肖志鵬(中石化西北油田分公司，新疆 輪臺(tái) 841600)

0 引言

順北“深地一號(hào)”油氣田(以下稱“順北超深井”)位于新疆塔里木盆地腹地，目前為中國(guó)石化西部資源戰(zhàn)略接替的重要陣地。順北超深井儲(chǔ)層埋深7600～9000 m，以?shī)W陶系“斷裂+串珠”形成的斷控體為主要勘探目標(biāo)，目的層普遍存在鉆遇井漏溢流的情況，且壓力空間窄，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)漏溢轉(zhuǎn)換頻繁，加之井底異常反饋到地面時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，導(dǎo)致液面監(jiān)測(cè)到池體積增長(zhǎng)時(shí)溢流已發(fā)生多時(shí)，關(guān)井套管迅速增大。同時(shí)志留系、奧陶系局部異常高壓難以預(yù)測(cè)，鉆遇時(shí)懸重立壓迅速發(fā)生變化，待地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋溢流時(shí)為時(shí)已晚，給井控安全帶來(lái)了巨大困難。

順北超深井鉆井過(guò)程中，影響因素較多，如不能及時(shí)處理溢流，有可能導(dǎo)致關(guān)井壓力高，井控裝備和設(shè)施承受能力受到巨大考驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間的停待處理故障導(dǎo)致隨之而來(lái)的井壁垮塌、高溫高壓使鉆井液性能降低等進(jìn)而導(dǎo)致卡鉆，造成井下事故，甚至單井報(bào)廢。為此，筆者研究了順北多口超深井溢流異常參數(shù)變化規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)手段，建立了實(shí)時(shí)鉆進(jìn)綜合參數(shù)預(yù)報(bào)，根據(jù)實(shí)施鉆進(jìn)層位強(qiáng)化多參數(shù)提示，形成了順北區(qū)塊超深井溢流多參數(shù)報(bào)警技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該技術(shù)預(yù)警效果明顯。

1 順北超深井溢流參數(shù)變化特征

順北超深井溢流一般有兩種，一種是高壓鹽水，主要發(fā)生在泥盆系東河塘組和志留系地層，另一種是鉆遇儲(chǔ)層高壓層，主要發(fā)生在目的層奧陶系地層。溢流發(fā)生時(shí)，一般錄井參數(shù)：鉆時(shí)減小、偶爾伴隨放空，平均鉆時(shí)減小，立管壓力突然跳躍，或者出現(xiàn)先升高后降低的微變化過(guò)程，出流不斷流或起伏跳躍并迅速增大；總池體積增加；大鉤負(fù)荷減?。粴鉁y(cè)升高，接單根后效氣明顯；鉆井液密度減小，黏度升高；電導(dǎo)率增大或者減小。例如：順北41X井在一間房組發(fā)生溢流時(shí)，高架槽出口流量上升，總池體積升高，立壓下降，全烴上升，其他參數(shù)無(wú)明顯變化。同時(shí)順北超深井部分區(qū)域局部可能存在異常高壓，鉆遇異常高壓時(shí)參數(shù)變化可能優(yōu)先體現(xiàn)在懸重下降、立壓上升，地面系統(tǒng)反饋慢，溢流發(fā)生時(shí)可能僅單項(xiàng)參數(shù)變化、而其他參數(shù)變化不明顯、或無(wú)變化，這與其他區(qū)域出口流量、總池體積快速變化特征又有明顯的區(qū)別，設(shè)置好多參數(shù)門限報(bào)警能夠有效地幫助發(fā)現(xiàn)微小溢流。例如：順深1井鉆進(jìn)至7726.20 m，全烴由1.51%上升至6.2%。出口流量由36%上升至47%，其他參數(shù)無(wú)明顯變化，錄井隊(duì)預(yù)警后鉆井隊(duì)立即組織關(guān)井，關(guān)井成功后立壓0 MPa，套壓2.6 MPa。

