摘要：石油鑽探過(guo)程中，井控工作關(guan)乎人員、設備、生産(chan)安☔全。及時、正确發(fā)現溢流是井控安(an)全預防的關鍵。石(shi)化油💜田結合目前(qian)常規的監測方式(shì)．高架槽上🏃‍♀️能夠減(jiǎn)緩鑽井液波動🥰、提(tí)升溢流監測靈敏(mǐn)性的“雙擋闆”裝置(zhi)和鑽井液罐上的(de)減緩液面波動裝(zhuang)置并💜進行試驗，同(tong)時探索電磁流量(liàng)計 在鑽井現場監(jiān)測出口流量的應(ying)用；在大量數據統(tong)計💃分析🔞的基礎上(shàng)。建立了溢流預警(jǐng)模型．智能監測溢(yi)流🔴預警系統并在(zai)現場應用。結果表(biao)明，綜合錄井目前(qián)溢流監測💋方法相(xiàng)比，有效提高了溢(yi)流預報的🔆及時性(xìng)和準确性，應用效(xiào)果良好。
0引言
　　井控(kong)安全是石油鑽井(jing)施工安全的重要(yao)保證，因爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大多數(shu)井⭐從發現溢流到(dao)井噴持續時間隻(zhi)有5～10min，有的時間更短(duan)，甚至溢流🌏和井噴(pēn)同時發生，所以溢(yì)流越早發現越容(rong)易處理，并可避免(mian)引發井噴事故[1。2]。西(xī)北油田主力區塊(kuai)油藏以縫洞型碳(tan)酸鹽岩爲主，具有(yǒu)“超深、高溫、高壓、高(gao)礦化度”等特點，特(tè)别是順北、順南、順(shun)托區塊油氣💃🏻“三高(gāo)”特征更加明顯，鑽(zuàn)進過程中井控風(fēng)險增大。在西北油(you)田現場，主要是利(li)用安裝在鑽🤩井液(yè)出口處高架槽上(shàng)和鑽井液循環罐(guan)上的超聲波液位(wei)傳感器錄取到的(de)液面高度變化數(shù)據來計算溢流量(liàng)，通過綜合錄井儀(yi)實時監測并設置(zhì)報🧑🏾‍🤝‍🧑🏼警門限實現自(zì)動報警，同時配套(tao)鑽機監視系統實(shi)🚶‍♀️行專人輪值坐崗(gang)。
　　高架槽處鑽井液(yè)流動産生的沖擊(jī)力和鑽井液循🌂環(huán)罐攪拌機攪拌産(chan)生的液面波動會(huì)導緻超聲波傳感(gǎn)器獲取的數據存(cun)在誤差。綜合錄井(jing)儀軟件系🛀統的異(yi)常預報，往往限于(yu)單參🌂數的超🔞限提(ti)醒，一般采用的是(shì)阈值法，即高低門(men)限設定報警[3]。由于(yú)報警邏輯簡單，在(zài)井場施工的複雜(zá)環境下，可能發生(sheng)誤批造成操作人(rén)🔞員“報警麻木”。對此(ci)，中國石化西北油(you)田從減緩、消除高(gāo)架槽和鑽井液罐(guan)液面波動及利用(yong)綜合錄井儀智能(néng)監測溢流等方面(mian)人手。
l鑽井液循環(huán)系統減緩液面波(bō)動裝置
　　出口流量(liàng)和池體積是目前(qian)地面監測溢流最(zui)重妻的兩個參數(shù)❓，保證這兩項參數(shu)源頭數據的準确(què)性對發現溢❄️流至(zhì)關重要。
1．1參數錄取(qǔ)準确性影響因素(sù)
　　高架槽處(出口流(liu)量)：西北油田鑽井(jǐng)作業工區高架👅槽(cao)🔞的安裝坡度爲1。～3。，氣(qì)測錄井需安裝電(dian)動脫氣器，在距離(lí)緩沖💚罐0．5～1m處安裝擋(dǎng)闆💃🏻，已達到能滿足(zu)電動脫氣器正常(cháng)工作的狀态。鑽📱井(jing)液遇♉到擋闆後液(ye)面升高♌，當液面高(gao)度與擋闆相同時(shi)，一部分鑽井液越(yuè)過擋❓闆流向緩沖(chong)罐，一部分鑽井液(ye)則反向流動，導緻(zhì)擋闆前的鑽井液(ye)液面産生波動，且(qiě)出口流量監測波(bō)動非常明顯。
　　鑽井(jǐng)液罐處(池體積)：鑽(zuan)井液罐上攪拌機(jī)攪拌過程🔴中👈會導(dǎo)緻鑽井液液面明(míng)顯波動，從而使超(chao)聲波傳感器采集(jí)㊙️到的鑽井液池體(ti)積數據誤差及波(bo)動較大，影響🙇🏻池體(tǐ)積增量監測的準(zhun)确性。
1．2減緩液面波(bō)動裝置研發
　　将高(gāo)架槽處(出口流量(liàng))的擋闆移至導管(guǎn)出口後方⚽0．5m處，爲“擋(dǎng)闆1”(圖1、圖2a)，同時加裝(zhuāng)“擋闆2”于脫氣器之(zhi)後靠近緩沖罐處(chù)。
　　“擋闆1”對從導管中(zhōng)流出的鑽井液起(qi)到緩沖的作用，當(dāng)🏒鑽井液流💜向“擋闆(pan)2”時流速顯著減緩(huǎn)，以達到減緩液面(mian)波動的目♻️的。調節(jie)擋闆的高度，使鑽(zuàn)井液和岩屑可以(yǐ)從“擋闆1”底部的弧(hú)狀通道流出，降低(dī)岩屑沉積的程度(du)。

