摘 要 近些年來，隨著世界石油勘探技術(shù)的發(fā)展，欠平衡鉆井技術(shù)在我國得到了廣泛地應(yīng)用。采用該項(xiàng)技術(shù)在一些老區(qū)和新區(qū)區(qū)塊實(shí)現(xiàn)了勘探突破。欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)作為欠平衡鉆井的眼睛，在鉆井施工作業(yè)中，對降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化施工措施、實(shí)時(shí)評價(jià)產(chǎn)層起到了很大的作用。在欠平衡鉆井施工作業(yè)過程中對各個(gè)工程參數(shù)和有關(guān)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測，能夠及時(shí)的分析掌握井下欠平衡狀態(tài)，提前預(yù)防井下異常情況的發(fā)生，有效地指導(dǎo)欠平衡鉆井施工。本文主要闡述該技術(shù)及軟件概況及夏72井欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 欠平衡 數(shù)據(jù)采集 鉆井 夏72

l 欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介
　　欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)是利用欠平衡鉆井實(shí)時(shí)采集的鉆井工程和泥漿參數(shù)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、軟件處理，最終顯示于計(jì)算機(jī)終端，并在軟件處理過程中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動態(tài)模型分析、計(jì)算以及動態(tài)繪制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線。
　　系統(tǒng)采集參數(shù)：立管壓力、套管壓力、泥漿泵沖、入口液量、出口液量、出口氣量、出口密度。
　　欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)平臺具有動態(tài)實(shí)時(shí)曲線顯示、動態(tài)數(shù)字顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)庫瀏覽、靜態(tài)數(shù)據(jù)曲線顯示、理論曲線顯示、數(shù)據(jù)現(xiàn)場傳輸、遠(yuǎn)程通訊、自動及人工控制、應(yīng)急及限值報(bào)警、自動數(shù)據(jù)備份、現(xiàn)場工況及出口情況監(jiān)視等功能。

2 欠平衡鉆井實(shí)時(shí)監(jiān)測模型
　　從信息處理的角度來考察欠平衡鉆井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，它實(shí)際上是對物理過程的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)其狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，按照一定的數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算或推理并根據(jù)計(jì)算結(jié)果或推理結(jié)果作出相應(yīng)的決策，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。
　　欠平衡鉆井實(shí)時(shí)監(jiān)控，就以數(shù)據(jù)采集到的數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容為已知事件，以執(zhí)行任務(wù)的觸發(fā)條件為契機(jī)，同步執(zhí)行任務(wù)，使其達(dá)到實(shí)時(shí)并行綜合處理的效果。

　　在欠平衡鉆井過程中，可以把鉆井工況分為兩種狀態(tài)：正常，非正常。在模式識別方法應(yīng)用于現(xiàn)場前，先根據(jù)以往的鉆井歷史數(shù)據(jù)建立正常和非正常狀態(tài)的樣本集，對模式進(jìn)行訓(xùn)練。在欠平衡鉆井施工的過程中，利用模式識別方法，將實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合地層參數(shù)和泥漿等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)事故判斷，如發(fā)現(xiàn)井下異常，立即則報(bào)警。

3 欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集軟件
　　利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)環(huán)境開發(fā)了一套適合該系統(tǒng)的軟件。該軟件具有速度快，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。可完成對立管壓力、套管壓力、出口液量、氣量、密度等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、補(bǔ)償、變換、濾波，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫文件，作為系統(tǒng)平臺分析、計(jì)算和控制的數(shù)據(jù)源。欠平衡鉆井監(jiān)控系統(tǒng)平臺具有動態(tài)實(shí)時(shí)曲線顯示、動態(tài)數(shù)字顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)庫瀏覽，靜態(tài)數(shù)據(jù)曲線顯示、理論曲線顯示、數(shù)據(jù)現(xiàn)場傳輸、遠(yuǎn)程通訊、自動及人工控制、應(yīng)急及限值報(bào)警、自動數(shù)據(jù)備份、現(xiàn)場工況備注及語音數(shù)據(jù)廣播功能。

