测试技术在钻井工程中的应用论文摘要

1、基于CAN总线的钻杆扭矩测量钻杆扭矩是由钻机旋转系统中取得的一个重要工程参数。在钻井过程中随时监测钻杆扭矩的变化，可以在早期发现井斜、卡钻等微兆，了解钻头的工作情况等。采用应变片测量钻杆扭矩，可以不改变或极少改变钻杆的结构参数，这对于研究钻杆传动系统在实际工作条件下的扭矩和动态扭矩有重要意义。2、基于虚拟仪器的随钻井下管柱多参数测量系统为了了解钻井管柱在井下的真实状态，运用虚拟仪器技术，研究设计了一种井下管柱多参数测量系统。该系统由井上和井下随钻两部分组成，井下随钻部分作为一个接头接在下井管柱上下入井内，可随钻实测井下管柱的三轴加速度、轴向力、扭转力和弯曲力等运动与受力参数。其侧量过程可以自动进行，也可由地面通过钻井液压力脉冲进行人为控制。整个系统采用模块化设计，充分体现了虚拟仪器技术的灵活性和实用性。模拟试验和现场试验均证明，该系统能正常启动，采集到的井下管柱受力与运动状况数据准确，且与现场工作状况塞本吻合。3、几种随钻测量新技术电磁遥测系统对随钻测量/随钻测井(MWD/LWD)的数据传输到地面而言,电磁遥测系统是对钻井液脉冲测量的一种革新。电磁测量速率要比钻井液测量速率快得多。它能使用于空气、泡沫和充气的欠平衡钻井,直接遥测系统GrantPrideco公司的智能钻杆通讯系统,是一种通过各种井下MWD/LWD工具和钻杆连接到地面的高速遥测系统。它采用一种无接触的没有特殊方向要求的偶合器穿过每根钻杆的接头来实现数据传输,并沿钻柱每348m,安装1个放大接头进行信号增强。与传统的钻井液脉冲测量系统及目前最新的电磁(EM)遥测系统相比,这个新的装置传输速率高达1×106byte/s,具有双响通讯功能,能够从地面给井下的各种可控工具发指令。恶劣环境下的MWD精密钻井计算测井已经推广到恶劣环境下(HEL)的MWD系统,其操作的可靠性是在井下承压211MPa,耐温180℃下标定的,其最高温度可达200℃。HEL系统由整体方向性探测、高温方位角伽马射线、环空压力传感器和辅助装置等组成。HEL系统已经在墨西哥和美国的许多油田试验,在密度2280kg/m3、温度170℃的钻井液中获得成功。井径测井系统Schlumberger公司已经提出一种LWD数据测量为一体的LWD井径测量系统。每个单独的井径测量有一个特殊的适应范围，在不同方法下全部受采集和环境参数的影响，使得对于质量控制和使用有一些麻烦。Schlumberger的方法是根据采集和环境参数(钻井液性能、工具的运动、地层特性等)来自动评价不同的井径，依据不同仪器各自的可信系数，结合不同的井径仪逐点测量。更准确、更有效。4、井场直接测量钻井液气体含量Datalog公司开发了一种专利技术，能够在钻井液中直接、定量地测量气体含量，与传统的气体检测方法不同，不用脱气器，不需要把测量钻井液中气体含量转换为测量空气中气体含量。在井场使用这种叫做GasWizard的气体检测系统，可以实现烃气定量测量。测量由一个内部安装有可渗气膜片的无源装置完成，该装置浸在钻井液里,采集的气样与钻井液中实际的气体含量成正比。可用于任何水基或油基钻井液中。5、井底压力、温度测试技术在充气欠平衡钻井中的应用采用充氮气钻井液进行欠平衡钻进，应用改进后的井下压力温度测试工具实测出了充氮气井段不同工况下的井底压力、温度数据，并据此准确计算出了充气后钻井液的当量密度，准确掌握了充气量与钻井液当量密度之间的关系，比较准确地确定了地层压力的大小，精确计算出了井底负压值的大小。应用井底压力温度测试技术有利于发现和保护储层，提高勘探开发的效果。指导充气欠平衡钻井的设计和施工。