　　“擋闆2”由圖2b中展示(shi)的擋闆形态改進(jin)爲擋闆中間切🔱割(ge)出一矩形通道，同(tóng)時加裝兩塊挂闆(pan)(圖2c)。可以根據泵排(pai)🙇🏻量有🏃效調🌏節鑽井(jing)液通過擋闆的寬(kuan)度，以實現鑽井液(ye)☀️流量變化時液面(miàn)高度✏️有顯著變化(huà)，提升溢流監測的(de)靈敏性。鑽井液排(pái)量大時，鑽井🙇‍♀️液和(he)岩屑可以從矩形(xíng)⛱️通道流過，排量小(xiao)時，鑽井液和岩屑(xiè)從擋闆2底部的弧(hu)形通道通過。
　　根據(jù)U型管原理，在鑽井(jing)液循環罐安裝池(chi)體積傳感器的位(wei)置🌈懸🧡挂一根直徑(jing)約爲30cm，長度小于鑽(zuàn)井液罐高度🏒且底(dǐ)🔞部能浸人鑽井液(yè)的鋼管，鋼管一側(ce)開一條寬約6cm的縱(zòng)向縫，鋼管内鑽井(jing)🏃🏻液液面與鑽井液(yè)罐中的液面高度(dù)一緻；加工一個空(kong)心浮球，在該球上(shàng)🌂方焊一塊直㊙️徑略(luè)小于圓管内徑的(de)圓形鐵闆，放置在(zài)鋼管内(圖3)，使池體(ti)積傳感器檢測平(píng)闆位置的高度，以(yi)消除鑽井液波動(dòng)、消除氣泡對池體(tǐ)積傳感器🏒監測數(shù)據的影響。

1．3減緩液(ye)面波動裝置現場(chang)應用效果
1．3．1高架槽(cáo)處雙擋闆裝胃試(shì)驗
　　将“雙擋闆”裝置(zhi)在高架槽上安裝(zhuang)後，超聲波液位傳(chuan)感器檢測到高架(jià)槽液面波動明顯(xiǎn)減緩，出口流量監(jian)測數據趨于平穩(wěn)(圖4)。通過反複試驗(yan)，證實“雙擋闆”能減(jiǎn)緩🤞高架槽因鑽井(jing)液流動造成的🌈液(yè)面波動影響，與安(ān)裝原有擋闆的情(qíng)況相比，高架槽内(nèi)沉砂差别不大，均(jun1)可通過起下鑽期(qī)間清理沉砂的方(fang)式消除其影響。

　　兩(liang)口井分别在不同(tong)鑽井液排量下測(ce)試了原擋闆和🔴改(gai)👅進後“雙擋闆”裝置(zhi)的出口流量變化(huà)值。通過測🚶試數據(ju)發現當增加泵沖(chong)😍排量模拟溢流時(shí)，“雙擋闆”裝置的🆚靈(ling)敏性液面高差比(bǐ)原擋闆有🙇🏻顯著增(zeng)高(表1)。
1．3．2鑽井液罐處(chu)浮球式裝置試驗(yan)
　　TP1井3号泥漿罐和4号(hao)泥漿罐安裝該裝(zhuang)置前，監測數據🌍曲(qu)📱線呈毛刺狀，波動(dong)起伏明顯；安裝該(gāi)裝置後有明顯的(de)改善，曲線平穩(圖(tú)5)。


