對(duì)于地面井噴，通常用感官直覺就可以鑒定。我們通過(guò)視覺能夠看見著火、溢流、設(shè)備滲漏、濃煙、污染等地面井噴，同時(shí)我們也能夠聽到、聞到，甚至感覺到井噴的發(fā)生。但是對(duì)于地下井噴，我們的感官直覺就派不上用場(chǎng)了，除非它已經(jīng)發(fā)展為地面事件。
資深消防專家、井控專家的尼亞爾·亞當(dāng)斯，歷經(jīng)三十多年的鉆井工程， 他對(duì)地下井噴的監(jiān)測(cè)問(wèn)題可以說(shuō)了若指掌。他指出，地下井噴必須采用不同的監(jiān)測(cè)方法，包括測(cè)試地面壓力、運(yùn)用測(cè)井技術(shù)及油井的歷史記錄和地質(zhì)數(shù)據(jù)充分了解監(jiān)測(cè)的確切位置。
簡(jiǎn)便的壓力診斷
壓力診斷是鑒定地下井噴最原始、最簡(jiǎn)便的一種方法，具體的操作可依據(jù)如下例子進(jìn)行：
例1，如圖1所示，在地下15000英尺的深度的鉆進(jìn)時(shí)，司鉆觀察到了幾處井涌的基本警報(bào)信號(hào)并進(jìn)一步實(shí)施關(guān)井。關(guān)井后，開始記錄壓力值和泥漿池增量，讀數(shù)如表1所示。
關(guān)井15分鐘后最終測(cè)量的關(guān)井壓力和泥漿池容量為：關(guān)井立管壓力780psi、關(guān)井套管壓力1040psi、泥漿增量20桶。泥漿增量的定時(shí)觀察記錄數(shù)據(jù)應(yīng)不變，以此來(lái)證實(shí)井控系統(tǒng)關(guān)閉后不存在漏失。
防噴器系統(tǒng)一旦關(guān)閉，井侵層段仍有流體持續(xù)進(jìn)入井筒，直到井筒壓力和地層壓力之間達(dá)到平衡，溢流停止。表1中，6:00～6:15時(shí)間段表明這種情況。平衡過(guò)程在地面的表現(xiàn)是關(guān)井立管壓力和關(guān)井套管壓力的升高。當(dāng)?shù)孛鎵毫Ψ�(wěn)定不變時(shí)，說(shuō)明井筒壓力與地層壓力達(dá)到了平衡。
地下井噴打破了這個(gè)平衡。當(dāng)不斷升高的井筒壓力超過(guò)地層抗壓強(qiáng)度時(shí)，就形成裂縫從而打破這個(gè)壓力系統(tǒng)。典型的表現(xiàn)就是關(guān)井后地面壓力升高，而后伴隨著突然下降。
此例中地層破裂試驗(yàn)得出破裂壓力梯度為16.7磅/加侖>12.6磅/加侖。
套管下深11000英尺發(fā)生井涌，當(dāng)量鉆井液密度是12.6磅/加侖。伊頓法估算巖石強(qiáng)度為16.7磅/加侖。由于11000英尺處井涌應(yīng)力12.6磅 /加侖小于估算的16.7磅/加侖的巖石強(qiáng)度，那么在關(guān)井的情況下這次井涌不會(huì)引起地下井噴。這一點(diǎn)很重要,因?yàn)樵陉P(guān)井時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)井涌應(yīng)力最大值。所以我們得出一個(gè)重要的結(jié)論：如果沒(méi)有發(fā)生地下井噴，壓井作業(yè)就可能成功。如果采用了不恰當(dāng)?shù)膲壕椒ǎ陀锌赡馨l(fā)生地下井噴，其強(qiáng)度取決于錯(cuò)誤操作的方式和程度。比如,在沒(méi)有保持必要的套管壓力的情況下讓地層流體不斷侵入井筒。
套壓波動(dòng)通常表明發(fā)生了地下井噴，井侵量和地層破裂參數(shù)也隨之波動(dòng)，而且很少遵循一種常規(guī)的、可預(yù)見的模式變化。我們注意到在表1中，初始地面壓力(關(guān)井套壓)從950磅/平方英寸一直升高到1040磅/平方英寸，是正常的變化，未發(fā)生壓力波動(dòng)現(xiàn)象。
最后一點(diǎn)，一般的井涌在沒(méi)有發(fā)生地下井噴的情況下，通常會(huì)導(dǎo)致關(guān)井套壓高于關(guān)井立壓，或表示為：關(guān)井套管壓力>關(guān)井立管壓力。
環(huán)空被外部大量涌入的流體污染，需要更大的地層壓力來(lái)建立平衡。假設(shè)井被迅速關(guān)閉，那鉆桿應(yīng)該沒(méi)有被污染。