6、控制压力钻井新技术及其应用近几年国外开发了控制压力钻井(MPD)和控制钻井液帽(CMC)钻井技术。MPD是由欠平衡钻井(UBD)和动力钻井技术综合而发展起来的一项新技术，它利用封闭的钻井液循环系统，通过液力井的模拟程序来反馈数据，预测环空压力剖面，从而使自动控制压力系统自动调节节流阀，产生微小调节量来精确控制整个井眼的环空压力剖面。控制钻井液帽(CMC)钻井技术是MPD在深水钻井应用的新发展，它既能当作开式循环系统操作，又能当作封闭式循环系统操作，同时使用较重的钻井液。通过水下钻井液举升泵系统调节钻井液帽在隔水管内的位置，就能快速、准确调节井底压力。7、面阵CCD在钻杆直径测量中的应用研究在石油钻井中，对钻杆的磨损分析需要测量磨损部位的直径尺寸，传统的接触式测量方法效率低，人为误差大。采用面阵CCD对钻杆受磨损部位的直径进行非接触式测量。试验结果表明：(1)该测量系统的测量误差小于5·2μm，可应用于钻杆的磨损分析；(2)该测量系统测量速度优于传统测量方法，且无人为误差；通过调节CCD间距,还可以测量其它大尺寸的物体。8、平衡钻井井底压力自动控制技术研究采用理论计算和现场试验相结合的技术，总结出了一套节流阀压降随开度的变化规律；从而很好地解决了欠平衡钻井过程中井底压力自动控制的技术难题，适合现场推广应用。9、石油天然气钻探过程中硫化氢的监测1）硫化氢的性质和对石油钻探的危害硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体,其相对密度为1.176，较空气重；燃点250℃，燃烧时呈蓝色火焰；产生有毒的SO2；硫化氢与空气混合，体积分数达4.3%~46%时就形成一种爆炸混合物。硫化氢对金属材料的腐蚀、能加速非金属材料的老化。在地面设备、井口装置、井下工具中，有橡胶、浸油石墨、石棉等非金属材料制作的密封件。它们在硫化氢环境中使用一定时间后，橡胶会产生鼓泡胀大，失去弹性；浸油石墨及石棉绳上的油被溶解而导致密封件的失效。硫化氢污染钻井液：硫化氢主要是对水基钻井液有较大的污染。它会使钻井液性能发生很大变化,如密度下降、pH值下降、黏度上升，以至形成流不动的冻胶，不能使用，这必将增加成本，并给施工人员带来安全威胁。2）硫化氢的监测硫化氢库仑检测仪硫化氢气敏电极检测仪醋酸铅检测管法醋酸铅指示纸法10、石油钻杆长度超声测量系统将超声波能量聚集应用到超声波测距中，设计了多级超声波能量聚集罩，再配合温度补偿、系统误差拟合补偿等精度控制措施，使超声测距系统的测量误差不超过0.05%，满足了石油钻杆长度测量的精度要求；同时,该系统还具有存储、查询、求和及数据管理等相应功能。11、随钻测量井底压力、温度和钻井液密度的方法探讨12、随钻测量压力数据能提高钻井效能在许多大斜度井中，钻井成功的关键是保持钻井液密度和当量循环密度在地层流体压力、坍塌压力和破裂压力的安全作业极限内。Pressurewhiledrilling(以下简称PWD)工具，可直接测量钻进中作用到地层的真实应力，而且能显示出悬浮钻屑的载荷。PWD工具的使用可大大提高钻井效能。13、温度和压力对钻井液流变性影响详细论述了温度和压力对钻井液流变性影响的机理、试验结果及实际应用。文中列举了温度、压力、剪切应力、剪切速率等之间的关系，以及试验中所用的各种模型，并举例说明了各种模型在实际钻井作业中的应用。14、新型随钻测试系统的现场试验美国Sandia国家实验室开发出一种随钻测试(DWD)系统，目的：是为了实时测量井下数据，并高速传输到地面，从而通过对这些数据做处理分析，以便改善PDC钻头在硬地层中钻进的动力性能。