2電磁流量計系統(tǒng)現場試驗
　　電磁流(liú)量計已經成熟應(yīng)用于地面管線測(cè)流量，原理爲法拉(la)第電磁感應定律(lǜ)。由于測量方式不(bú)受流體溫🔞度、壓力(lì)、密♌度和電導率變(biàn)化的影響，其在複(fú)雜✍️的鑽井液環境(jing)中，具有較強适👉應(ying)性。
2．1系統組成及特(tè)點
　　電磁流量計系(xì)統硬件部分主要(yào)包括：電磁流量計(jì)2個，脫🔞氣器、沉砂助(zhù)推器各1台，防爆控(kong)制櫃、采集機櫃各(gè)1個，工控機1套(圖6)。電(dian)磁流量計系統監(jian)測必要條件：電磁(cí)流量計需滿管測(cè)⚽量，且前後要保持(chi)5D、3D(D爲電磁流量計直(zhí)徑✂️)的直管段。自動(dòng)監測報警：選取人(rén)口流量和出口流(liú)量的差值設置報(bao)警門限，出🐉口大于(yu)人口爲溢流，出口(kou)小于人口爲漏失(shi)，當二者差值超過(guò)報警門限時，系統(tong)顯🌈示報警⛱️。

2．2現場試驗
2．2．1現(xian)場安裝
　　鑽井液出(chu)、人口處均安裝三(san)通，一旦系統出現(xiàn)異常，可以🔞迅速☀️恢(hui)複正常生産。入口(kou)流量計安裝在鑽(zuan)井液上水罐和鑽(zuan)井液泵之間管線(xiàn)上，爲了滿足電磁(cí)流量計滿管測量(liàng)要求，流量計外觀(guān)設計爲U型管，需🔴在(zài)入口處挖出長、寬(kuān)🈲、高分别爲3m、1．8m、3．3m的深槽(cáo)(圖7)。出1：3流量計安裝(zhuāng)在防溢管和緩沖(chòng)槽之間，爲了滿💰足(zú)電磁流量🈲計滿管(guan)測量要求，也設計(ji)爲U型🐅管(圖8)。
　　爲減少(shao)氣體對電磁流量(liàng)計監測可能産生(sheng)的影響，在U型管頂(ding)端安裝脫氣器；爲(wèi)防止U型管底部出(chu)現沉砂，在U型管底(di)部安裝防沉✍️砂助(zhu)推器。