3.1 程序功能簡介
(1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔的隨意性(兩次數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔可以隨意調(diào)整)。
(2)對于采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)誤差分析處理，提高數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
(3)實(shí)時(shí)繪制數(shù)據(jù)曲線，便于現(xiàn)場比較監(jiān)視。
(4)編制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。
(5)邊采集邊回放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了真正的多任務(wù)。
(6)在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)星星拓?fù)涞臄?shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多人共享。
(7)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線的實(shí)時(shí)打印。
3.2 軟件實(shí)現(xiàn)的基本功能
(1)實(shí)時(shí)畫面的監(jiān)視。畫面是最直接的表達(dá)方式，欠平衡鉆井地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在軟件系統(tǒng)中通過計(jì)算機(jī)屏幕顯示動態(tài)曲線，能從整體和細(xì)節(jié)兩個(gè)方面對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。同時(shí)本系統(tǒng)配備了音像監(jiān)視設(shè)備，包括：攝像頭、監(jiān)視器、錄像機(jī)，可以實(shí)時(shí)對排出口管線及泥漿返出口情況進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)了不用出采集房就能實(shí)現(xiàn)對整個(gè)欠平衡鉆井全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
(2)實(shí)時(shí)報(bào)警和操作系統(tǒng)運(yùn)行中，能實(shí)時(shí)進(jìn)行事故診斷和分析，并提示處理方式和修改系統(tǒng)參數(shù)，對監(jiān)視畫面進(jìn)行干預(yù)。
(3)信息存儲與輸出：系統(tǒng)不僅能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與操作，還能對信息進(jìn)行存儲和報(bào)告，即利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)系統(tǒng)要求，處理批量信息。利用打印機(jī)，定時(shí)或不定時(shí)地輸出報(bào)表。
(4)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)回放：系統(tǒng)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)回放，實(shí)現(xiàn)了事后對災(zāi)平衡鉆井全過程的實(shí)際重演。
(5)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)備份監(jiān)測：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)行，即通過客戶機(jī)、服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)模式，由一臺服務(wù)器和多臺客戶機(jī)的星型連接，實(shí)現(xiàn)多臺客戶機(jī)實(shí)時(shí)共享服務(wù)器所采集到的數(shù)據(jù)，同步顯示、同步數(shù)據(jù)備份的功能。
4 夏72井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用
4.1 夏72井概況
　　夏72井屬新疆油田公司2003年度重點(diǎn)預(yù)探井之一，地理位置位于新疆維吾爾自治區(qū)和布克塞爾自治縣夏子街地區(qū)，地表為戈壁。夏40井西偏南2700m，夏62井東南7325m，瑪3井北偏西4150m。鉆探目的查清夏40井背斜二疊系風(fēng)城組、佳木河組的含油氣情況，進(jìn)一步評價(jià)其勘探潛力；落實(shí)儲層、含油氣面積、儲量。地層構(gòu)造從上到下依次為下白堊統(tǒng)、侏羅系、三疊系、二疊系。
為確保夏72井施工始終處于欠平衡狀態(tài)，利用欠平衡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對該井欠平衡鉆井的過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測，對立管壓力、套管壓力、出口氣量和液氣分離前密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，同時(shí)對泥漿出口和燃燒管線進(jìn)行了視頻監(jiān)視與記錄，尤其詳實(shí)記錄了多次后效的實(shí)況。
4.2 夏72井泥漿密度的確定
　　根據(jù)預(yù)測地層孔隙壓力、坍塌壓力確定欠平衡鉆進(jìn)過程中，井底合理欠壓值為0～2.5MPa，并以此確定夏72三開欠平衡鉆井施工井段的鉆井液密度為1.15～1.25g／cm3，在實(shí)際鉆進(jìn)過程中先使用設(shè)計(jì)密度的下限值1.15g／cm3，并現(xiàn)場根據(jù)實(shí)鉆情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
4.3 夏72井欠平衡鉆井泥漿測量技術(shù)
　　泥漿密度是最直觀反映欠平衡鉆井狀態(tài)的一個(gè)參數(shù)。以前，利用放射性密度儀檢測出口流體密度，成本高，數(shù)據(jù)斷時(shí)頻
　　率大、漂移頻繁，而造成欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不全，缺乏真實(shí)性。同時(shí)放射性密度儀具有很強(qiáng)的放射性，對人身、自然環(huán)境都造成較大的傷害和污染。為克服上述問題，我們根據(jù)液氣分離器結(jié)構(gòu)，巧妙設(shè)計(jì)了利用壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測出口鉆井液密度的裝置。該技術(shù)不僅成本、安裝維護(hù)使用方便、易校正，而且安全性較高，對所測流體的密度能最快速度地反映其變化趨勢，從而完善欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。

