14、CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)

CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)蘇義腦，盛利民，鄧樂(lè)，汪海閣，張曉麗，竇修榮，王家進(jìn)等仲國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，100097）CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)是由中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院自主研發(fā)的隨鉆井底環(huán)空壓力測(cè)量工具，由CGMWD、PMS和數(shù)據(jù)連接器組成。CGMWD和PMS已作為獨(dú)立的工具多次應(yīng)用于鉆井施工作業(yè)，并取得了良好的應(yīng)用效果；CPWD系統(tǒng)正在進(jìn)行室內(nèi)調(diào)試，即將進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)綜合性能實(shí)驗(yàn)。CPWD系統(tǒng)能夠?yàn)榍菲胶饩@井工程設(shè)計(jì)與施工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，識(shí)別不正常的井下情況以及時(shí)提出補(bǔ)救方法，防止井下復(fù)雜情況和事故發(fā)生，指導(dǎo)高難度井的施工，從而加速我國(guó)高溫高壓井和大位移井的開(kāi)發(fā)。正脈沖發(fā)生器1CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為CPWD系統(tǒng)）由CGMWD型隨鉆測(cè)量工具1CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)CPWD型環(huán)空壓力測(cè)量系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為CPWD系統(tǒng)）由CGMWD型隨鉆測(cè)量工具（以下簡(jiǎn)稱為CGMWD工具）、PMS型存儲(chǔ)式環(huán)空壓力測(cè)量工具（以下簡(jiǎn)稱為PMS工具）和數(shù)據(jù)連接器組成，總體結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖1。CGMWD和PMS為可單獨(dú)使用的工具。井壁—驅(qū)動(dòng)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(hào)檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)，信號(hào)檢測(cè)電路通過(guò)放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換等環(huán)節(jié)將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為表示所測(cè)壓力及溫度大小的數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路將該信號(hào)儲(chǔ)存在井下存儲(chǔ)器中供數(shù)據(jù)回放用。同時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)連接器接收到CGMWD工具的命令后，會(huì)將當(dāng)時(shí)的環(huán)空壓力及溫度測(cè)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(cè)力壓筋衛(wèi)圖1CPWD總體結(jié)構(gòu)示意圖#進(jìn)，實(shí)鉆進(jìn)尺267m。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(cè)量結(jié)果見(jiàn)數(shù)據(jù)分析。圖5第二次下井實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)存的隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)（按時(shí)間）圖5第二次下井實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)存的隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)（按時(shí)間）01020304050圖6第二次下井實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)的隨鉆測(cè)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(shí)驗(yàn)中接單根時(shí)的隨鉆測(cè)井曲線（按時(shí)間）圖8第二次下井實(shí)驗(yàn)中憋井實(shí)驗(yàn)的隨鉆測(cè)井曲線（按時(shí)間）數(shù)據(jù)分析2圖6為根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)所整理的隨鉆采樣數(shù)據(jù)而繪制的測(cè)井曲線（縱軸為井深軸）。從該圖可觀察到267m進(jìn)尺中環(huán)空壓力和溫度的變化情況。當(dāng)所有鉆井設(shè)備正常后（大約從1922m開(kāi)始），鉆進(jìn)時(shí)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(shí)的隨鉆采樣數(shù)據(jù)而繪制的測(cè)井曲線（縱軸為時(shí)間軸）。從該圖可觀察到泥漿空氣混合鉆井接單根時(shí)環(huán)空壓力的變化非常緩慢（接單根時(shí)

0.50.60.70.80.50.60.70.80.91.01.11.2丄883]!19331983深井2033___*A2083寸2133當(dāng)量循環(huán)密度（g/cm3）數(shù)據(jù)分析4圖8為根據(jù)憋壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的隨鉆采樣數(shù)據(jù)而繪制的測(cè)井曲線（縱軸為時(shí)間軸）。從該圖可觀察到憋壓實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)空壓力測(cè)量值為32MPa,為2000m井深時(shí)在正常鉆井工況中不可能獲得的環(huán)空壓力測(cè)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(jì)算出的當(dāng)量循環(huán)密度值而繪制的測(cè)井曲線（縱軸為井深軸）。從該圖可觀察到267m進(jìn)尺中當(dāng)量循環(huán)密度的變化情況。當(dāng)所有鉆井設(shè)備正常后（大約從1922m開(kāi)始），鉆進(jìn)時(shí)當(dāng)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)是非常成功的。實(shí)驗(yàn)結(jié)論2從所獲取的當(dāng)量循環(huán)密度曲線看，此次泥漿空氣混合鉆井液配方并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的欠平衡目標(biāo)（設(shè)計(jì)的當(dāng)量循環(huán)密度為0.68g/cm3）。但它確實(shí)大幅度地降低了當(dāng)量循環(huán)密度（從1.01g/cm3降至0.77g/cm3）和機(jī)械損耗（泵壓從13MPa降至3MPa）并提高了機(jī)械鉆速。圖9第二次下井實(shí)驗(yàn)的隨鉆當(dāng)量循環(huán)密度測(cè)井曲線3.2CGMWD工具現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)正脈沖發(fā)生器應(yīng)用正脈沖發(fā)生器2003年?2005年在各油田50余口井得到了應(yīng)用。2005年5只脈沖發(fā)生器共進(jìn)行了20余口井的應(yīng)用：平均每只脈沖發(fā)生器下4口井；平均無(wú)故障累計(jì)工作時(shí)間約為400h；無(wú)故障最長(zhǎng)累計(jì)工作時(shí)間約為550h以上；最大測(cè)量深度2700m。CGMWD工具系統(tǒng)功能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2003年12月9日?30日；實(shí)驗(yàn)井隊(duì)：大港油田50526井隊(duì)；實(shí)驗(yàn)井位：冀東油田L(fēng)B1-19-16井；圖10CGMWD現(xiàn)場(chǎng)采集和濾波后的泥漿脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn)井段：2315?2993m；

