• / 7
  • 下载费用:5 下载币  

14、CPWD型环空压力测量系统

关 键 词:
14 CPWD 型环空 压力 测量 系统
资源描述:
1环空压力测量系统苏义脑,盛利民,邓乐,汪海阁,张晓丽,窦修荣,王家 进等(中国石油集团钻井工程技术研究院,100097)环空压力测量系统是由中国石油集团钻井工程技术研究院自主研发的随钻井底环空压力测量工具,由 数据连接器组 成。 作为独立的工具多次应用于钻井施工作业,并取得了良好的 应用效果; 统正在进行室内调试,即将进行现场综合性能实验 。统能够为欠平衡井 钻井工程设计与施工提供基础数据,识别不正常的井下情况以及 时提出补救方法,防止井下复杂情况和事故发生,指导高难度井的施工,从而加速我国高温高压井和大位移井的开 发。1 环空压力测量系统总体结构环空压力测量系统(以下简称为 统)由 随钻测量工具 (以下简称为 、 存储式环空压力测量工具( 以下简称为具) 和数据连接器组成,总体结构可见图1。 可单独使用的工具。具具由压力传感器组件、信号检测电路、数据存储电路、电池和上数据连接器组成,所有的部件均配置在一根 61/2〃的短钻铤中。压力传感器组件感知环空压力及温度的变化并将其转换为电信号,信号检测电路通过放大、滤波、换、标度变换等环节将该信号转换为表示所测压力及温度大小的数字信号,数据存储电路将该信号储存在井下存储器中供数据回放用。同时,当数据连接器接收到具的命令后,会将当时的环空压力及温度测量值发送至 具。图 2 为基本组装完毕的 具外貌图,包括工具的两大部件:钻铤及仪器短节。将仪器短节插入钻铤内部相应位置,用高强度螺柱将其固定在钻铤内壁,然后装配压力传感器组件及信号接口组件,即完成了工具的整体组装工作。具具包含井下工具及地面系统两部分:1. 井下工具由下数据连接器、定向短节、电池短节、驱动器短地面处理系统钻头正脉冲发生器驱动器短节电池筒短节定向仪短节数据连接器总成电池电路及控制系统总成压力传感器组件井壁环空 体结构示意图2节和正脉冲发生器组成,所有的部件均配置在一根 61/2〃的无磁钻铤中。井下工具通过数据连接器向 具发送控制命令并接收 具的测量数据,所接收的数据随同定向短节的测量参数( 井斜、方位和工具面) 经驱动器短节编码并驱动后,由正脉冲发生器产生相应的泥浆脉冲信号。2. 地面处理系统地面处理系统由地面传感器(压力传感器、深度传感器、泵冲传感器等) 、仪器房、信号处理前端箱、工业控制计算机外围设备和相关软件组成。地面传感器感知泥浆脉冲信号并将其转换为电信号,信号处理前端箱对其进行相应的处理后送至工业控制计算机,由后者进行滤波、解码以还原井下测量信号,并通过数字和曲线的方式将测量结果显示在屏幕上,同时配套的应用软件对测量结果进行分析和处理,为现场工程师提供相应的建议。图 3 为基本组装完毕的 具外貌图,包括两大部件:无磁钻铤及仪器串。将仪器串插入无磁钻铤并锁紧( 既可在室内也可在井口完成) ,即完成了工具的整体组装工作。统在下井前,既可在室内(必须具备上扣设备) 也可在井口将两个工具对接。在完成系统配置后即可下井进行测量,当泥浆泵启动后,地面即可显示对应井深处的环空压力和温度等参数。2 具性能指标:基本工作条件1) 适用钻头尺寸:8 1/2″9 5/8″2) 工具外径:6 1/2″3) 最大工作井深:5000最大工作压力:100 无磁钻铤及 器串图 2 钻铤及仪器短节35) 最高工作温度:150℃6) 最大冲击:10000m/s 2()7) 最大振动:200m/s 2(10200) 连续工作时间:500采样间隔:1 点/环空压力:测量范围 0100量精度≤±1%环空温度:测量范围160℃,测量精度≤±1%具性能指标:基本工作条件1) 最大工作压力:140) 最高工作温度:125℃;3) 最大冲击:5000m/s 2();4) 最大振动:200m/s 2(52005) 最大含砂量:1%;6) 最大狗腿度:10/30m(旋转) ,20/30m(滑动);7) 最大钻头压降:不限。基本测量参数1) 方位角: 测量范围:0360°测量精度:井斜角≥6°时±1°井斜角 36°时±斜角 03°时±3°2) 井斜角: 测量范围:0180°测量精度:±) 工具面角:测量范围:0360°测量精度:井斜角≥6°时±斜角 36°时±斜角 03°时±3°4) 温度: 测量范围:0150℃测量精度:± 具现场实验1. 第一次下井实验实验时间:2004 年 12 月 30 日2005 年 1 月 3 日;实验井队:大港油田钻井三公司 50526 钻井队;实验井位:冀东高尚堡 22;钻具结构:从下至上分别为钻头、转换接头 1、转换接头 2、具、转换接头 3、其它钻具,环空压力测量点距钻头端面约为 验目的:具综合性能实验。