2 超深井溢流參數(shù)異常預(yù)報(bào)模型及應(yīng)用

2.1 溢流參數(shù)異常模型

2.1.1 溢流參數(shù)異常預(yù)報(bào)流程

工程參數(shù)異常預(yù)報(bào)流程概括為監(jiān)測(cè)、發(fā)現(xiàn)、判斷、預(yù)報(bào)、處理，順北區(qū)塊超深井由于井深大，地層情況復(fù)雜，處置時(shí)間窗口小，發(fā)現(xiàn)異常后再核對(duì)異常參數(shù)、進(jìn)行異常驗(yàn)證過(guò)程中往往造成后故障瞬間擴(kuò)大，后期難以處置。例如順深1井，定向鉆進(jìn)至井深7937.07 m，大鉤負(fù)荷2020 kN下降至1756 kN，立壓27 MPa上升至36.5 MPa，錄井隊(duì)儀器房發(fā)現(xiàn)立壓、懸重異常通過(guò)內(nèi)線電話提示司鉆參數(shù)異常(錄井隊(duì)未判斷立壓、懸重異常為井下溢流)；2 min后錄井隊(duì)儀器房坐崗記錄填寫(xiě)池體積增長(zhǎng)10.69 m3(錄井隊(duì)判斷停泵上提下放導(dǎo)致)未通知鉆井隊(duì)；10 min后井隊(duì)泥漿工發(fā)現(xiàn)液氣分離器出口不斷流，通知組織關(guān)井，13 min關(guān)井成功，套壓16.08 MPa。兩次預(yù)報(bào)錯(cuò)判、預(yù)報(bào)滯后為后期壓井帶來(lái)了困難，且存在井控風(fēng)險(xiǎn)。錄井異常預(yù)報(bào)問(wèn)題主要集中在發(fā)現(xiàn)和判斷環(huán)節(jié)，針對(duì)這一情況，優(yōu)化異常預(yù)報(bào)流程，將異常判斷環(huán)節(jié)后置，與現(xiàn)場(chǎng)處置合并，做到及時(shí)處置，避免由于判斷過(guò)程引起處置速度慢，造成事故。

2.1.2 溢流多參數(shù)預(yù)警模型

通過(guò)順北區(qū)域已鉆井錄井資料以及事故分析統(tǒng)計(jì)報(bào)告等，分析不同工況及各異常情況下綜合錄井特征參數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)合井下參數(shù)(鉆時(shí)、懸重和立壓)、井口參數(shù)(出口流量、密度和電導(dǎo)、氣測(cè))及罐區(qū)參數(shù)(池體積)，建立自井下-井口-罐區(qū)的三級(jí)參數(shù)變化，構(gòu)建了基于多參數(shù)動(dòng)態(tài)預(yù)警模型。如表1所示。然后，基于建立的多參數(shù)動(dòng)態(tài)預(yù)警模型，在對(duì)錄井資料的監(jiān)測(cè)分析的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)判斷井下風(fēng)險(xiǎn)類型及概率，充分發(fā)揮現(xiàn)有綜合錄井儀監(jiān)控手段，合理優(yōu)化各參數(shù)上下門限值，結(jié)合實(shí)際對(duì)預(yù)警模型進(jìn)行干預(yù)，不斷提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。最后，綜合單井各異常預(yù)報(bào)準(zhǔn)確情況，實(shí)時(shí)優(yōu)化預(yù)警模型中各參數(shù)變化監(jiān)控，在鉆井工程異常向鉆井工程事故演變量變過(guò)程識(shí)別并發(fā)現(xiàn)端倪，使其風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)精度不斷提高，在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的早期給出預(yù)警信息，及時(shí)指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控措施的開(kāi)展。

表1 溢流預(yù)警模型示例

分析順北區(qū)塊溢流資料，溢流多發(fā)在一間房組和鷹山組，溢流主要發(fā)生在鉆進(jìn)工況下，提離井底、起鉆、劃眼溢流發(fā)生概率相近，下鉆工況相對(duì)安全，參數(shù)變化情況看，在發(fā)生的溢流事件中出口流量、池體積、氣測(cè)值都發(fā)生了異常變化，而立壓異常概率接近50%，出口密度、出口電導(dǎo)率異常概率約為 30%，鉆時(shí)、懸重異常概率約為 5%，其他參數(shù)變化概率較低[1-2]。