介绍了DWD系统的结构和功能，并描述了在矿场进行原理验证(POC)测试的过程，最终分析比较测试的各项参数及钻头损坏情况。应用DWD系统后下钻深度增大，钻头磨损程度减轻，所有测试目标均实现，达到预期效果。15、一种新的油气田钻井参数监测方法和系统16、应用随钻测量技术来预防钻井问题随钻测量技术(measurement-while-drilling)技术一直是正确确定井眼位置和评价井眼周围地层环境的重要手段。提供钻头在何处钻进以及正在钻什么样的地层这样的信息；通过井下测量的工程参数，如钻压、扭矩、环空压力等，可以对钻井现象提供更加可靠的解释。通过对井下实时获取的信息来指导钻井作业，预防钻井问题，节省钻井时间，节约钻井费用。17、用盲孔法测量钻铤内螺纹端残余应力采用盲孔法测量钻铤内螺纹端的轴向和径向残余应力，得到残余应力沿钻铤内螺纹端轴向和径向的分布模式，并对不同方向上残余应力的分布进行分析；为提高钻铤的使用性能，降低钻铤失效的概率，建议测定成品钻铤的残余应力；油田在制定订货补充条件时，应该对残余应力提出相应的要求。18、在现场对钻井液进行质量测量的新试验方法传统地说，在钻井作业进行期间，作业者没有几种可靠的选择方法来测试钻井液的质量与清洁效率。结果只能在成为事实之后才能对清洁度进行评价，致使经常需要采取补救措施。在初次钻井与完井阶段成功地清洁钻井液，可有助于避免使用那些昂贵而常常是效果不佳的补救处理。现在已为水平井专门设计了一种设备及新试验方法，来测量清洁效率以及钻井液对所钻油层的潜在损害。TBCBrinadd公司开发的变携式注水/返回流量器或称PIRF分析器，是一种便携式装置，工程师可在井场做钻井液/地层的交互模型，以及对沉积的过滤泥饼的特性进行实时分析。当获取了实际井眼的钻井液与污染的实时数据时，即可根据保护产油层的需要快速地对钻井液系统做调整。该方法允许对化学破坏剂与清洁方法进行现场优化。一般可在1-2h内获得试验结果，对钻井液的性能和清洁处理做及时的调整。19、钻杆校直测位微机测量系统的研制现在校直主要是靠人眼观察弯曲部位，然后用液压负重装置重压钻杆弯曲部位实现。不足之处：无法定位肉眼不能明显识别的弯曲部位，定位精度和定位速度都比较差。“钻杆校直测位系统”是基于计算机的自动精确定位钻杆弯曲部位的装置，可显示钻杆各处弯曲程度和定位最大弯曲部位；计算机将从位移传感器采集来的位移数据经过处理以后存放在数据文件当中，采用互补算法来校正三个位移传感器采集数据的偏差，绘制曲线，指出发生最大位移的位置，供操作人员选择合适的位置进行钻杆的校直操作。20、钻井工程实时多参数监测系统钻井参数仪表是钻井工程监测钻井过程、进行科学分析和科学决策的重要工具。安全钻井、优化钻井、平衡钻井等科学钻井和用户对钻井仪表需求的提高促进了钻井仪表的发展。钻井仪表正在由过去的机械、液压仪表向数字化、集成化、智能化和网络化方向发展。21、钻井过程中控制压力系统技术研究为了提高新钻井的固井质量和减少钻井时对油层的污染，提高加密调整井的开发效果，必须加强控制地层压力系统技术攻关。钻加密调整井时，为保证钻井施工安全，钻井液密度是平衡高压油层压力而设计施工的。高渗透主力油层压力偏低，钻井泥浆液柱压力大于主力油层孔隙压力，钻井液在正压差的作用下会渗滤进入油层，造成油层污染。由于油层被污染不但使孔隙喉道被堵塞，渗透率降低，导致油水井产液量及吸水能力下降，严重影响油田的采收率，还可能损失宝贵的油气资源，以及投产时增加开发成本。通过注水井关井降压调整、控制地层的孔隙压力，减少层间压差，并在钻井过程中实施控制压力系统技术，降低油层污染，达到保护油层的目的；同时降低层间压差，相应提高新钻井的固井质量。21、