需要對現(xiàn)有設(shè)備進行改造，在套管閥處安裝環(huán)空液位檢測傳感器，一般為非接觸測量傳感器。

四、鉆井液返出報警裝置設(shè)計制作

1.報警器的組成

該自動報警器主要結(jié)構(gòu)包括固定面板（1）、感應(yīng)開關(guān)（2）、軸（3）、推桿（4）、聲光報警器（5），所述推桿（4）通過軸（3）和固定面板（1）連接，所述感應(yīng)開關(guān)（2）位于推桿（4）的頂部，所述聲光報警器（5）和門磁開關(guān)（2）之間通過導線（6）連接。

2.報警器原理

推桿4放在鉆井液出口，只要鉆井液從出口返出，就會推動推桿4，推桿4上的感應(yīng)開關(guān)2閉合，電路接通，聲光報警器5自動閃光和警音提示。

3.項目取得的成果創(chuàng)新點

孤東2-19-斜更45和義132-斜2井在下油層套管前安裝完這款報警器模型，套管共下入432根，下每根套管的返漿情況報警器都準確無誤的提示出來。井口返出報警器能把情況及時反應(yīng)給操作人員，鉆臺操作人員可以第一時間了解掌握井口返漿情況，根據(jù)異常返漿或不返漿情況能夠及時發(fā)現(xiàn)及時處理，避免一些井下復雜或事故的發(fā)生。此產(chǎn)品不僅僅用在下套管時的鉆井液返出報警，在石油鉆井各種工況，各個環(huán)節(jié)都能起到報警作用，例如，正常鉆進，接單跟，起下鉆作業(yè)，電測，固井等等。

4.結(jié)論及建議

（一）結(jié)論

（1）鉆井液導管出口是監(jiān)測溢流的最佳位置。

（2）井口返出鉆井液報警裝置可以輔助井控坐崗人員及時發(fā)現(xiàn)溢流。

（3）井口返出鉆井液報警裝置提高了發(fā)現(xiàn)溢流的實時性和有效性。

（二）建議

為了預防井涌，監(jiān)控溢流是安全鉆井的前提和保證。目前，溢流監(jiān)測方法主要是人工坐崗。由于鉆井現(xiàn)場的工作性質(zhì)，單單靠人工坐崗，很難保證全天24小時的不間斷監(jiān)控，而液面報警器報警又存在滯后現(xiàn)象。溢流監(jiān)測最重要、最快速的位置就是井口或者鉆井液出水口，如果在鉆井液出水口旁加一個監(jiān)控攝像頭，將監(jiān)控屏幕安裝在司鉆房里，操作者就能隨時監(jiān)控鉆井液的返出情況，在鉆井施工過程中，司鉆房里的操作者能夠保證全天24小時在崗，操作者也非常需要隨時掌握井口返漿情況。

另外，在安裝封井器，電測或者固井候凝期間，司鉆房里大部分時間是沒有人的，監(jiān)控器也沒人查看。在這種工況下，可以在鉆井液出口安裝這款井口返出鉆井液報警器，井口只要出現(xiàn)外溢，報警器就會全井場發(fā)出報警聲提醒作業(yè)人員。

通過司鉆房里安裝監(jiān)控器和鉆井液出口安裝溢流報警器，可以輔助井隊坐崗人員一起監(jiān)控溢流，即使，坐崗工臨時有事，也能起到輔助監(jiān)控的目的。

（作者單位：渤海鉆井總公司）