揭開(kāi)奧陶系中統(tǒng)一間房組前50 m針對(duì)溢流實(shí)施溢流預(yù)警模型預(yù)報(bào)，對(duì)井口參數(shù)變化和罐區(qū)參數(shù)變化進(jìn)行一級(jí)報(bào)警，采取必要處置措施，對(duì)井口參數(shù)進(jìn)行二級(jí)報(bào)警，提早準(zhǔn)備，加強(qiáng)觀察，如持續(xù)變化或者一級(jí)參數(shù)變化，立即采取措施，提示值班人員和技術(shù)人員注意鉆井情況。對(duì)池體積及出口流量強(qiáng)化報(bào)警門限，分兩級(jí)提示，總池體積上漲0.5 m3預(yù)報(bào)警，上漲1 m3緊急報(bào)警，出口流量增長(zhǎng) 2%預(yù)報(bào)警，上漲 5%緊急報(bào)警。結(jié)合多參數(shù)報(bào)警模型，關(guān)注單一參數(shù)變化是否變?yōu)槎鄥?shù)變化，井下-井口-罐區(qū)三級(jí)流程中均有參數(shù)變化時(shí)，立即采取措施，關(guān)井觀察，確保井控安全。

2.2 應(yīng)用

超深井工程參數(shù)異常模型在順北油田應(yīng)用以來(lái)，取得很好的成績(jī)。單井綜合錄井之初結(jié)合順北工區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)本井各風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，認(rèn)識(shí)本井風(fēng)險(xiǎn)情況，針對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)制定 本井施工方案，并對(duì)本隊(duì)人員進(jìn)行交底，同時(shí)對(duì)操作人員根據(jù)優(yōu)化參數(shù)預(yù)報(bào)流程進(jìn)行培 訓(xùn)。參數(shù)異常預(yù)報(bào)率成功率提升至100%，準(zhǔn)確率提升至95%以上。

按預(yù)報(bào)模型進(jìn)行錄井工程參數(shù)異常預(yù)報(bào)錄井，全程進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，特別是在目的層施工前對(duì)綜合錄井儀、智能溢流系統(tǒng)中總池體積、出口流量、立壓等進(jìn)行規(guī)范化參數(shù)報(bào)警門限設(shè)置，并實(shí)時(shí)對(duì)相關(guān)參數(shù)門限設(shè)置情況進(jìn)行檢查修改。例如順北61斜井鉆進(jìn)至井深8353.82 m，出口流量由37.93%上升至38.99%，全烴由1.573%上升至16.411%，總體積由38.64 m3增加至39.15 m3，其他參數(shù)無(wú)變化，溢流0.51 m3，大鉤負(fù)荷、立管壓力等其他參數(shù)均無(wú)變化，錄井隊(duì)預(yù)報(bào)后鉆井隊(duì)立即采取措施，也放棄了真假驗(yàn)證過(guò)程，立即上提鉆具，3 min關(guān)井成功，關(guān)井套壓1.01 MPa,后經(jīng)核實(shí)從發(fā)現(xiàn)溢流至關(guān)井成功實(shí)際溢流總量為0.66 m3。同樣在順北21斜井鷹山組控壓鉆進(jìn)至8714.93 m，懸重由2396.3 kN降至1796.2 kN，立壓由20.5 MPa上升至27.1 MPa，其他參數(shù)無(wú)明顯變化(如圖1所示)，發(fā)生溢流，錄井隊(duì)當(dāng)班人員啟動(dòng)一鍵溢流報(bào)警。鉆井隊(duì)3 min關(guān)井成功，關(guān)井套壓21.6 MPa。