主要考察仪器能否在恶劣的钻井过程中可靠工作以及能否正常实时检测环空压力等参数。所测量的数据均保存在存储器中、待工具取出地面后回放至计算机中,供进一步处理和分析。实验过程:测量仪器完整地进行了一个钻头进程的随钻实验。在井下连续工作的 101h 中,钻头纯钻进时间为 70h;从 开始到 结束钻进,实钻进尺 实验结果:仪器取出井口后,外观一切正常,但无法与地面计算机进行通讯,因而也无法了解仪器的工作情况。因故障原因无法确认,故决定将仪器运回实验室后再进行处理。故障处理:在实验室对仪器进行拆解后,发现仪器内部的电池引出线(负极)从根部断开;更换电池后仪器一切正常。通过对仪器存储器进行数据分析,发现仪器正常工作时间约为 18h,其中包括下钻、钻井液循环以及 钻进过程,随后仪器因断电而停止工作。数据分析:图 4 为根据本次实验所存储的随钻环空压力和环空温度采样数据而绘制的测井曲线(纵轴为时间轴 )。 从该图能明显地看到下钻、开泵循环、钻进以及接单根时的环空压力和温度相应的变化情况。1) A 点表明仪器已从地面下入井口;2) 随后压力和温度随着下入深度的增加而不断增大,直至井底(B 点)环空温度达到最大值(102℃);3) 开泵循环后,环空温度逐渐下降;此后随着钻井深度的增加,环空温度也在逐渐上升;4) C 点和 D 点表明正常打钻中的接单根过程。实验结论:尽管出现了因电池引线断开的故障,但无论从机械结构还是实验数据分析,管还需在装配工艺上继续做工作,但仪器在恶劣的钻井环境下正常工作的能力是不容质疑的。2. 第二次下井实验实验时间:2005 年 7 月 17 日2005 年 7 月 22 日;实验井队:华北油田钻井一公司 50196 队;实验井位:吐哈油田三潭湖马 14 井(探井) ;钻具结构:从下至上分别为钻头、转换接头 1、回压阀、具、转换接头 2、其它钻具,环空压力测量点距钻头端面约为 验目的 1:具综合性能实验。继续考察仪器能否在恶劣的钻井过程中可靠工作以及能否正常实时检测环空压力等参数。实验目的 2:验证泥浆和空气混合钻井液的欠平衡能力。(工程上对此类钻井液能否达到欠平衡的效果尚有争议,故希望通过 具的实际检测数据来进行判断。) 实验过程:测量仪器完整地进行了一个钻头进程的随钻测量。在井下连续工作的 125h 中,从 1883m 处开始到 2150m 处结束钻进,实钻进尺 267m。实验结果:仪器取出井口后,外观一切正常,硬件和软件均能正常工作。测量结果见数据分析。 20 40 60 80 100 120℃℃℃℃(℃℃℃℃(℃) 第一次下井实验储存的随钻测量数据5数据分析 1 图 5 为根据本次实验所存储的随钻采样数据而绘制的测井曲线( 纵轴为时间轴)。从该图可观察到 125h 中环空压力和温度的变化情况。数据分析 2 图 6 为根据本次实验所整理的随钻采样数据而绘制的测井曲线( 纵轴为井深轴)。从该图可观察到 267m 进尺中环空压力和温度的变化情况。当所有钻井设备正常后(大约从 1922m 开始),钻进时环空压力的平均值约为 大值约为 据分析 3 图 7 为根据井深 1979m 处接单根时的随钻采样数据而绘制的测井曲线(纵轴为时间轴) 。从该图可观察到泥浆空气混合钻井接单根时环空压力的变化非常缓慢(接单根时间约为 40,这与纯泥浆钻井接单根时环空压力急速下降有很大的不同。数据分析 4 图 8 为根据憋压实验时的随钻采样数据而绘制的测井曲线(纵轴为时间轴 )。从该图可观察到憋压实验时环空压力测量值为 322000m 井深时在正常钻井工况中不可能获得的环空压图 7 第二次下井实验中接单根时的随钻测井曲线( 按时间)0 10 20 30 40 50℃℃℃℃(℃℃℃℃(℃)166016701680169017000 10 20 30 40 50 60℃℃℃℃(℃℃℃℃(℃)图 8 第二次下井实验中憋井实验的随钻测井曲线( 按时间)图 6 第二次下井实验存储的随钻测量数据(按井深)1884193419842034208421340 10 20 30 40 50℃℃℃℃(℃℃℃℃(℃)图 5 第二次下井实验储存的随钻测量数据( 按时间)010002000300040005000600070000 10 20 30 40 50 60℃℃℃℃(℃℃℃℃(℃)6力测量值。数据分析 5:图⒐为根据按随钻环空压力采样数据计算出的当量循环密度值而绘制的测井曲线(纵轴为井深轴 )。从该图可观察到 267m 进尺中当量循环密度的变化情况。