【正文】 底欠壓值的大小、地層流體侵入量、地層壓力的變化情況等，根據(jù)采集分析處理數(shù)據(jù)，對影響欠平衡鉆井的諸要素實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全快速鉆井的目的。 欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容是：實(shí)時(shí)采集鉆井過程的相關(guān)鉆井機(jī)械參數(shù)、 水力參數(shù)、鉆井液性能參數(shù)以及其它與鉆井相關(guān)的參數(shù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)的井眼參數(shù)，實(shí)時(shí)分析、預(yù)測井下的欠壓值等。 現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出欠平衡鉆井采集和分析處理系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)η菲胶忏@井相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理并指導(dǎo)欠平衡鉆井的現(xiàn)場作業(yè)。該系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用后，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，軟件功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)符合率高效果明顯。 方案設(shè)計(jì) 欠平衡鉆井的采集有兩種方式，第一是按常規(guī)的方法獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，即配套地面?zhèn)鞲衅?、?shù)據(jù)采集板卡的方式采集欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)。第二種方式是采用偵聽方式直接從錄井終端截取。配備先進(jìn)的 綜合錄井儀，該錄井儀器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)中，包括欠平衡鉆井實(shí)時(shí)分析所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 第一步是針對配備的綜合錄井儀器的欠平衡鉆井，主攻方向是錄井儀數(shù)據(jù)的截取和分析。 第二步是針對將來配備的其它系列鉆井設(shè)備的欠平衡鉆井，同樣要開發(fā)數(shù)據(jù)獲取接口。 第三步對于將來不配備的欠平衡鉆井仍然采用常規(guī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)方法、配備傳感器。系統(tǒng)工作流程圖（ 41）所示。 圖 41 系統(tǒng)工作流程 系統(tǒng)軟件的主要功能 系統(tǒng)軟件能夠?qū)η菲胶忏@井中的參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)測、分析和處理；同時(shí)，該系統(tǒng)軟件能過對欠平衡鉆井進(jìn)行事前預(yù) 測，鉆井過程中進(jìn)行處理并指導(dǎo)決策，事后對一口前平衡鉆井過程進(jìn)行分析總結(jié)。 系統(tǒng)軟件是有十幾個(gè)功能模塊組成。其數(shù)據(jù)的采集、分析及處理是以圖形、曲線和數(shù)據(jù)表的形式實(shí)現(xiàn)的?？梢岳么鎯?chǔ)模塊、數(shù)據(jù)隨機(jī)查詢等模塊對其欠平衡鉆井期間采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)或隨機(jī)查詢?nèi)我鈺r(shí)間的或井深時(shí)的數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)軟件的應(yīng)用 采集數(shù)據(jù) 鉆井參數(shù)儀和綜合錄井儀實(shí)時(shí)采集了豐富的地層信息和鉆井工程信息，其中包括地層巖性特征、油氣顯示、井下復(fù)雜情況及鉆井工程參數(shù)及鉆井工況。 