把關(guān)井套壓和關(guān)井立壓的相對(duì)關(guān)系顛倒過(guò)來(lái)：關(guān)井鉆桿立管壓力> 關(guān)井套管壓力。這表明情況異常，地下井噴可能引發(fā)這種反常現(xiàn)象，但也可能還有其他原因，需要進(jìn)行深入分析。
關(guān)井情況下的壓力診斷分析可對(duì)井底狀況進(jìn)行快速直觀解釋，這是其他情況不能提供的分析資料。關(guān)井結(jié)束并完成初始數(shù)據(jù)分析后，必須采用其他適當(dāng)方法持續(xù)觀察井下情況變化。常用技術(shù)包括電纜測(cè)井即溫度和噪聲檢測(cè)。
溫度測(cè)井鑒定井噴電纜
對(duì)繼關(guān)井進(jìn)行最初的診斷壓力分析后，最常用的地下井噴電纜鑒定方法就是溫度測(cè)井。有些情況下分析快速、準(zhǔn)確，但有些情況下分析顯得混亂。一般考慮因素主要包含：1.流量和流體類型;2.井眼和鉆管的幾何尺寸;3. 吞吐層的巖石特性;4.環(huán)空的狀況;5. 以前循環(huán)情況，包括流量和流體類型;6. 周邊環(huán)境和地?zé)崽荻取?/p>
如圖5所示，地層流體的溫度隨深度增加而升高。區(qū)間內(nèi)的垂直流體運(yùn)動(dòng)會(huì)使溫度異常變化，這種變化可用溫度測(cè)井儀測(cè)得。
下一步是將溫度測(cè)井所得結(jié)果與作業(yè)過(guò)程相對(duì)照。鉆井液循環(huán)后測(cè)井儀是否立即下入，是否某些時(shí)段井眼沒(méi)有建立循環(huán)?泵送鉆井液對(duì)井筒產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，會(huì)掩蓋溫度異常。此時(shí)，應(yīng)該明確泥漿泵之前的排量和容量，值得注意的是，油基泥漿與水基泥漿的結(jié)果是不同的。
將溫度測(cè)井定義為描述地下井噴的有效手段是準(zhǔn)確無(wú)誤的，但我們發(fā)現(xiàn)只是快速直觀解釋，而沒(méi)有綜合的評(píng)價(jià)追蹤會(huì)使操作者的選擇不能達(dá)到預(yù)期效果。在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)溫度測(cè)井綜合分析能夠節(jié)約10～20小時(shí)，甚至更多的時(shí)間。
噪音測(cè)井
噪音測(cè)井作為地下井噴附加的鑒別法，通常伴隨或在溫度測(cè)井之后進(jìn)行。如果周圍環(huán)境是良好的，它能夠提供可靠的指導(dǎo)。簡(jiǎn)言之，噪音測(cè)井就是一個(gè)能夠探測(cè)出流體運(yùn)動(dòng)聲音的敏感擴(kuò)音器。儀器能夠區(qū)分氣體、液體和兩相流，因?yàn)樗麄儺a(chǎn)生的聲音信號(hào)各不相同，200～2000赫茲范圍內(nèi)的聲波數(shù)據(jù)可以獲得。圖 10 為噪音測(cè)井剖面圖。
讀取數(shù)據(jù)時(shí)，儀器必須是靜止不動(dòng)的，因?yàn)閮x器制造的聲音以及電纜移動(dòng)的聲音遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何地下井噴流體流動(dòng)的噪音。每個(gè)測(cè)點(diǎn)都需要幾分鐘來(lái)獲取數(shù)據(jù)。
鑒定地下井噴的最高效方法是先初步估計(jì)溢流源頭位置，然后用噪音測(cè)井儀上的讀數(shù)將溢流位置相對(duì)照。溫度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和井史都為噪音測(cè)井選擇測(cè)點(diǎn)深度提供了可靠信息。如果沒(méi)有找到井噴癥結(jié)之處就盲目地在裸眼井(或套管井)中噪音測(cè)井是不切實(shí)際的。
