王 恒

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶163000）

1 概述

綜合錄井技術(shù)是油氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)手段，該技術(shù)在指導(dǎo)鉆井施工、油氣資源評價、處理突發(fā)事故等方面具有無法替代的優(yōu)勢。錄井技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控，而錄井采集系統(tǒng)的高效、精準(zhǔn)對專家決策的準(zhǔn)確具有十分重大的影響，只有精確的錄井?dāng)?shù)據(jù)才能保證現(xiàn)場施工的安全、鉆井作業(yè)的高效?，F(xiàn)今人們更多的討論鉆井參數(shù)對于鉆井安全的指示，希望通過鉆井參數(shù)的異常來提早預(yù)測安全事故，從而將安全事故扼殺于搖籃之中，往往忽視了鉆井參數(shù)的準(zhǔn)確獲取的重要性[1]。

2 綜合錄井采集系統(tǒng)在鉆井中的應(yīng)用

綜合錄井采集系統(tǒng)在鉆井當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用，主要包括：鉆井工程異常預(yù)警、地層壓力監(jiān)測、優(yōu)化鉆井參數(shù)、危險氣體監(jiān)測四個方面。利用錄井采集系統(tǒng)收集錄井參數(shù)，通過對參數(shù)的分析，保障鉆進(jìn)的順利進(jìn)行。

（1）鉆井工程異常預(yù)警。在鉆井初期，預(yù)測井下故障主要依靠的是現(xiàn)場人員的經(jīng)驗，依靠的是單參數(shù)閾值報警，這種方式容易發(fā)生誤判、漏判，無法保障鉆井安全（陸黃生，2011）。而綜合錄井采集系統(tǒng)不僅可以對鉆井過程進(jìn)行實時跟蹤和監(jiān)測，還可以對鉆井井下的各類故障進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報，比如井漏、井涌、掉水嘴、鉆具刺漏、卡鉆、溜鉆、堵水眼和油氣水侵等故障。因此，綜合錄井采集系統(tǒng)對保障鉆井安全具有重要的意義。鉆井異常情況的出現(xiàn)往往伴隨著多種鉆井參數(shù)的異常出現(xiàn)，通過分析這些異常參數(shù)，可以對鉆井井下故障做出早期的預(yù)警，對于保障鉆井的順利完成是極其重要的（表1）。鉆井過程中忽遇到特殊巖性，如采取措施不積極往往會導(dǎo)致嚴(yán)重的井事故。例如冀中油田XL1井在鉆進(jìn)過程中，突然出現(xiàn)鉆時增加、扭矩振幅增大等現(xiàn)象，結(jié)合該井的地質(zhì)情況，認(rèn)為提前遇到砂礫巖，采取緊急措施，從而避免了掉牙輪事故。

表1 鉆井工程異常情況及鉆井參數(shù)變化情況

（2）地層壓力預(yù)測。在工程鉆進(jìn)中，異常高壓的預(yù)測和控制方法，直接關(guān)系到鉆井的成功率和鉆進(jìn)的速度[3]。地層壓力預(yù)測除了常用的地震資料法、測井資料法，最近幾年加大隨鉆地層壓力監(jiān)測的研究力度，隨鉆地層壓力監(jiān)測是一種動態(tài)監(jiān)測，相比其他兩種方法而言，具有隨時監(jiān)測、動態(tài)調(diào)整鉆前預(yù)測的優(yōu)勢。隨鉆壓力監(jiān)測是在鉆進(jìn)過程中，利用鉆井工程參數(shù)等錄井?dāng)?shù)據(jù)，實時預(yù)測地層壓力。常用的方法：標(biāo)準(zhǔn)化鉆速法、巖石骨架強(qiáng)度法、dc指數(shù)法，最常用的是dc指數(shù)法，而dc指數(shù)是通過鉆時、轉(zhuǎn)盤、鉆速、鉆壓、鉆頭直徑、當(dāng)量循環(huán)鉆井液密度和正常井段地層的孔隙壓力梯度等參數(shù)計算得到的[4]，因此通過綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的參數(shù)對于準(zhǔn)確計算dc指數(shù)起到至關(guān)重要的作用。例如崖城21-1-4井是一口位于南海西部的高溫高壓井，在進(jìn)行隨鉆監(jiān)測中，多次出現(xiàn)異常高壓，而正是dc指數(shù)壓力預(yù)測法的應(yīng)用保障了該井的順利完工（圖1）。

圖1 崖城21-1-4井2900~3700m地層壓力監(jiān)測（吳文佳等，2011）

（3）優(yōu)化鉆井參數(shù)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)鉆井。隨著勘探深度朝著深井、超深井方向發(fā)展，開采條件的日趨復(fù)雜，對鉆井參數(shù)優(yōu)化的要求越來越高[5]。要實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)鉆井，需要利用錄井參數(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化鉆井。比如Milter等人利用錄井采集系統(tǒng)將海洋上收集的鉆井參數(shù)傳輸?shù)疥懙?，由陸地控制中心對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出優(yōu)化建議，實現(xiàn)遠(yuǎn)程優(yōu)化鉆井。

