欠平衡钻井井涌井漏监测系统

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口科研设计成果口量塞旦doi：10．3969／j．issn．1671-1041．2012．01．006欠平衡钻井井涌井漏监测系统李欣嵘，王玉，鲁泽斐(1．西南石油大学，成都610500；2．中石油长城钻探测井公司，盘锦124010)摘要：欠平衡钻井是一种新型的钻井技术。因其在钻井过程中能够减少对油气层的伤害，有效保护油气层。提高油气井的产量，现广泛应用于各种石油天然气开采活动。但是在欠平衡钻井过程中如果对回压控制不当。则可能发生井涌或井漏事故，轻者会影响钻井效率和效益，重者会导致严重的恶性钻井事故。欠平衡钻井井涌井漏监测系统以力控组态软件为开发平台。并集成各类优选的传感器及仪器仪表为一体，能够对欠平衡钻井过程中是否出现了井涌及井漏情况进行快速判断。并且能够对钻井过程中出现的异常情况进行实时报警。防止各类严重的事故发生。进一步。以欠平衡钻井井涌井漏监测系统为基础。可以构建一套欠平衡钻井的安全评价管理体系。关键词：欠平衡；井涌；井漏；监测；组态软件中图分类号：TP29文献标志码：AResearchofwell·-kickandlost·-circulationmonitoringsysteminunderbalanceddrillingLIXin。tong．WANGYU．LUZe．fei(1．SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China；2．LoggingCompanyofPetroChinaGreatWa】lDrillingCompany，Panjin124010，China)Abstract：Underbalanceddrilingisanewdrilingtechnologywhichiswidelyusedforvariouspetroleumandnaturalgasexploitationasaresultofreducingformationdamage，efectiveformationprotectionandincreasingwellproductiondudngdrilling．Butimpropercontrolforbackpressurecanleadtowellkickandlost-circulationduringunderbalanceddrilling．ItIIatleastimpacttheeficiencyandbenefits，andworstofall，resultinseriousdrilingaccidents．wellkickandlostcircula-tionmonitoringsysteminunderbalanceddrillingusesconfigurationsoftwareasthedevelopmentplatformandintegrates常规的液位控制系统，当液位进入设定范围内后37(4)：45-48．应该停止供液，但对丝光机而言，在液位进入设定范[3]赵奇生．染整退浆工艺淡碱浓度在线测量及自动控制围内后，仍要保持碱液的循环，以便保持碱液浓度在设[J]．染整技术，2008，30(7)：4-5，32．[4]张红军，韦晓明，苏锐生．基于VB通信控件定值上，这就需要实现液位与流量的解耦，在液位达标MSComm实现计算机与欧姆龙PLC串行通信编程的时仍保持规定的流量，由专家式控制器完成这一任务。研究与应用[J]．自动化与仪器仪表，2010，(4)：74_77．4结束语浓碱浓度在线检测与自动配碱控制系统在中试[5]楚微玮．基于智能控制应用系统的探讨[J]．成宁学院学报，2011，31(6)：18-l9．车间已经过l8个月的运行和不断改进，现已在生产[6]张运波．PAC实现智能控制算法的关键技术研究现场运行6个月，实现了智能控制，浓度控制精度为[J]．长春工程学院学报(自然科学版)，2010，31±0．5g／1，动态过程中1#碱槽和调整槽的液位波动在(3)：51-54．±5mm设定范围内，企业在节能减排方面取得明显[7]林岳松，金学波．一种基于模式识别的多模型系统的经济效益和社会效益。