geoNEXT 錄井系統(tǒng)中鉆具振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用分析

geoNEXT 錄井系統(tǒng)中鉆具振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用分析

蘭晶晶康明烽倪朋勃陳迪（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司天津300452）

摘要：隨著國(guó)內(nèi)深井、超深井等復(fù)雜井的大量鉆探，鉆進(jìn)過(guò)程中易發(fā)生鉆具振動(dòng)，鉆具振動(dòng)輕則耽誤鉆井時(shí)效，重則導(dǎo)致鉆具磨損等的工程事故。如何能夠識(shí)別鉆具振動(dòng)和避免鉆具振動(dòng)成為作業(yè)者的焦點(diǎn)。本文介紹一種新型智能綜合錄井系統(tǒng)geo⁃NEXT，該系統(tǒng)具有鉆具振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件（Vibration application）功能，可監(jiān)測(cè)在鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆具振動(dòng)情況，為鉆具振動(dòng)做好監(jiān)測(cè)，避免了事故的發(fā)生，節(jié)約鉆探成本。通過(guò)該系統(tǒng)應(yīng)用，及時(shí)識(shí)別出鉆具振動(dòng)情況，提出合理化建議，避免了鉆具振動(dòng)擴(kuò)大化，為安全鉆井提供保證。

關(guān)鍵詞:鉆具振動(dòng)；橫向振動(dòng)；縱向振動(dòng)；最佳鉆井參數(shù)

一、鉆具振動(dòng)形成原因

在鉆井過(guò)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(fù)雜的，與在地層中通過(guò)旋轉(zhuǎn)和上下三維運(yùn)動(dòng)，易形成鉆具振動(dòng)。鉆具振動(dòng)形成主要分為鉆井工程技術(shù)方面的原因和地質(zhì)方面的原因。

鉆井工程技術(shù)方面的原因：

鉆井設(shè)備狀態(tài)，如：鉆機(jī)穩(wěn)定性差，回轉(zhuǎn)器軸承有間隙等；動(dòng)力機(jī)功率不足，超載荷時(shí)工作不穩(wěn)定；往復(fù)式水泵送水量和壓力不均，泥漿產(chǎn)生脈動(dòng)。平臺(tái)樁腿地基的強(qiáng)度不夠以及鉆機(jī)在基礎(chǔ)上安裝固定不牢。井眼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鉆桿，巖心管的直徑與孔徑配合不合理。粗徑鉆具沒(méi)帶穩(wěn)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(jìn)參數(shù)的選擇與所鉆巖石的性質(zhì)不適應(yīng)。盲目的加鉆壓和加大轉(zhuǎn)速；鉆桿鎖接頭不同心。鉆桿由于制造方面的原因或使用過(guò)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(zhuǎn)不平衡；主動(dòng)鉆桿彎曲，超長(zhǎng)，在立軸中偏心；井眼發(fā)生彎曲。地質(zhì)方面的原因：主要由于地層中不均質(zhì)引起，巖層破碎，裂隙發(fā)育。巖層軟硬變化頻繁。巖層層理，片理發(fā)育并與井眼軸線形成銳角；溶洞，空穴發(fā)育。巖層的顆粒度不均勻，具有非均質(zhì)結(jié)構(gòu)；巖石的硬度和強(qiáng)度不均。

根據(jù)鉆具振動(dòng)形成原因鉆具振動(dòng)的類(lèi)型主要分為四種如（圖1）：縱向振動(dòng)（Axial）、側(cè)向振動(dòng)（Torsional）、橫向振動(dòng)（Lateral）、和偏心振動(dòng)（Eccentered）。反映到地面表現(xiàn)為：鉆頭跳動(dòng)、粘卡、側(cè)面彎曲、回旋。圖1：鉆具振動(dòng)形態(tài)