4.4 夏72井全過程欠平衡鉆井實(shí)時(shí)監(jiān)測應(yīng)用實(shí)例
　　為確保夏72井全過程欠平衡鉆進(jìn)的順利實(shí)施。我們對該井進(jìn)行了全過程的欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集和監(jiān)測工作，對151lm的欠平衡鉆井井段進(jìn)行了數(shù)據(jù)備份與分析。為分析鉆井工況、修正、優(yōu)化鉆井工藝措施提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)。
　　不間斷地對欠平衡鉆井相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，使施工人員能夠及時(shí)掌握有關(guān)數(shù)據(jù)，以便作出正確的決定和制定合理措施。

5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)方向
　　通過近幾年的研發(fā)和現(xiàn)場試驗(yàn)，欠平衡鉆井地面采集與控制技術(shù)已經(jīng)逐步完善。對井底壓力的監(jiān)測技術(shù)應(yīng)該是欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)今后工作的研究方向。如能準(zhǔn)確地監(jiān)測地層井底壓力，便可以在欠平衡鉆進(jìn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測井底真實(shí)欠平衡狀態(tài)，對在鉆井過程中及時(shí)修正鉆井參數(shù)提供有力依據(jù)，目前我們正在開展這方面的研究。
　　另外，該系統(tǒng)下步的工作是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集傳輸一體化的管理服務(wù)功能(Data Process Totalisation System--DPTS)。使用DPTS服務(wù)的好處是能把作業(yè)現(xiàn)場與遠(yuǎn)程桌面聯(lián)系在一起，提高決策能力，真正地把質(zhì)量控制落實(shí)到現(xiàn)場工作中去。它是一個(gè)全新的、面向?qū)ο蟮母呒壒芾矸绞剑蠹夷軌驅(qū)崿F(xiàn)在同一個(gè)平臺上工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度共享、最大限度地提高工作效率。在寬帶允許的情況下，可直接進(jìn)行NETMEETING或現(xiàn)場實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測，可進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)控制。DPTS具有完整的數(shù)據(jù)服務(wù)，不僅僅局限于幾個(gè)工程參數(shù)的傳輸，而且是全部作業(yè)過程的集成監(jiān)測。

6 總結(jié)與認(rèn)識
　　作為欠平衡鉆井作業(yè)的眼睛，欠平衡鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集監(jiān)測技術(shù)經(jīng)過近幾年的理論研究與現(xiàn)場試驗(yàn)，已逐步成熟、完善，并在現(xiàn)場的欠平衡鉆井施工作業(yè)中，起到了積極作用。對于預(yù)探井欠平衡鉆井，該系統(tǒng)仍需在加強(qiáng)井底壓力實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測、信號傳輸?shù)确矫孀鬟M(jìn)一步的研究和探索。相信，隨著該系統(tǒng)的不斷完善，定會成為欠平衡鉆井工藝不可缺少的一部分。