口智能控制算法[J]．电气传动自动化，2010，23(5)：参考文献36．38．[1]金万树，周峰江，巩宏跃．碱浓度的在线控制系统作者简介：盛守祥(1973一)，男，硕士研究生，天津工业大学在[J]．印染，2010，(21)：33．34．职研究生，计算机应用技术方向；杨公源，男，教授，从事纺织[2]董方武，华铨平，应玉龙．基于ZigBee的棉织物丝光综合自动化和智能控制方向研究。碱浓度监控系统设计[J]．化工自动化及仪表，2010，收稿日期：2011，10-2418ElCV0I．192012NO．1欢迎光临本刊网站http：／／www．eic．com．cn 旦遮让墨旦optimalsensorsandinstruments．Themonitoringsystemcarlquicklyjudgethewellkickandlost-circulationandmanagethereal-timewarningforabnormalitiestoavoidmoreseriousacciden~．Fu~her，asafetyevaluationmanagementsystemofunderbalanceddrillingcanbebuiltbasedonmonitoringsystemforwellkickandlost-circulationofunderbalanceddrilling．Keywords：unde~alanced；well·kick；lost-circulation；monitoring；configurationsoftwareO引言回钻井液的量减少；④钻井液池的液位会明显下降。欠平衡钻井是2O世纪9O年代在国际上成熟并2系统概述迅速发展的一项钻井新技术，由于该技术在钻井过程欠平衡钻井井涌井漏监测系统主要由现场数据中能够减少对油气层的伤害，有效保护油气层，提采集系统和上位机监测软件组成，现场数据采集系统高油气井的产量j，现已成为各个国家优先采用的包括安装于施工现场用于监测进出口钻井液温度、钻石油天然气钻井技术。井液流量、泥浆泵排量、钻井液池液位、钻井液密度及在欠平衡钻井过程中，对回压的控制非常重要，钻井液电导率的传感器仪器仪表，和用于将传感器仪尤其是对于窄安全密度窗口的层段，如果控制不当，器仪表监测到信号采集到一起传输到工控机上的数则可能发生井涌或井漏J，轻者会影响钻井效率和据采集卡组成。监测软件基于力控组态软件6．1平效益，重者会导致严重的恶性钻井事故。由于井下情台进行设计。本系统通过传感器、数据采集卡在现场况复杂，制约井涌井漏等问题的因素很多，因此到目进行数据采集，并将数据传输到上位机，通过在上位前为止，井涌井漏仍然是国内外欠平衡钻井工程中相机中对数据的实时监测来判断欠平衡钻井时井下是当棘手的问题。否出现了井涌井漏情况。通过实时监测可以防止钻1欠平衡钻井井涌井漏理论分析井过程中发生事故，减少钻井作业的工作量，提高工1．1井涌分析作效率。欠平衡钻井中产生井涌的原因主要有三种：地层3监测系统设计压力掌握不准，导致对回压的控制不准确；钻井液密3．1现场数据采集系统设计度下降；起钻时产生抽汲。3．1．1传感器优选钻井过程中若发生井涌，井下流体会进入到油井1)温度传感器当中，随着返回钻井液一起返回到地面，以下各类情温度测量选用的是华巨科技公司生产的PT100况会伴随出现：①井口返回钻井液的流量会明显的上升；②井口返回钻井液的温度将会上升；③井口返回铂热电阻，通常和显示仪表、记录仪表及控制装置配钻井液的密度将会降低；④返回钻井液的电导率将会套使用。采用德国进口薄膜铂热电阻元件，铂电阻的发生改变；⑤泵压上升，在泵输出功率不变的情况下，电阻值随温度的变化而变化。温度和电阻关系接近泵速降低；⑥钻井液池液位明显上升。线性关系，偏差极小。具有体积小、耐振动、可靠性1．2井漏分析高、精确灵敏、寿命长和使用方便等优点。使用插入地层压力小于钻井液的液柱压力，是钻井过程中式安装在立管人口管道上。测量范围：0—100oC；引起井漏的主要原因‘3』，主要分为两类：①人为原精度：2％；输出信号：4～20mA。因：在欠平衡钻井过程中，对于钻井液的密度掌握不2)流量传感器好，或者对于回压控制不当以及施工操作不当均会导本系统选用MGG／KL型插入式电磁流量计，其致井漏。