二、如何消除鉆具振動(dòng)

geoNEXT 智能錄井系統(tǒng)具有鉆具振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件，他是以傅里葉分析（基波和諧波理論）為基礎(chǔ)，把一段時(shí)間的正常扭矩和鉆壓變化值作為基值，設(shè)定異常扭矩和鉆壓變化值的上下限，在實(shí)時(shí)鉆進(jìn)過(guò)程中，如出現(xiàn)超出上下限的異常變化量，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，錄井工程師分析數(shù)據(jù)后報(bào)告給作業(yè)負(fù)責(zé)人，通過(guò)改變鉆井參數(shù)來(lái)減少鉆具振動(dòng)。geoNEXT 系統(tǒng)首先對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了高頻率處理，大鉤高度、懸重、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速以及扭矩都采用高頻率采集模式，頻率可達(dá)100Hz，這樣就能保證錄井系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)參數(shù)滿(mǎn)足用來(lái)以計(jì)算判斷鉆具振動(dòng)。

在實(shí)際作業(yè)中，監(jiān)測(cè)橫向和縱向上根據(jù)振動(dòng)能量和振動(dòng)頻率兩個(gè)參數(shù)系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部公式進(jìn)行計(jì)算得到一個(gè)綜合參數(shù)，通常稱(chēng)為橫向振動(dòng)能量值或者縱向振動(dòng)能量值，依據(jù)該參數(shù)將鉆具振動(dòng)正常情況下作為基值，基值的20%內(nèi)變化為正常情況，警報(bào)分為三個(gè)級(jí)別，根據(jù)超過(guò)基值的百分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)定警報(bào)級(jí)別，分別為20%，30%和40%。在實(shí)時(shí)的鉆具振動(dòng)監(jiān)測(cè)圖中，如正常是綠色顯示，出現(xiàn)異常振動(dòng)會(huì)以橙色、紅色顯示，在超過(guò)40%時(shí)會(huì)以紫色顯示。

在鉆進(jìn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆具振動(dòng)情況，如果發(fā)生鉆具振動(dòng)首先判斷是橫向振動(dòng)還是縱向振動(dòng)然后向作業(yè)者提出合理建議，通過(guò)改變鉆井參數(shù)例如鉆壓或者轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)減少鉆具振動(dòng), 從而達(dá)到最佳鉆井狀態(tài)，避免出現(xiàn)鉆井事故。

三、案例分析

目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)海油各個(gè)海域得到普遍推廣。在錄井作業(yè)中，工程師實(shí)時(shí)關(guān)注鉆具振動(dòng)監(jiān)測(cè)界面，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立刻通知司鉆和鉆井監(jiān)督，并提出合理化建議，準(zhǔn)確地指導(dǎo)了鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。

圖2 所示，在B1 井12-1/4＂井段鉆進(jìn)過(guò)程中，深度3500.00米至3560.00 米，鉆進(jìn)期間監(jiān)測(cè)到異常鉆具振動(dòng)。geoNEXT 工程師及時(shí)把監(jiān)測(cè)到異常振動(dòng)這一情況通知鉆井相關(guān)負(fù)責(zé)人。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整頂驅(qū)轉(zhuǎn)速由100rpm 增至120rpm 后恢復(fù)正常。判斷振動(dòng)的出現(xiàn)是由于鉆井參數(shù)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(dòng)圖

圖3 所示，C1 從4520.00 米至4570.00 米的鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了異常的鉆桿振動(dòng)現(xiàn)象，geoNEXT 工程師及時(shí)通知了地質(zhì)和鉆井相關(guān)負(fù)責(zé)人，并建議嘗試不同鉆井參數(shù)來(lái)降低鉆具振動(dòng)。在降低鉆壓后大大降低了鉆具振動(dòng)，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(dòng)圖

結(jié)語(yǔ)

從實(shí)際應(yīng)用中可以看出，鉆井振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件能夠有效地對(duì)鉆具振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為作業(yè)者提高鉆井效率、減少工程事故發(fā)生率，有極大的參考價(jià)值。實(shí)時(shí)警報(bào)監(jiān)測(cè)、分析振動(dòng)的變化對(duì)調(diào)整鉆井參數(shù)（鉆壓、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、泵排量等），提高鉆井效率有很大的幫助。

在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，孤立的使用鉆井振動(dòng)分析這個(gè)錄井新軟件工具并不能達(dá)到最好的效果，應(yīng)該綜合其他現(xiàn)場(chǎng)資料，通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的工程師鑒別出其變化趨勢(shì)所代表的鉆井實(shí)時(shí)情況，給作業(yè)者提出建設(shè)性的參考意見(jiàn)以提高鉆井效率、做出提前預(yù)判，減少工程事故，節(jié)約成本。

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