14、CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)

CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)蘇義腦，盛利民，鄧樂，汪海閣，張曉麗，竇修榮，王家進等仲國石油集團鉆井工程技術研究院，100097）CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)是由中國石油集團鉆井工程技術研究院自主研發(fā)的隨鉆井底環(huán)空壓力測量工具，由CGMWD、PMS和數(shù)據(jù)連接器組成。CGMWD和PMS已作為獨立的工具多次應用于鉆井施工作業(yè)，并取得了良好的應用效果；CPWD系統(tǒng)正在進行室內(nèi)調(diào)試，即將進行現(xiàn)場綜合性能實驗。CPWD系統(tǒng)能夠為欠平衡井鉆井工程設計與施工提供基礎數(shù)據(jù)，識別不正常的井下情況以及時提出補救方法，防止井下復雜情況和事故發(fā)生，指導高難度井的施工，從而加速我國高溫高壓井和大位移井的開發(fā)。正脈沖發(fā)生器1CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)總體結構CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)（以下簡稱為CPWD系統(tǒng)）由CGMWD型隨鉆測量工具1CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)總體結構CPWD型環(huán)空壓力測量系統(tǒng)（以下簡稱為CPWD系統(tǒng)）由CGMWD型隨鉆測量工具（以下簡稱為CGMWD工具）、PMS型存儲式環(huán)空壓力測量工具（以下簡稱為PMS工具）和數(shù)據(jù)連接器組成，總體結構可見圖1。CGMWD和PMS為可單獨使用的工具。井壁—驅(qū)動器短節(jié)電池筒短節(jié)1?1PMS工具PMS工具由壓力傳感器組件、信號檢測電路、數(shù)據(jù)存儲電路、電池和上數(shù)據(jù)連接器組成，所有的部件均配置在一根61/2〃的短鉆鋌中。壓力傳感器組件感知環(huán)空壓力及溫度的變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號，信號檢測電路通過放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換、標度變換等環(huán)節(jié)將該信號轉(zhuǎn)換為表示所測壓力及溫度大小的數(shù)字信號，數(shù)據(jù)存儲電路將該信號儲存在井下存儲器中供數(shù)據(jù)回放用。同時，當數(shù)據(jù)連接器接收到CGMWD工具的命令后，會將當時的環(huán)空壓力及溫度測量值發(fā)送至CGMWD工具。1環(huán)空定向儀短節(jié)數(shù)據(jù)連接器總成電池電路及控制系統(tǒng)總成壓力傳感器組件■鉆頭分部下井DWMGC統(tǒng)系量測力壓筋衛(wèi)圖1CPWD總體結構示意圖#進，實鉆進尺267m。實驗結果：儀器取出井口后，外觀一切正常，硬件和軟件均能正常工作。測量結果見數(shù)據(jù)分析。圖5第二次下井實驗儲存的隨鉆測量數(shù)據(jù)（按時間）圖5第二次下井實驗儲存的隨鉆測量數(shù)據(jù)（按時間）01020304050圖6第二次下井實驗存儲的隨鉆測量數(shù)據(jù)（按井深）1j1f01020304050環(huán)空壓力（MPa）環(huán)空溫度（°C）0102C1j1f01020304050環(huán)空壓力（MPa）環(huán)空溫度（°C）0102C30405060166016701680169017005環(huán)空壓力（MPa）■環(huán)空溫度（C）圖7第二次下井實驗中接單根時的隨鉆測井曲線（按時間）圖8第二次下井實驗中憋井實驗的隨鉆測井曲線（按時間）數(shù)據(jù)分析2圖6為根據(jù)本次實驗所整理的隨鉆采樣數(shù)據(jù)而繪制的測井曲線（縱軸為井深軸）。從該圖可觀察到267m進尺中環(huán)空壓力和溫度的變化情況。當所有鉆井設備正常后（大約從1922m開始），鉆進時環(huán)空壓力的平均值約為16.05MPa，最小值約為13.53MPa，最大值約為17.71MPa。數(shù)據(jù)分析3圖7為根據(jù)井深1979m處接單根時的隨鉆采樣數(shù)據(jù)而繪制的測井曲線（縱軸為時間軸）。從該圖可觀察到泥漿空氣混合鉆井接單根時環(huán)空壓力的變化非常緩慢（接單根時