②自然原因：由于各种地层的地质构造不尽精度高，寿命长，操作简单]。流量测量范围：0～10相同，许多地层的孔隙度较大，形成了钻井液漏失的m／min，测量精度：误差小于0．5％；使用条件：环境温通道。另外一些例如碳酸盐岩性质的地层中的溶孔、度一2o一50；被测介质温度：一20—120％。溶洞、裂缝构成了碳酸盐岩的主要漏失通道，其漏失3)密度传感器程度甚至高于孔隙砂砾岩地层]。本系统选用WI62309型密度传感器。该密度传当钻井过程中发生井漏时，会出现如下情况：①感器采用微差压技术测量石油钻井泥浆密度的变化，钻井液进入地层中，部分或者全部渗透到地层当中，是电流型的传感器，利用四位半数字液晶显示，防爆使得返回钻井液的流量明显下降，甚至出现“只进不性能好，特别适合用于石油开采作业现场。密度量出”的情况；②泵压下降，在泵输出功率不变的情程：0—2g／cm；精度：0．001g／cm；分辨率：0．0005况下，泵速增加；③进入油井中的钻井液量增大，而返g／cm；环境温度：一10—60℃。欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息EICV0I．192012No．119 口科研设计成果口仪器仪表用户4)电导率传感器灵活、简易，同时它还具有丰富的编程接口，便于用户本系统选用HU一45型电导率传感器。该电导进行程序开发与各种软件相连接。率传感器具有i受0量精度高、重复性能好及抗干扰能力3．3软件设计强等特点。测量范围：0～250ms／cm；工作电源：井漏井涌监测软件基于力控组态软件6．1平台15～36V；输出电流：4～20mA；环境温度：一20～设计。该平台在数据处理、容错、界面容器、报表等方80；测量精度：±5％。面均有十分强大的性能。上位机监测软件界面如图竺重5)液位传感器2所示本系统选用上海指信机电设备有限公司设计制造的泥浆池液位传感器。该传感器稳定性好、耐腐蚀、寿命长、安装方便，可直接投入液体中使用。供电电源：12V～24VDC；测量范围：0．25m～5m；定向波束角：10。(一3dB)；工作温度：一40～60℃。6)泵冲传感器这里选用LH-BCI404A型泵冲传感器。该传感器具有电源电压范围宽、重复定位精度高、频率响应快、使用寿命长、耐震动、耐腐蚀、防水等优点。传感器本体有有效动作显示的指示灯，使用方便。工作温度：一40～100oC；额定工作电压：+24VDC；响应时图2监测软件界面图间：3ms；最高工作频率：50Hz；最大电流：500mA。根据图2，在正常的钻井过程中，钻井液由泥浆3．1．2数据采集泵注入至井下，井下流体返回后通过自动节流系统，分析欠平衡钻井井涌井漏理论可知，系统需监测通过测量相应的流体参数判断当前的井下情况。当l0路信号，其中包括进出口钻井液流量、密度、温度、井下出现异常情况，返回流体的强度超过了自动节流电导率以及泵冲和钻井液池液位。所选用的仪器仪系统的控制能力时，则需关闭自动节流系统，让井下表中，除泵冲传感器输出脉冲信号外，其余仪器仪表流体通过钻机节流管汇返回，从而保证钻井过程中的都可直接输出标准4—20mA电流信号。泵冲传感器安全。输出监测信号由数字信号数据采集卡完成数据采集，利用力控组态编写软件，可对欠平衡钻井现场进其余仪器仪表输出电流信号由模拟信号数据采集模行实况模拟，通过对力控的图形化界面、菜单及对话块完成。监测数据经数据采集后由485总线传输到框的方式操作，能够实现欠平衡钻井井涌井漏的实时工控机端，工控机端使用有源485转232模块进行数监测。该监测软件具备如图3所示的功能。据转换后交由上位机。施工监测数据采集流程图如图1所示有瀛485上转位竹2宴历#|块机现实曲时曲史报擐报蜒时线曲钱睦表丧警模监设戡设l绒在打l没赧浏置缭量缝：i询印l；置l剩}期}}；}图3监测软件功能图图1数据采集流程图监测界面模块仿真显示了现场施工情况，从仿真3．2数据库建立监测图中可以清楚的知道安装的具体的仪器仪表以由于在监测过程中需要处理大量的数据，因此该及每个传感器及仪器仪表的具体安装位置，并且相应系统选用SQLServer2000关系数据库实现数据存储仪器仪表的监测数据能够实时的显示在监测界面上。功能。SQLServer2000数据库具有强大的数据处理实时曲线模块实现了将各个传感器及仪表实时能力，以各种方式来确保数据的准确性和安全性。