geoNEXT 錄井系統中鉆具振動監測軟件在現場的應用分析

geoNEXT 錄井系統中鉆具振動監測軟件在現場的應用分析

蘭晶晶康明烽倪朋勃陳迪（中法渤海地質服務有限公司天津300452）

摘要：隨著國內深井、超深井等復雜井的大量鉆探，鉆進過程中易發生鉆具振動，鉆具振動輕則耽誤鉆井時效，重則導致鉆具磨損等的工程事故。如何能夠識別鉆具振動和避免鉆具振動成為作業者的焦點。本文介紹一種新型智能綜合錄井系統geo⁃NEXT，該系統具有鉆具振動監測軟件（Vibration application）功能，可監測在鉆進過程中的鉆具振動情況，為鉆具振動做好監測，避免了事故的發生，節約鉆探成本。通過該系統應用，及時識別出鉆具振動情況，提出合理化建議，避免了鉆具振動擴大化，為安全鉆井提供保證。

關鍵詞:鉆具振動；橫向振動；縱向振動；最佳鉆井參數

一、鉆具振動形成原因

在鉆井過程中，鉆具與井壁，鉆頭與地層，鉆具與鉆頭之間作用是非常復雜的，與在地層中通過旋轉和上下三維運動，易形成鉆具振動。鉆具振動形成主要分為鉆井工程技術方面的原因和地質方面的原因。

鉆井工程技術方面的原因：

鉆井設備狀態，如：鉆機穩定性差，回轉器軸承有間隙等；動力機功率不足，超載荷時工作不穩定；往復式水泵送水量和壓力不均，泥漿產生脈動。平臺樁腿地基的強度不夠以及鉆機在基礎上安裝固定不牢。井眼結構設計不合理，鉆桿，巖心管的直徑與孔徑配合不合理。粗徑鉆具沒帶穩定接頭；使用彎曲的鉆桿和巖心管。使用鈍的或非正常磨損的鉆頭（金剛石碎裂，唇部偏磨，鉆頭橢圓形磨損等）；鉆進參數的選擇與所鉆巖石的性質不適應。盲目的加鉆壓和加大轉速；鉆桿鎖接頭不同心。鉆桿由于制造方面的原因或使用過程中不均勻磨損（特別是在定向井眼中使用），造成壁厚不均和橢圓度，引起鉆桿不同心，回轉不平衡；主動鉆桿彎曲，超長，在立軸中偏心；井眼發生彎曲。地質方面的原因：主要由于地層中不均質引起，巖層破碎，裂隙發育。巖層軟硬變化頻繁。巖層層理，片理發育并與井眼軸線形成銳角；溶洞，空穴發育。巖層的顆粒度不均勻，具有非均質結構；巖石的硬度和強度不均。

根據鉆具振動形成原因鉆具振動的類型主要分為四種如（圖1）：縱向振動（Axial）、側向振動（Torsional）、橫向振動（Lateral）、和偏心振動（Eccentered）。反映到地面表現為：鉆頭跳動、粘卡、側面彎曲、回旋。圖1：鉆具振動形態

二、如何消除鉆具振動

geoNEXT 智能錄井系統具有鉆具振動監測軟件，他是以傅里葉分析（基波和諧波理論）為基礎，把一段時間的正常扭矩和鉆壓變化值作為基值，設定異常扭矩和鉆壓變化值的上下限，在實時鉆進過程中，如出現超出上下限的異常變化量，系統會發出警報，錄井工程師分析數據后報告給作業負責人，通過改變鉆井參數來減少鉆具振動。geoNEXT 系統首先對數據源進行了高頻率處理，大鉤高度、懸重、轉盤轉速以及扭矩都采用高頻率采集模式，頻率可達100Hz，這樣就能保證錄井系統可以監測參數滿足用來以計算判斷鉆具振動。

在實際作業中，監測橫向和縱向上根據振動能量和振動頻率兩個參數系統根據內部公式進行計算得到一個綜合參數，通常稱為橫向振動能量值或者縱向振動能量值，依據該參數將鉆具振動正常情況下作為基值，基值的20%內變化為正常情況，警報分為三個級別，根據超過基值的百分數來評定警報級別，分別為20%，30%和40%。在實時的鉆具振動監測圖中，如正常是綠色顯示，出現異常振動會以橙色、紅色顯示，在超過40%時會以紫色顯示。

在鉆進過程中實時監測鉆具振動情況，如果發生鉆具振動首先判斷是橫向振動還是縱向振動然后向作業者提出合理建議，通過改變鉆井參數例如鉆壓或者轉數來減少鉆具振動, 從而達到最佳鉆井狀態，避免出現鉆井事故。

三、案例分析

目前該系統已經在中國海油各個海域得到普遍推廣。在錄井作業中，工程師實時關注鉆具振動監測界面，一旦發現異常情況，立刻通知司鉆和鉆井監督，并提出合理化建議，準確地指導了鉆井作業的順利進行。

圖2 所示，在B1 井12-1/4＂井段鉆進過程中，深度3500.00米至3560.00 米，鉆進期間監測到異常鉆具振動。geoNEXT 工程師及時把監測到異常振動這一情況通知鉆井相關負責人。現場調整頂驅轉速由100rpm 增至120rpm 后恢復正常。判斷振動的出現是由于鉆井參數搭配不合理造成的，避免鉆具磨損。

圖2 B1井12-1/4＂井眼鉆井分析軟件振動圖

圖3 所示，C1 從4520.00 米至4570.00 米的鉆進過程中發現了異常的鉆桿振動現象，geoNEXT 工程師及時通知了地質和鉆井相關負責人，并建議嘗試不同鉆井參數來降低鉆具振動。在降低鉆壓后大大降低了鉆具振動，鉆速也明顯加快了。圖3 E1井12-1/4＂井眼鉆井分析軟件振動圖

結語

從實際應用中可以看出，鉆井振動監測軟件能夠有效地對鉆具振動現象進行監測，為作業者提高鉆井效率、減少工程事故發生率，有極大的參考價值。實時警報監測、分析振動的變化對調整鉆井參數（鉆壓、頂驅轉速、泵排量等），提高鉆井效率有很大的幫助。

在實際的現場應用過程中，孤立的使用鉆井振動分析這個錄井新軟件工具并不能達到最好的效果，應該綜合其他現場資料，通過有經驗的工程師鑒別出其變化趨勢所代表的鉆井實時情況，給作業者提出建設性的參考意見以提高鉆井效率、做出提前預判，減少工程事故，節約成本。

參考文獻： Rate[D1]oDw.nPhoalveonMeeaansudreJm.Pe.nDtsesfoprlaAnsna:lyAspisplaincdatiCounreofoHf SigthickS-amSlpiplining bDerril1li9n9g4-.SPE/ATCE - paper 28324, New Orleans, 25-28 Septembehav[2io]uI.rRoefyt-heFadbrirlelt,stCri.nMgafrboimlesaunrdfacNe.mOeuadsiunre:mDeentetsct-inSgPwEh/irAlinTg⁃