当所有钻井设备正常后( 大约从 1922m 开始),钻进时当量循环密度的平均值约为 小值约为 实验结论 1 从所获取的随钻环空压力和温度曲线看,具此次的综合性能实验是非常成功的。实验结论 2 从所获取的当量循环密度曲线看,此次泥浆空气混合钻井液配方并没有达到预期的欠平衡目标(设计的当量循环密度为 但它确实大幅度地降低了当量循环密度(从 至 机械损耗( 泵压从 13至 3提高了机械钻速。具现场实验1. 正脉冲发生器应用正脉冲发生器 2003 年2005 年在各油田 50 余口井得到了应用。2005 年 5 只脉冲发生器共进行了 20 余口井的应用:平均每只脉冲发生器下 4 口井;平均无故障累计工作时间约为 400h;无故障最长累计工作时间约为550h 以上;最大测量深度 2700m。2. 具系统功能实验实验时间:2003 年 12 月 9 日30 日;实验井队:大港油田 50526 井队;实验井位:冀东油田 ;实验井段:23152993m;实验简况:下钻 8 次,入井时间 363h,工作时间257h,纯钻进时间 244h,累计进尺 678m;实验结果:系统工作性能良好,达到产品级水平。图 10 为 场采集和滤波后的泥浆脉冲信号的对比曲线。表 1 显示了 具的实验测点与井队测点的对比结果。4 统的功能和作用表 1 实验测点与井队测点的对比实验测点 对比点井深 (m) 2755 2765井斜( ) ) ℃℃℃℃(g/深(m)现场采集实际信号滤波后信号图 10 场采集和滤波后的泥浆脉冲信号7通过应用 统监测井底钻井液液柱压力,可识别不正常的井下情况并及时提出补救方法,有助于防止井下复杂情况和事故发生。将 统应用于欠平衡钻井时,能够监测井底环空压力与温度,避免钻井液侵入地层引起储层伤害;同时可优化充气钻井作业中充气量,提高对钻井液密度设计和井口回压设计的控制精度。应用 统实时测量的井底压力值,可将当量循环密度(当量静态密度(控制在预定的窗口内,以防止井漏和保持井眼稳定。另外可利用井底压力数据评价泥浆流动、钻柱旋转等因素对 影响,以及进行地层稳定实验评价。准确的井底压力测量数据能更有效地缩短钻井周期,简化井身结构。统的功能和作用具体为:1) 可及早监测到溢流,从而实现快速关井,并可将地层流体侵入量和套管鞋处压力梯度减至最小,从而减少井控时间;2) 当振动筛上无钻屑返出时,通过井底压力测量即可知环空中的固相是否仍处于悬浮状态,或是否能安全起钻,从而可避免无效循环时间;3) 为了更快地破胶,开泵前先转动钻柱,这样将减少井眼伤害的可能性,节约钻井时间;4) 利用井底压力数据,可计算井下动力钻具上产生的实际压降值,有利于更好地利用井下马达,减少泥浆马达的滞动和磨损;5) 可准确监测起下钻过程中的环空动态压力,保障安全、高速起下钻;6) 利用井底压力数据,可以优化井眼净化效果,提高井眼净化效率; 7) 可以优化泥浆密度和流变性,随时了解泥浆调整效果,确保井下安全。8) 井底压力监测用于欠平衡钻井作业,可避免钻井液侵人地层引起储层伤害。优化充气钻井作业中充气量,降低充气成本。9) 高质量的监测数据能提高人们对出现井下复杂物理过程的认识,同时在对过去水力模型验证的基础上,了解不同因素对 影响程度,从而有利于建立更为精确的水力模型,并用于设计高难度井。5 统应用前景浅析随着欠平衡钻井技术的发展,对 统的需求会越来越迫切,其发展趋势正朝着多参数的测量发展,为此 统将在如下几方面继续开展工作:1) 进一步提高系统在宽温环境下井下环空压力的测量精度、稳定性和分辨率;2) 增加井下柱内压力和温度的测量功能;3) 增加井下钻压和扭矩的测量功能;4) 增加井下振动的测量功能;5) 增加井下测量数据在空气钻井中的无线传输功能。通过上述措施,统性能将得到进一步的加强,功能将得到进一步的扩展,它的应用无疑会加速我国高温高压井和大位移井的开发进程。(苏义脑 中国工程院院士,中国石油集 团钻井工程技术研究院副院长,兼任中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室主任、中国石油学会工程专业委员会钻井工作部钻井基础理论学组组长、北京振动工程学会理事长。 )
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:14、CPWD型环空压力测量系统
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-18976.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开