此监测到的数据绘制成实时曲线，用于分析施工趋势走外，该数据库图形化的设计使数据库操作和管理十分向，对是否出现井涌井漏异常情况进行判断。曲线回20EICVOI．192012NO．1欢迎光临本刊网站http：／／www．oic．com．crl 曼麦旦日丝盛墨旦doi：10．3969／j．issn．1671—1041．2012．01．007基于嵌入式Linux的油浸式变压器数据采集和处理系统郭欣，张牧(天津工业大学，天津300387)摘要：当前状态监测技术有监测参数不全、实时性不高等缺点。本文设计了一款基于嵌入式Linux的油浸式变压器状态监测数据采集系统，利用该平台实现对智能变压器中轻重瓦斯含量、油温等模拟量和轻重瓦斯状态、冷却器状态等开关量信息的实时在线监测。监测参数较全、实时性较高。经实际检验，本系统能够良好的评估变压器的运行状况。提高了油浸式变压器的在线监测水平。关键词：智能变压器；S3C2410；嵌入式系统；数据采集中图分类号：TN931．3文献标志码：ADataacquisitionandprocessingsystemofoil·immersedtransformersbasedontheembeddedLinux放模块能够将存储于DB数据库的历史数据以曲线仪器仪表的安装位置进行了相应的分析。基于力控的方式绘制出来，方便于对历史的曲线走向进行分组态软件6．1平台设计了上位机监测软件，完成了现析。在实时曲线模块和曲线回放模块中，所有监测到场施工数据与监测软件的连接，实现了对现场欠平衡的数据可以同时绘制成曲线显示在曲线绘制区域，也钻井施工的数据采集、信息传输以及数据处理。通过可以单独显示任意一条趋势曲线用于单独分析其趋建立的SQLServer2000数据库记录所有采集参数数势走向，或同时显示两条或多条曲线便于进行对比据，为实现监测系统的远程访问提供条件。因此，进分析。一步以欠平衡钻井井涌井漏监测系统为基础，可以构报警记录模块用于对施工过程中可能发生井涌建一套欠平衡钻井的安全评价管理体系。口井漏的情况进行报警提示，并对此次报警进行记录供参考文献以后查询。事件记录模块用于记录监测软件运行的[1]周英操，翟洪军．欠平衡钻井技术与应用[M]．北各种事件，包括各种运行情况并记录报警事件。当监京：石油工业出版社，2003：9—101．测软件出现故障时，可以通过查询事件记录来了解软[2]李杰，翟芳芳．欠平衡钻井过程中地层井涌量与漏件产生故障的原因以便使软件快速恢复运行。报警失量的反演[J]．吐哈油气，2009，(4)：375—376．记录和事件记录模块均支持查询和打印功能，可以按[3]呆传良．欠平衡钻井工艺及装备在漏失井钻井中的条件查询所有的报警记录和事件记录并能将记录打应用[J]．石油钻探技术，2003，(2)：1—3．[4]刘桂君．浅谈钻井施工中的井漏问题[J]．内蒙古石印出来。油化工，2009，(4)：2122．报表查询模块主要实现的是将数据库中的数据[5]孙中昌．钻井异常预测技术[M]．北京：石油工业出以报表的方式显示出来，其显示类似于Excel表格显版社，2006：72．76．示，显示的数据来自第三方关系数据库或力控自带数[6]李俊，吴朝晖，倪学莉．流量仪表在石油行业中的合据库。根据用户需要，报表可以设计为班报表、日报理选型和应用[J]．创意与实践，2009，(6)：56-59．表、周报表、月报表、年报表及自定义报表等。报表支[7]周英操．欠平衡钻井压力控制理论与技术研究[D]．持打印功能，与曲线回放功能相比，通过报表显示能北京：中国石油大学，2005．够更直接的将历史数据以表格的方式显示出来，以便作者简介：李欣嵘(1987．)，男，硕士研究生，主要研究方向为工程完工后进行数据分析对比。计算机智能测控技术；王玉(1986．)，女，硕士研究生，主要研究方向为油气测量与控制技术；鲁泽斐(1988一)，男，中石油长4结束语城钻探测井公司，主要研究方向为油气测量与控制技术。欠平衡钻井井涌井漏监测系统优选了各类传感收稿日期：2011-09-08器及仪器仪表，介绍了所选传感器的原理，并对所选欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息EICVO1．192012No．121