鉆進(jìn)作業(yè)過程中數(shù)據(jù)顯示與監(jiān)測的主要內(nèi)容有：底部鉆具狀態(tài) 、鉆井液池體積、鉆井泵狀態(tài)包括開啟狀態(tài)、沖數(shù)、計(jì)算流量、上水效率等、鉆井液性能包括實(shí)時(shí)密度、密度超限報(bào)警、計(jì)算流變參數(shù)等 、水力參數(shù)、鉆頭磨損包括牙齒磨損與軸承磨損、每米成本包括常規(guī)成本與風(fēng)險(xiǎn)成本、立管壓力變化、總池體積凈增量判斷井涌、井漏、流量差值監(jiān)測判斷井涌、井漏、卡鉆系數(shù)、扭矩變化判斷鉆頭失效、斷鉆具等主要依據(jù)、鉆壓變化監(jiān)測鉆壓超限界、判斷溜鉆、鉆具疲勞、大鉤載荷增減量判斷超拉與遇阻等顯示與監(jiān)測以及 dc 指數(shù)監(jiān)測地層壓力等[29]。 起下鉆作業(yè)過程中監(jiān)測的主要內(nèi)容有：底部鉆具與井眼幾何狀態(tài)顯示、壓力波動(dòng)監(jiān)測、裸眼靜止時(shí)間監(jiān)測、鉤載增減量監(jiān)測判斷超拉與遇阻總池體積凈增量監(jiān)測判斷井涌、井漏。 實(shí)時(shí)采集的總烴值和氣體地面流量可以為預(yù)測地層流體侵入井筒，判斷井底實(shí)現(xiàn)欠壓值提供理論依據(jù)。實(shí)時(shí)采集的套壓值和立壓值為現(xiàn)場控制井底欠壓值提供參考數(shù)據(jù)。自動(dòng)采集其他相關(guān)數(shù)據(jù)或者參與計(jì)算，或者可以直接分析處理現(xiàn)場相應(yīng)的情況。 根據(jù)地層壓力合理設(shè)計(jì)鉆井液的密度，能夠保證井壁穩(wěn)定、保障鉆井安全和提高鉆速。地層壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測不僅有助于發(fā)現(xiàn)油氣層、保護(hù)油氣層，而且可以預(yù)防井漏、井噴等不安全事故的發(fā)生。 分析數(shù)據(jù) 通過數(shù)據(jù)分析模 塊對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析結(jié)果數(shù)據(jù)包括井底壓力，井底欠壓值，環(huán)空鉆井液密度分布規(guī)律，環(huán)空壓力變化規(guī)律等，這些分析結(jié)果數(shù)據(jù)可以直接用于分析判斷井下欠平衡動(dòng)態(tài)，對現(xiàn)場及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整欠平衡鉆井方案提供理論依據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)顯示模塊以表格和曲線的形式實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。 欠平衡鉆井過程中的可以運(yùn)用直接采集和分析處理后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果對欠平衡鉆井中的工序進(jìn)行調(diào)整和控制。如通過壓力、液位、泵沖、氣體流量等傳感器和錄井儀實(shí)時(shí)采集的各種信號經(jīng)放大器放大、處理、變換后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)內(nèi)置的計(jì) 算軟件計(jì)算出井底壓力。系統(tǒng)處理器一方面將采集到的數(shù)據(jù)及計(jì)算出的數(shù)據(jù)顯示輸出并儲(chǔ)存，另一方面將計(jì)算出的井底壓力與設(shè)計(jì)的井底壓力比較，當(dāng)計(jì)算的井底實(shí)際壓力 設(shè)定值 設(shè)定誤差時(shí)，通過嵌入的自動(dòng)控制程序產(chǎn)生節(jié)流閥開度關(guān)小的控制信號，增加井口壓力值；在等待一個(gè)壓力傳播延遲后根據(jù)變化了的泵壓和其它數(shù)據(jù)重新計(jì)算井底壓力，再把計(jì)算的井底實(shí)際壓力與設(shè)定值進(jìn)行對比，直到井底壓力在設(shè)定值177。設(shè)定誤差范圍之內(nèi)。反之，當(dāng)計(jì)算的井底實(shí)際壓力 設(shè)定值 +設(shè)定誤差時(shí)，發(fā)出開大節(jié)流閥開度指令，減少套壓值；在等待一個(gè)壓力傳播延遲后根據(jù)變化了的泵壓 和其它數(shù)據(jù)重新計(jì)算井底壓力，再把計(jì)算的井底實(shí)際壓力與設(shè)定值進(jìn)行對比到井底壓力在設(shè)定值177。