摘 要 近些年来，随着世界石油勘探技术的发展，欠平衡钻井技术在我国得到了广泛地应用。采用该项技术在一些老区和新区区块实现了勘探突破。欠平衡钻井数据采集监测系统作为欠平衡钻井的眼睛，在钻井施工作业中，对降低作业风险、优化施工措施、实时评价产层起到了很大的作用。在欠平衡钻井施工作业过程中对各个工程参数和有关地质参数进行实时采集和监测，能够及时的分析掌握井下欠平衡状态，提前预防井下异常情况的发生，有效地指导欠平衡钻井施工。本文主要阐述该技术及软件概况及夏72井欠平衡钻井数据采集技术的现场应用。
关键词 欠平衡 数据采集 钻井 夏72
l 欠平衡钻井数据采集系统简介
欠平衡钻井数据采集监测系统是利用欠平衡钻井实时采集的钻井工程和泥浆参数，经过数模转换、数据采集、软件处理，最终显示于计算机终端，并在软件处理过程中，实现实时数据的动态模型分析、计算以及动态绘制实时数据曲线。
系统采集参数：立管压力、套管压力、泥浆泵冲、入口液量、出口液量、出口气量、出口密度。
欠平衡钻井数据采集监控系统平台具有动态实时曲线显示、动态数字显示、动态数据库浏览、静态数据曲线显示、理论曲线显示、数据现场传输、远程通讯、自动及人工控制、应急及限值报警、自动数据备份、现场工况及出口情况监视等功能。
2 欠平衡钻井实时监测模型
从信息处理的角度来考察欠平衡钻井实时监控系统，它实际上是对物理过程的状态进行监视，当其状态发生变化时，按照一定的数学模型或经验模型进行计算或推理并根据计算结果或推理结果作出相应的决策，以实现预定的目标。
欠平衡钻井实时监控，就以数据采集到的数据的具体内容为已知事件，以执行任务的触发条件为契机，同步执行任务，使其达到实时并行综合处理的效果。
在欠平衡钻井过程中，可以把钻井工况分为两种状态：正常，非正常。在模式识别方法应用于现场前，先根据以往的钻井历史数据建立正常和非正常状态的样本集，对模式进行训练。在欠平衡钻井施工的过程中，利用模式识别方法，将实时监测数据结合地层参数和泥浆等参数进行实时事故判断，如发现井下异常，立即则报警。
3 欠平衡钻井数据采集软件
利用面向对象程序设计环境开发了一套适合该系统的软件。该软件具有速度快，性能稳定的特点。可完成对立管压力、套管压力、出口液量、气量、密度等参数的实时采集、补偿、变换、滤波，并将数据实时存入数据库文件，作为系统平台分析、计算和控制的数据源。欠平衡钻井监控系统平台具有动态实时曲线显示、动态数字显示、动态数据库浏览，静态数据曲线显示、理论曲线显示、数据现场传输、远程通讯、自动及人工控制、应急及限值报警、自动数据备份、现场工况备注及语音数据广播功能。
3.1 程序功能简介
(1)实现数据采集时间间隔的随意性(两次数据采集时间间隔可以随意调整)。
(2)对于采集的原始数据进行实时误差分析处理，提高数据的真实性。
(3)实时绘制数据曲线，便于现场比较监视。
(4)编制实时数据库。
(5)边采集边回放实时数据库，实现了真正的多任务。
(6)在网络中实现星星拓扑的数据发送，数据实现多人共享。
(7)实现实时曲线的实时打印。
3.2 软件实现的基本功能
(1)实时画面的监视。画面是最直接的表达方式，欠平衡钻井地面数据采集系统在软件系统中通过计算机屏幕显示动态曲线，能从整体和细节两个方面对采集到的数据进行实时监视。同时本系统配备了音像监视设备，包括：摄像头、监视器、录像机，可以实时对排出口管线及泥浆返出口情况进行监视，实现了不用出采集房就能实现对整个欠平衡钻井全过程进行实时监测。
(2)实时报警和操作系统运行中，能实时进行事故诊断和分析，并提示处理方式和修改系统参数，对监视画面进行干预。
(3)信息存储与输出：系统不仅能进行实时监视与操作，还能对信息进行存储和报告，即利用实时数据库，根据系统要求，处理批量信息。利用打印机，定时或不定时地输出报表。
(4)数据库实时回放：系统对实时数据库中的数据可随时进行实时回放，实现了事后对灾平衡钻井全过程的实际重演。