噪音測(cè)井主要是應(yīng)用在采油作業(yè)中追蹤那些不良的流體運(yùn)動(dòng)，比如套管外的流體運(yùn)動(dòng)，或分別考察射孔后流體情況。測(cè)井環(huán)境通常包含：?jiǎn)为?dú)型采油樹、測(cè)井車以及提升裝置，如能夠穩(wěn)定和舉高防噴管的起重架卡車。這個(gè)環(huán)境是有利于噪音測(cè)井的，因?yàn)樗钚』四軌蛏w過(guò)井底流體運(yùn)動(dòng)聲音的背景噪音。同樣，通過(guò)鉆機(jī)進(jìn)行噪音測(cè)井一般不起決定作用，因?yàn)槟酀{泵、發(fā)動(dòng)機(jī)和其他正常鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)都產(chǎn)生較大的背景噪音。
環(huán)空水流
測(cè)井保障生產(chǎn)作業(yè)
環(huán)空水流測(cè)井主要應(yīng)用在采油作業(yè)中以確定套管外是否有流體運(yùn)動(dòng)及其數(shù)量。當(dāng)能夠直接得到注水井注入水流的剖面圖后，應(yīng)用最多的是用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來(lái)確定流體的速度和流量。
為了探測(cè)套管外的流體運(yùn)動(dòng)， Arnold和Paap于1977年首次提出氧氣活化測(cè)井的方法。在氧氣活化測(cè)井的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，在上世紀(jì)80年代，形成兩種有工業(yè)價(jià)值的能夠測(cè)量水流速度的方法。每種方法都要求在選定深度測(cè)量時(shí)做到儀器靜音操作。
第一種是穩(wěn)定狀態(tài)方法：它是基于中子源持續(xù)地受到脈沖作用時(shí)，所引起的伽馬射線的活動(dòng)指數(shù)式衰減。伽馬射線的計(jì)數(shù)由兩個(gè)分開一定距離的探測(cè)器測(cè)得。水流的速度用測(cè)得的計(jì)數(shù)速度和特征指數(shù)衰減的速率可以估算出來(lái)。第二種是脈沖活化法：該方法用2～10秒的脈動(dòng)來(lái)激活水流。下游的探測(cè)器用與穩(wěn)定狀態(tài)方法同樣的原理測(cè)計(jì)數(shù)速度，進(jìn)而估算水流的體積。
放射性示蹤測(cè)井
放射性示蹤測(cè)量是最古老的鑒定流體技術(shù)之一。它的利用率比較低，主要是由于其他先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用及其本身放射性物質(zhì)的限制不斷增多。它的應(yīng)用原理很簡(jiǎn)單，將少量放射源流體，如碘131放于井內(nèi)，通常放在疑似漏失層。這種物質(zhì)有8.1天的半衰期，在水中可溶。起出用其他運(yùn)輸方法拉出鉆柱后，緩慢抽出鉆井液，同時(shí)啟動(dòng)放射控制測(cè)井儀。目的是在碘充分溶解后追蹤放射性流體的流動(dòng)軌跡進(jìn)而確定流體源頭和出口點(diǎn)，如圖12所示。
顯然，由于鉆井隊(duì)來(lái)處理這些放射源物質(zhì)和泥漿系統(tǒng)存在很高的安全隱患以及調(diào)控上的諸多問(wèn)題。并且，源物質(zhì)經(jīng)常在泥漿系統(tǒng)內(nèi)被稀釋，沖到環(huán)空的各個(gè)角落或其他地方，使測(cè)井結(jié)果不可靠。
另外，還有一種轉(zhuǎn)子測(cè)井法，作為鑒定和確定井下流體流量和流率的一種常用的采油工具，轉(zhuǎn)子測(cè)井在探測(cè)流體和描繪地下井噴上的作用是有限的。轉(zhuǎn)子工具必須處于流體水流之中才能探測(cè)流體運(yùn)動(dòng)情況，并且必須置于已知直徑的管子內(nèi)才能計(jì)算流體流量。
以上討論的測(cè)井技術(shù)的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)被許多研究人員用來(lái)預(yù)測(cè)流體的物理特征。在油田領(lǐng)域，這些模型可以用來(lái)測(cè)量井底狀況、預(yù)測(cè)井底事件，并有助于進(jìn)行壓井操作和選擇最優(yōu)處理方法。但是，將真實(shí)油井的數(shù)據(jù)輸入模型需要花費(fèi)時(shí)間。
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