2．2．2試驗(yan)條件
　　奧陶系灰岩(yán)地層鑽進施工，井(jǐng)深爲6193．00m，鑽井液低固(gu)相聚磺鑽井液體(tǐ)系，密度爲1．17g／cm3。标定進(jin)、出口流量計及采(cǎi)集機使其與實際(ji)泵排量一緻，保證(zheng)監測數據的準确(què)性。
2．2．3試驗步驟
①溢流(liú)模拟：調節入口管(guǎn)線三通處閥門，使(shǐ)經過入口處電磁(cí)流🌏量計的流量從(cong)大變小，出口流量(liàng)保持不變，模拟溢(yi)流，觀🏃🏻察系統報警(jing)情況。
②脫氣器試驗(yan)：打開和關閉脫氣(qì)器，對比出口處電(dian)磁流量計監測數(shu)據的變化，分析氣(qi)體對電磁流量計(jì)的影響。
③氣侵模拟(nǐ)：從鑽井井口四通(tōng)閥門間歇性注氣(qi)(8MPa氮氣)，模拟地層氣(qì)體逸出井121，觀察電(dian)磁流量計能否有(you)效識别。
2．2．4試驗效果(guǒ)
　　經現場試驗，電磁(cí)流量計監測出口(kǒu)流量時，鑽井液内(nèi)氣體對監🐇測數據(jù)無影響，流量變化(hua)時自動彈出報警(jing)界面💋，數據監測靈(ling)敏(耗時<3S)，能夠敏銳(ruì)地發現氣侵，實現(xiàn)❄️在鑽井過程中發(fa)現溢流的目的。
3智(zhi)能監測溢流預警(jing)系統
　　整理分析西(xī)北油田近5年64口井(jing)87次溢流資料可知(zhi)，溢流✊主要發生在(zai)鑽進工況下，提離(li)井底、起鑽、劃眼溢(yi)流發生概率相🌈近(jìn)，下鑽工況相對安(an)全。從參數變化情(qing)況看，在發生的溢(yi)流事件中出口流(liú)量、池體積、氣測值(zhi)都發生了異常變(biàn)化，而立壓異常概(gài)率接近50％，鑽🥵時、出15密(mi)度、出⭐口電導率異(yi)🌐常概率約爲🈲30％，其他(tā)參數變化概率較(jiào)低[4]。
3．1基礎判斷規則(ze)
　　依據溢流的成因(yin)及誘發因素，對溢(yi)流事件進行早期(qī)預警和核實報警(jǐng)。早期預警指通過(guò)參數基值運算和(hé)😄參數☔異常時間判(pan)斷功能剔除單參(can)數假異常，做到單(dan)參數預警提醒的(de)及時性和準确性(xìng)，針對鑽時模塊、氣(qì)🐆測值模塊、立壓模(mo)塊🧡、高壓模塊(立壓(ya)上升同時懸重下(xia)降)、出口流量🧡模塊(kuai)、池體積模塊進行(háng)早期預警提醒。核(he)實報警是在出口(kou)流量、池體積☂️參數(shù)🐇同時增加時判斷(duan)🏃🏻爲溢流，溢流模塊(kuai)💃🏻報警。一旦出現能(néng)夠誘發溢流或是(shi)💜溢流前兆的異常(cháng)即⭕進行早期預警(jǐng)，在與溢流直接相(xiang)關的多👈參數發生(sheng)異常後則🏃🏻進行核(hé)實報警，基礎判斷(duàn)規則如表2所示🏒[4]。
3．2數(shù)據處理分析方法(fa)
　　對各類原始的工(gōng)程參數進行二次(ci)處理(如平均值☀️、變(bian)化率㊙️、振幅計算)與(yu)分析，比原始值能(neng)更直接地反映鑽(zuan)井異常的變化狀(zhuang)态，也能有效發現(xian)濾除噪聲等非事(shì)🚩故因素引起的參(can)數異常變化🈲，提高(gao)預警的有效性和(he)準确性；在👄數據處(chù)理♌後建立參數的(de)實時背景基線，以(yǐ)✌️此爲基準實現對(dui)參數的動态連續(xu)監測與分析，進而(er)㊙️根據人工設定🙇🏻的(de)正常變化阈值判(pàn)斷參數是否發生(sheng)異常，如圖9所示[43。


3．3特(te)殊變量引入
　　引入(rù)時間窗：界定參數(shù)超限時長的異常(chang)判斷标準，排⛱️除參(can)數正常波動變化(hua)，假定參數超限時(shí)長标準爲t。，如圖10所(suǒ)示，如果參數超🌈過(guò)異常阈值上限的(de)時間(￡)小于定義的(de)超✌️限标準時間參(can)數t。，則視爲未發生(shēng)異常。
　　引入權重系(xì)數：在多參數的綜(zong)合判斷中，根據現(xiàn)場情況定義各參(can)數的權重系數，其(qí)中持續、關鍵的參(cān)數作爲必要參數(shu)，在多參🔱數判斷中(zhong)占主導地位，提高(gāo)相應參數在判斷(duàn)中的比重設置(如(ru)✂️高壓油氣井适當(dāng)增加立壓和懸重(zhòng)的權重)。西北工區(qu)根據油氣✉️層類型(xing)設置了5種參數權(quan)重配置(表3)。

3．4起下鑽(zuan)灌漿返漿情況監(jiān)測
　　起、下鑽工況下(xià)，針對灌漿、返漿情(qing)況建立監測機制(zhì)，獲取灌漿💃🏻罐與鑽(zuàn)具體積參數，對比(bǐ)灌漿、返漿量與鑽(zuan)具排替🔞理論量，判(pan)斷起、下鑽過程中(zhōng)是否發生溢流。其(qí)計算公式🥵如下：
Vg—V2一(yi)V1；V。一Vd；V。一Vg—V。+n
即：V。一V2一Vl—Vd+，2
　　式中(zhong)：V。爲實際灌漿、返漿(jiang)量，m3；V。爲灌漿罐靜止(zhi)體積，m3；V。爲灌漿✍️罐變(bian)化至再次靜止的(de)體積，m3；V。爲鑽具排替(tì)體積，m3；V。爲鑽具體積(ji)(根據情況可能爲(wèi)壁厚體積或外徑(jing)體積)，m3；V。爲實際與理(lǐ)論差值，m3；卵🔞爲系統(tong)誤差常💔量值，m3。
3．5溢流(liú)預警系統框架設(she)計
　　軟件系統模塊(kuai)化、組件化、開放式(shì)設計，具有良好的(de)可維護和可擴展(zhan)能力。該系統主要(yao)由數據采集接口(kou)插件、數據處理模(mó)🏃‍♂️塊、預警模型框架(jià)、主程序框架及數(shu)據庫構成，如圖11所(suo)示‘4I。