0.50.60.70.80.50.60.70.80.91.01.11.2丄883]!19331983深井2033___*A2083寸2133當量循環(huán)密度（g/cm3）數(shù)據(jù)分析4圖8為根據(jù)憋壓實驗時的隨鉆采樣數(shù)據(jù)而繪制的測井曲線（縱軸為時間軸）。從該圖可觀察到憋壓實驗時環(huán)空壓力測量值為32MPa,為2000m井深時在正常鉆井工況中不可能獲得的環(huán)空壓力測量值。數(shù)據(jù)分析5：圖9.為根據(jù)按隨鉆環(huán)空壓力采樣數(shù)據(jù)計算出的當量循環(huán)密度值而繪制的測井曲線（縱軸為井深軸）。從該圖可觀察到267m進尺中當量循環(huán)密度的變化情況。當所有鉆井設備正常后（大約從1922m開始），鉆進時當量循環(huán)密度的平均值約為0.77g/cm3,最小值約為0.67g/cm3，最大值約為0.86g/cm3。實驗結論1從所獲取的隨鉆環(huán)空壓力和溫度曲線看,PMS工具此次的綜合性能實驗是非常成功的。實驗結論2從所獲取的當量循環(huán)密度曲線看，此次泥漿空氣混合鉆井液配方并沒有達到預期的欠平衡目標（設計的當量循環(huán)密度為0.68g/cm3）。但它確實大幅度地降低了當量循環(huán)密度（從1.01g/cm3降至0.77g/cm3）和機械損耗（泵壓從13MPa降至3MPa）并提高了機械鉆速。圖9第二次下井實驗的隨鉆當量循環(huán)密度測井曲線3.2CGMWD工具現(xiàn)場實驗正脈沖發(fā)生器應用正脈沖發(fā)生器2003年?2005年在各油田50余口井得到了應用。2005年5只脈沖發(fā)生器共進行了20余口井的應用：平均每只脈沖發(fā)生器下4口井；平均無故障累計工作時間約為400h；無故障最長累計工作時間約為550h以上；最大測量深度2700m。CGMWD工具系統(tǒng)功能實驗實驗時間：2003年12月9日?30日；實驗井隊：大港油田50526井隊；實驗井位：冀東油田LB1-19-16井；圖10CGMWD現(xiàn)場采集和濾波后的泥漿脈沖信號實驗井段：2315?2993m；

圖10CGMWD現(xiàn)場采集和濾波后的泥漿脈沖信號實驗測點對比點井深(m)27552765井斜(。)1.982.00方位(°)225.10220.34表1實驗測點與井隊測點的對比實驗簡況:下鉆8次，入井時間363h,工作時間257h,純鉆進時間244h，累計進尺表1實驗測點與井隊測點的對比實驗結果:系統(tǒng)工作性能良好，達到產(chǎn)品級水平。圖10為CGMWD現(xiàn)場采集和濾波后的泥漿脈沖信號的對比曲線。表1顯示了CGMWD工具的實驗測點與井隊測點的對比結果。4CPWD系統(tǒng)的功能和作用通過應用CPWD系統(tǒng)監(jiān)測井底鉆井液液柱壓力,可識別不正常的井下情況并及時提出補救方法，有助于防止井下復雜情況和事故發(fā)生。將CPWD系統(tǒng)應用于欠平衡鉆井時，能夠監(jiān)測井底環(huán)空壓力與溫度，避免鉆井液侵入地層引起儲層傷害；同時可優(yōu)化充氣鉆井作業(yè)中充氣量，提高對鉆井液密度設計和井口回壓設計的控制精度。應用CPWD系統(tǒng)實時測量的井底壓力值，可將當量循環(huán)密度(ECD)和當量靜態(tài)密度(ESD)控制在預定的窗口內(nèi)，以防止井漏和保持井眼穩(wěn)定。另外可利用井底壓力數(shù)據(jù)評價泥漿流動、鉆柱旋轉(zhuǎn)等因素對ECD的影響，以及進行地層穩(wěn)定實驗評價。準確的井底壓力測量數(shù)據(jù)能更有效地縮短鉆井周期，簡化井身結構。CPWD系統(tǒng)的功能和作用具體為:可及早監(jiān)測到溢流，從而實現(xiàn)快速關井，并可將地層流體侵入量和套管鞋處壓力梯度減至最小，從而減少井控時間；當振動篩上無鉆屑返出時，通過井底壓力測量即可知環(huán)空中的固相是否仍處于懸浮狀態(tài)，或是否能安全起鉆，從而可避免無效循環(huán)時間；為了更快地破膠，開泵前先轉(zhuǎn)動鉆柱，這樣將減少井眼傷害的可能性，節(jié)約鉆井時間；利用井底壓力數(shù)據(jù)，可計算井下動力鉆具上產(chǎn)生的實際壓降值，有利于更好地利用井下馬達，減少泥漿馬達的滯動和磨損；可準確監(jiān)測起下鉆過程中的環(huán)空動態(tài)壓力，保障安全、高速起下鉆；利用井底壓力數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化井眼凈化效果，提高井眼凈化效率；可以優(yōu)化泥漿密度和流變性，隨時了解泥漿調(diào)整效果，確保井下安全。井底壓力監(jiān)測用于欠平衡鉆井作業(yè)，可避免鉆井液侵人地層引起儲層傷害。優(yōu)化充氣鉆井作業(yè)中充氣量，降低充氣成本。高質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)能提高人們對出現(xiàn)井下復雜物理過程的認識，同時在對過去水力模型驗證的基礎上，了解不同因素對ECD和ESD的影響程度，從而有利于建立更為精確的水力模型，并用于設計高難度井。5CPWD系統(tǒng)應用前景淺析隨著欠平衡鉆井技術的發(fā)展，對CPWD系統(tǒng)的需求會越來越迫切，其發(fā)展趨勢正朝著多參數(shù)的測量發(fā)展，為此CPWD系統(tǒng)將在如下幾方面繼續(xù)開展工作：進一步提高系統(tǒng)在寬溫環(huán)境下井下環(huán)空壓力的測量精度、穩(wěn)定性和分辨率；增加井下柱內(nèi)壓力和溫度的測量功能；增加井下鉆壓和扭矩的測量功能；增加井下振動的測量功能；增加井下測量數(shù)據(jù)在空氣鉆井