圖1 順北21斜井鷹山組溢流圖

兩次溢流均是鉆遇目的層儲(chǔ)層所致，是順北超深井目的層參數(shù)異常預(yù)報(bào)重點(diǎn)項(xiàng)目之一。錄井隊(duì)當(dāng)班人員根據(jù)參數(shù)變化情況結(jié)合超深井預(yù)報(bào)模型進(jìn)行了一級(jí)報(bào)警，放棄進(jìn)一步驗(yàn)證過(guò)程，啟動(dòng)一鍵報(bào)警。由于預(yù)報(bào)及時(shí)，兩次預(yù)報(bào)均為鉆井隊(duì)及時(shí)處理贏得寶貴時(shí)間，避免了后續(xù)復(fù)雜情況的發(fā)生并保障了井控安全。

2.3 發(fā)展

針對(duì)順北超深井溢流監(jiān)測(cè)困難，井深太深導(dǎo)致異常反饋到地表時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鉆井過(guò)程中異常參數(shù)報(bào)警頻繁，錄井現(xiàn)場(chǎng)難以判斷，順北超深井凝析氣藏和異常高壓的存在，也導(dǎo)致了溢流發(fā)現(xiàn)，井控安全尤為重要。順北區(qū)塊錄井通過(guò)安裝溢流預(yù)警系統(tǒng)、一鍵報(bào)警裝置，普及溢流三級(jí)響應(yīng)預(yù)警模型等，來(lái)進(jìn)一步提高溢流發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性。但仍存在單參數(shù)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警過(guò)于頻繁、誤報(bào)率高影響判斷等情況的發(fā)生，實(shí)際發(fā)現(xiàn)過(guò)程中人的因素仍占主要原因。

在錄井行業(yè)往“標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化”的發(fā)展過(guò)程中，溢流異常預(yù)報(bào)的單參數(shù)報(bào)警模式、異常需人員主觀判斷等如何融入到整體發(fā)展中來(lái)，如何利用地質(zhì)預(yù)測(cè)和錄取到的錄井參數(shù)多參數(shù)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，如何利用錄井方式提前預(yù)判地下存在的異常高壓層等問(wèn)題還需得到解決。

3 結(jié)論

順北超深井錄井工程參數(shù)異常的特點(diǎn)多表現(xiàn)為單項(xiàng)或少參數(shù)變化特征，而且參數(shù)變化與異常無(wú)固定對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)往往依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判定，給現(xiàn)場(chǎng)操作帶來(lái)很大困難，預(yù)報(bào)失敗率很高。筆者根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征建立異常預(yù)報(bào)模型和溢流預(yù)警模型，利于現(xiàn)場(chǎng)人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)，能有效提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，避免預(yù)報(bào)失敗。

(1)總結(jié)順北工區(qū)超深井溢流異常特點(diǎn)，建立多參數(shù)報(bào)警模型；現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)運(yùn)用多參數(shù)預(yù)報(bào)模型合理優(yōu)化參數(shù)報(bào)警。采取“多參數(shù)監(jiān)測(cè)、少參數(shù)或單參數(shù)變化預(yù)警”的模式，極大提高異常預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，減少異常預(yù)報(bào)失誤；

(2)順北超深井溢流異常預(yù)報(bào)模型應(yīng)用結(jié)果表明：該模型在順北區(qū)塊應(yīng)用效果良好，能夠有效及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流參數(shù)異常，阻止鉆井工程異常向鉆井工程事故演變量變過(guò)程，控制井控風(fēng)險(xiǎn)，降低事故發(fā)生幾率，提高鉆井時(shí)效；

(3)該模式為非固定模式，可不斷自我補(bǔ)充和完善，可隨著鉆井工程以及井下地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)加深，而不斷優(yōu)化更新模型，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性；

(4)該方法具有較強(qiáng)的可推廣性，推廣其他地質(zhì)和工程條件相似區(qū)域，根據(jù)區(qū)域鉆井施工特征及區(qū)域地質(zhì)概況，建立本工區(qū)縱向剖面風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型，根據(jù)修改單項(xiàng)模塊，以及區(qū)域性分析評(píng)估模塊內(nèi)容，即可適應(yīng)該區(qū)域錄井工程參數(shù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作的工作方法。