　　現場應用中，通(tong)過綜合錄井儀數(shù)據接口插件獲取(qǔ)實時數據，軟件系(xi)統對實時數據進(jin)行同步處理分🤩析(xi)，根據當前工況将(jiāng)處理後的數據自(zì)動輸入預警模型(xíng)進行綜合判斷，随(suí)後輸出♊系統判㊙️斷(duan)結果進行🚩人機交(jiāo)互，在交互的💞過程(chéng)中，實現系統參🏃‍♀️數(shù)與預警模型的進(jin)一步修正完善[4’6]。
4現(xian)場應用
　　該系統在(zai)西北油田16口井進(jìn)行了現場部署應(yīng)用，累計運行562d，能夠(gou)較準确地識别真(zhēn)、假溢流。通過合理(lǐ)的參數配置，能夠(gou)有效排除易引起(qi)誤報的異常，如鑽(zuan)井參數📱的變化、傳(chuan)感器電磁幹擾等(děng)因素造成的參數(shu)變化。
4．1應用情況1
　　TK915—12H井(jǐng)在2025年12月15日22：24鑽進至(zhì)井深6078．15m，出口流量從(cóng)19．03％上升至50．42％，總池體積(ji)從116．34m3上🚩升至116．62m3。值班人(rén)及時通知司鑽和(hé)鑽井隊工程師，鑽(zuàn)井隊于22：26成功關井(jǐng)，關井套壓爲1．0MPa，溢流(liú)量0．28m3。智能預警系統(tǒng)及時監測到出口(kou)流量異常，并實時(shi)跟蹤發展态勢，較(jiao)綜合錄井儀提前(qian)🏃49S報警，爲鑽井隊及(jí)時處理井内工程(cheng)複雜赢得寶貴時(shi)間。
4．2應用情況2
　　TK915—12H井正(zheng)常鑽進過程中，接(jiē)單根時綜合錄井(jǐng)儀由于停開🈲泵各(ge)相關👄參數會頻繁(fán)報警，尤其停泵後(hou)總池體積由于管(guan)線回流會明顯㊙️增(zeng)加，開泵後鑽井液(ye)泵入井筒過😄程中(zhong)總池體積會明顯(xiǎn)減少。由于該系統(tǒng)能智能識别☔停開(kai)泵時👈各相關參數(shu)的變化，未發生頻(pín)😍繁報警。
5結論
①高架(jià)槽“雙擋闆”裝置不(bu)僅對高架槽液面(miàn)波動能夠起到❓很(hěn)❌好❄️的減緩作用，還(hai)可以更加靈敏地(di)反映高架槽出口(kǒu)流量變化，第一時(shi)間發現井漏或溢(yi)流。
②鑽井液罐減緩(huan)液面波動裝置的(de)試驗表明，利用U型(xing)管原理能夠🔴有效(xiào)減緩使用鑽井液(yè)攪拌機引起的液(yè)面波動，浮球式的(de)裝置改進進一步(bu)有效解決了管内(nèi)氣泡積聚的問題(ti)，實現了🐅井漏或溢(yì)流發生時鑽井液(ye)體積變化量數據(jù)的正确測量。
③上述(shù)兩種裝置保證了(le)源頭數據的準确(què)錄取，能夠更加有(yǒu)💋效監測溢流。
④電磁(ci)流量計監測數據(ju)準确，比目前監測(cè)溢流的方式👈更加(jia)靈敏🔱，但其安裝受(shòu)場地條件限制，且(qie)起、下鑽情況下溢(yi)⭐流的監測有待進(jìn)一步研究。
⑤智能監(jiān)測溢流預警系統(tǒng)能夠對錄取數據(jù)進行二次分析，實(shi)時🌈調整參數基值(zhi)，且引入時間窗和(hé)參數權重等變量(liang)，能夠更加及時、準(zhǔn)确地判斷是否發(fa)生💚溢流，能夠有效(xiao)減少“誤🔞報”的次數(shu)，具有一定的推廣(guang)意義。

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