圖10CGMWD現(xiàn)場(chǎng)采集和濾波后的泥漿脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)對(duì)比點(diǎn)井深(m)27552765井斜(。)1.982.00方位(°)225.10220.34表1實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)與井隊(duì)測(cè)點(diǎn)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)況:下鉆8次，入井時(shí)間363h,工作時(shí)間257h,純鉆進(jìn)時(shí)間244h，累計(jì)進(jìn)尺表1實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)與井隊(duì)測(cè)點(diǎn)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果:系統(tǒng)工作性能良好，達(dá)到產(chǎn)品級(jí)水平。圖10為CGMWD現(xiàn)場(chǎng)采集和濾波后的泥漿脈沖信號(hào)的對(duì)比曲線。表1顯示了CGMWD工具的實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)與井隊(duì)測(cè)點(diǎn)的對(duì)比結(jié)果。4CPWD系統(tǒng)的功能和作用通過(guò)應(yīng)用CPWD系統(tǒng)監(jiān)測(cè)井底鉆井液液柱壓力,可識(shí)別不正常的井下情況并及時(shí)提出補(bǔ)救方法，有助于防止井下復(fù)雜情況和事故發(fā)生。將CPWD系統(tǒng)應(yīng)用于欠平衡鉆井時(shí)，能夠監(jiān)測(cè)井底環(huán)空壓力與溫度，避免鉆井液侵入地層引起儲(chǔ)層傷害；同時(shí)可優(yōu)化充氣鉆井作業(yè)中充氣量，提高對(duì)鉆井液密度設(shè)計(jì)和井口回壓設(shè)計(jì)的控制精度。應(yīng)用CPWD系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量的井底壓力值，可將當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)和當(dāng)量靜態(tài)密度(ESD)控制在預(yù)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(píng)價(jià)泥漿流動(dòng)、鉆柱旋轉(zhuǎn)等因素對(duì)ECD的影響，以及進(jìn)行地層穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。準(zhǔn)確的井底壓力測(cè)量數(shù)據(jù)能更有效地縮短鉆井周期，簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)。CPWD系統(tǒng)的功能和作用具體為:可及早監(jiān)測(cè)到溢流，從而實(shí)現(xiàn)快速關(guān)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(shí)間；當(dāng)振動(dòng)篩上無(wú)鉆屑返出時(shí)，通過(guò)井底壓力測(cè)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(wú)效循環(huán)時(shí)間；為了更快地破膠，開(kāi)泵前先轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱，這樣將減少井眼傷害的可能性，節(jié)約鉆井時(shí)間；利用井底壓力數(shù)據(jù)，可計(jì)算井下動(dòng)力鉆具上產(chǎn)生的實(shí)際壓降值，有利于更好地利用井下馬達(dá)，減少泥漿馬達(dá)的滯動(dòng)和磨損；可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)起下鉆過(guò)程中的環(huán)空動(dòng)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(shí)了解泥漿調(diào)整效果，確保井下安全。井底壓力監(jiān)測(cè)用于欠平衡鉆井作業(yè)，可避免鉆井液侵人地層引起儲(chǔ)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(cè)數(shù)據(jù)能提高人們對(duì)出現(xiàn)井下復(fù)雜物理過(guò)程的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在對(duì)過(guò)去水力模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，了解不同因素對(duì)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(shè)計(jì)高難度井。5CPWD系統(tǒng)應(yīng)用前景淺析隨著欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，對(duì)CPWD系統(tǒng)的需求會(huì)越來(lái)越迫切，其發(fā)展趨勢(shì)正朝著多參數(shù)的測(cè)量發(fā)展，為此CPWD系統(tǒng)將在如下幾方面繼續(xù)開(kāi)展工作：進(jìn)一步提高系統(tǒng)在寬溫環(huán)境下井下環(huán)空壓力的測(cè)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(cè)量功能；增加井下鉆壓和扭矩的測(cè)量功能；增加井下振動(dòng)的測(cè)量功能；增加井下測(cè)量數(shù)據(jù)在空氣鉆井