（4）監(jiān)測危險氣體，保障安全施工。在鉆井過程中，從地層中釋放出大量的天然氣和原油等烴類物質(zhì)，如H2S、CO等，這些物質(zhì)與O2接觸，在一定的條件就會發(fā)生燃爆，很容易引發(fā)安全事故。綜合錄井采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)對CO2、CO、O2、H2S、CH4等氣體的監(jiān)測，并通過計算機(jī)進(jìn)行處理和分析，從而實現(xiàn)對地層中危險氣體的隨鉆監(jiān)測，實現(xiàn)危險氣體早期檢測。通過某工區(qū)井下隨鉆監(jiān)測氣體含量變化曲線發(fā)現(xiàn)共發(fā)生了兩次燃爆異常：14：30和15：30，兩次的共同表現(xiàn)為CH4含量增加，O2含量減少，CO2、CO含量增加，因為CH4含量增加，與O2消耗，從而導(dǎo)致O2含量減少，充分燃燒或者不充分燃燒，從而導(dǎo)致CO2和CO含量增加（圖2）。

圖2 某工區(qū)井下隨鉆監(jiān)測氣體含量變化曲線（吳鵬程等，2011）

3 綜合錄井采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢

（1）傳感器朝著高精度、多類型方向發(fā)展。傳感器作為系統(tǒng)采集的源頭，對錄井采集系統(tǒng)具有重要的作用，如傳感器型號不同、安裝位置不同等往往會造成采集數(shù)據(jù)與實際不符，從而不能全面、客觀地反映鉆井工況。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，極大地改善了傳感器性能，使鉆井的實際情況具有較高的精度。加上應(yīng)用在醫(yī)療、食品等高精度的傳感器在鉆井中的應(yīng)用越來越廣泛，使得傳感器朝著高精度、多類型方向發(fā)展[6]。

（2）有線傳輸發(fā)展到無線傳輸。綜合錄井采集系統(tǒng)在現(xiàn)場是分散式分布，一般是根據(jù)需要布置多個傳感器，傳感器信號通過采集系統(tǒng)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后傳輸至處理系統(tǒng)由專家進(jìn)行分析處理。傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)是通過電纜傳輸，這種傳輸方式導(dǎo)致作業(yè)現(xiàn)場十分混亂，并且大量電纜的接拆浪費(fèi)人力物力，從而增加鉆井成本。而近幾年無線傳輸在錄井采集系統(tǒng)中得到了快速發(fā)展，在錄井采集過程中利用無線傳輸可以節(jié)約時間、節(jié)約成本，并且可以很好地解決有線傳輸距離短的問題，在一些環(huán)境特殊（偏遠(yuǎn)的荒漠、寒冷地區(qū)）無線傳輸尤為重要。蘇堪華等（2006）指出在綜合錄井系統(tǒng)中無線傳輸可以大體分為五類：紅外線數(shù)據(jù)傳輸、無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)、超寬帶技術(shù)。每種技術(shù)都具有優(yōu)缺點，但是ZigBee技術(shù)、超寬帶技術(shù)具有傳輸空間大、信號隱蔽好的特點成為無線傳輸?shù)奈磥碲厔荨?/p>

（3）從常規(guī)錄井到非常規(guī)錄井的發(fā)展。最近幾年，非常規(guī)油氣得到快速發(fā)展，開發(fā)潛力巨大，比如大慶油田致密油累計探明儲量達(dá)到10×108t[8]，成為未來潛力增長的支撐點。非常規(guī)錄井有別于常規(guī)錄井，非常規(guī)致密油氣具有孔隙滲透特低、面積大但界限不明顯等特點。王志戰(zhàn)（2017）指出非常規(guī)油氣對錄井存在探測分辨率、數(shù)據(jù)質(zhì)量、錄取參數(shù)的齊全和評價方法的挑戰(zhàn)，將來解決這四個方面的問題，非常規(guī)錄井采集系統(tǒng)才能得到很好的發(fā)展，才能更好地推動非常規(guī)油氣的開采。

4 結(jié)語

隨著油氣開采難度的不斷增大，對鉆井技術(shù)和工藝的要求越來越高，只有全面優(yōu)化升級鉆井技術(shù)才能保障鉆井的高速進(jìn)行。而利用綜合錄井采集系統(tǒng)可以更加精準(zhǔn)地采集和分析鉆井過程中的各項數(shù)據(jù)，有效評估鉆井的安全風(fēng)險，提高鉆井的安全性，不斷優(yōu)化鉆井參數(shù)，為經(jīng)濟(jì)鉆井提供支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，綜合錄井參數(shù)精度越來越高、參數(shù)類型越來越豐富，對錄井參數(shù)采集系統(tǒng)的要求也越來越高。所以需要對錄井采集系統(tǒng)進(jìn)行不斷的探索。