設(shè)定誤差范圍之內(nèi)。這樣，可使實(shí)際井底壓力保持在欠平衡鉆井的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)?；蚴鞘侨斯ぴO(shè)定一個(gè)井口壓力值，通過系統(tǒng)控制節(jié)流閥使井口壓力穩(wěn)定在給定的壓力值范圍內(nèi)。同樣軟件可以嵌入對其他作業(yè)的控制程序，達(dá)到現(xiàn)場施工的智能控制。 欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用事例 針對大慶長桓東部儲(chǔ)層的特點(diǎn)，用常規(guī)鉆井方法無法打開儲(chǔ)層，不但鉆速低，經(jīng)常發(fā)生漏失、卡鉆等事故，而且還容易造成嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害，勘探成功率低。衛(wèi)減少損害，增大產(chǎn)能，提高鉆井效率，開發(fā)欠平衡鉆井是一種理想方案。衛(wèi)深5 井是大慶油田在黑龍江安達(dá)市升平鎮(zhèn)實(shí)施的一口欠平衡井。設(shè)計(jì)欠平衡井段是3087~3670 米，預(yù)測目的層地層壓力系數(shù) 。欠平衡鉆井液體系為水包油鉆井液體系，鉆探的目的是采用欠平衡鉆井技術(shù)解放儲(chǔ)層，從而達(dá)到準(zhǔn)確評價(jià)該區(qū)含氣情況，突破產(chǎn)能關(guān)，提高該區(qū)勘探成功率和勘探精度。 工程設(shè)計(jì) 井身結(jié)構(gòu) : 301m（ 300m） + 3087m（ 3085mm） + 3670m（ 2950 3667m）。 三開欠平衡鉆井井口裝置：套管頭 +FZ2870 單閘板防噴器 +四通+2FZ2870 雙閘板防噴器 +FH2835 萬能防噴器 +PCWD 旋轉(zhuǎn)防噴器。 實(shí)現(xiàn)欠平衡方式：流鉆法（邊噴邊鉆）。 鉆井液密度窗口的設(shè)計(jì)：經(jīng)對大慶長桓以東營城組孔隙壓力和坍塌壓力研究，可確定其欠平衡鉆井液的密度窗口在 g/cm3 之間。其計(jì)算公式為： （ 41） （ 42） 式中：地層壓力， MPa 井口壓力， MPa：負(fù)壓值， MPa 鉆井液塑性粘度， mPa s 套管直徑， mm 排量， L/s 井深， m 根據(jù)井下壓力關(guān)系，代入井下實(shí)際邊界條件針對不同性能時(shí)的水包油鉆井液體系應(yīng)用軟件計(jì)算的欠壓值 結(jié)果如表，計(jì)算中參照地質(zhì)設(shè)計(jì)地層壓力系數(shù)取，取井口回壓為零。 從表（ 41）中可以看出，為確保真正實(shí)現(xiàn)欠平衡目的，動(dòng)壓差取值應(yīng)在 之間，設(shè)計(jì)鉆井液密度 g/cm3，盡量以配漿密度低限作為第一循環(huán)周。 現(xiàn)場施工 氣體上竄速度預(yù)測技術(shù)與現(xiàn)場鉆實(shí)鉆中的應(yīng)用 （ 1）氣體上竄速度預(yù)測 設(shè)鉆井液以速度穩(wěn)定流動(dòng)，侵入井內(nèi)的氣泡主要受浮力，黏滯表 41 不同鉆井液密度下的井底壓力計(jì)算表 序號 塑性粘度 mPa s 動(dòng)切力 Pa 零切力 Pa 密度 g/cm3 井深 m 排量 L/s 泵壓 MPa 環(huán)空壓耗 MPa 靜欠壓值 MPa 動(dòng)欠壓值 MPa 1 18 9 2 3095 3620 30 30 2 18 9 2 3095 3620 30 30 3 20 9 2 3095 3620 30 30 4 20 10 2 3095 3620 30 30 5 20 10 2 3095 3620 30 30 6 20 10 2 3095 3620 30 30 7 22 11 3 3095 3620 30 30 8 25 12 3 3095 3620 30 30 阻力和重力作用。其中 為氣泡半徑，為黏滯系數(shù)，為氣體上升速度，為鉆井液密度，為氣體上升距離，因此，氣泡運(yùn)動(dòng)方程如 （ 321）所示為： 變換得式（ 322）： 通過一系列數(shù)學(xué)求解得出圖（ 44）所示小球半徑與上升時(shí)