(5)网络数据的实时备份监测：系统实现了网络化的运行，即通过客户机、服务器的网络模式，由一台服务器和多台客户机的星型连接，实现多台客户机实时共享服务器所采集到的数据，同步显示、同步数据备份的功能。
4 夏72井数据采集技术的应用
4.1 夏72井概况
夏72井属新疆油田公司2003年度重点预探井之一，地理位置位于新疆维吾尔自治区和布克塞尔自治县夏子街地区，地表为戈壁。夏40井西偏南2700m，夏62井东南7325m，玛3井北偏西4150m。钻探目的查清夏40井背斜二叠系风城组、佳木河组的含油气情况，进一步评价其勘探潜力；落实储层、含油气面积、储量。地层构造从上到下依次为下白垩统、侏罗系、三叠系、二叠系。
为确保夏72井施工始终处于欠平衡状态，利用欠平衡数据采集系统对该井欠平衡钻井的过程进行了实时监测，对立管压力、套管压力、出口气量和液气分离前密度等数据进行了连续监测，同时对泥浆出口和燃烧管线进行了视频监视与记录，尤其详实记录了多次后效的实况。
4.2 夏72井泥浆密度的确定
根据预测地层孔隙压力、坍塌压力确定欠平衡钻进过程中，井底合理欠压值为0～2.5MPa，并以此确定夏72三开欠平衡钻井施工井段的钻井液密度为1.15～1.25g／cm3，在实际钻进过程中先使用设计密度的下限值1.15g／cm3，并现场根据实钻情况进行适当的调整。
4.3 夏72井欠平衡钻井泥浆测量技术
泥浆密度是最直观反映欠平衡钻井状态的一个参数。以前，利用放射性密度仪检测出口流体密度，成本高，数据断时频
率大、漂移频繁，而造成欠平衡钻井数据库数据不全，缺乏真实性。同时放射性密度仪具有很强的放射性，对人身、自然环境都造成较大的伤害和污染。为克服上述问题，我们根据液气分离器结构，巧妙设计了利用压力传感器实时检测出口钻井液密度的装置。该技术不仅成本、安装维护使用方便、易校正，而且安全性较高，对所测流体的密度能最快速度地反映其变化趋势，从而完善欠平衡钻井数据采集技术的现场应用。
4.4 夏72井全过程欠平衡钻井实时监测应用实例
为确保夏72井全过程欠平衡钻进的顺利实施。我们对该井进行了全过程的欠平衡钻井数据采集和监测工作，对151lm的欠平衡钻井井段进行了数据备份与分析。为分析钻井工况、修正、优化钻井工艺措施提供了强有力的理论依据。
不间断地对欠平衡钻井相关数据进行连续监测，使施工人员能够及时掌握有关数据，以便作出正确的决定和制定合理措施。
5 数据采集系统的开发方向
通过近几年的研发和现场试验，欠平衡钻井地面采集与控制技术已经逐步完善。对井底压力的监测技术应该是欠平衡钻井数据采集系统今后工作的研究方向。如能准确地监测地层井底压力，便可以在欠平衡钻进过程中实时监测井底真实欠平衡状态，对在钻井过程中及时修正钻井参数提供有力依据，目前我们正在开展这方面的研究。
另外，该系统下步的工作是实现数据采集传输一体化的管理服务功能(Data Process Totalisation System--DPTS)。使用DPTS服务的好处是能把作业现场与远程桌面联系在一起，提高决策能力，真正地把质量控制落实到现场工作中去。它是一个全新的、面向对象的高级管理方式，大家能够实现在同一个平台上工作，实现数据高度共享、最大限度地提高工作效率。在宽带允许的情况下，可直接进行NETMEETING或现场实时视频监测，可进行远程作业控制。DPTS具有完整的数据服务，不仅仅局限于几个工程参数的传输，而且是全部作业过程的集成监测。
6 总结与认识
作为欠平衡钻井作业的眼睛，欠平衡钻井数据采集监测技术经过近几年的理论研究与现场试验，已逐步成熟、完善，并在现场的欠平衡钻井施工作业中，起到了积极作用。对于预探井欠平衡钻井，该系统仍需在加强井底压力实时采集、监测、信号传输等方面作进一步的研究和探索。相信，随着该系统的不断完善，定会成为欠平衡钻井工艺不可缺少的一部分。
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