防碰监测

防碰监测（精选4篇）

防碰监测 篇1

随着石油勘探开发进入深海,海上钻井技术面临越来越多的挑战,海上钻井作业受到海上平台的限制,作业空间狭小,通常采用丛式井作为主要井型。丛式井加密技术推广后,由于井间距不断减小, 丛式井碰撞问题日益凸显,井眼碰撞,轻者停产修井,造成经济损失,重者会造成原油泄漏,污染环境, 甚至威胁到石油工人的生命安全。因此,丛式井防碰一直是各大石油公司亟待解决的热点问题[1]。

现有常规防碰技术主要包括钻前防碰设计和钻井过程中各种井眼轨迹控制技术。钻前防碰设计是丛式井防碰设计的基础,如果邻井井眼数据缺失或不全会给钻前设计带来很大困难,并且增加施工过程中井眼碰撞的风险。井眼轨迹控制通常是建立在随钻测量仪测量数据准确的基础上,但是常用的钢制钻具组合在地下会被地磁场磁化产生局部磁场, 磁力测量工具在该局部磁场和正常地磁场的合磁场下工作,其方位角输出值不能反映实际轨迹的真实值[2]。

针对以上问题,提出一种基于钻头振动的丛式井防碰实时监测系统[3—6],其具有实时性强且不影响生产的优势,可以在多平台、多风险邻井条件下进行监测,通过渤海某井组现场服务,验证了基于钻头振动的丛式井防碰实时监测系统是可行的。

1工作原理

防碰实时监测系统主要包括加速度传感器、数据采集仪,计算机处理系统等,如图1所示。加速度传感器分别安装在正钻井套管和风险邻井套管上,钻头破岩所产生的振动波信号通过地层和套管上传至井口,加速度传感器采集该振动信号并将信号传至数据采集仪,数据采集仪完成A/D转换后将信号传输到计算机处理系统,计算机处理系统中的数据处理及分析软件对振动信号进行分析处理,当信号的时域、频域特征值超过防碰报警阈值时,系统软件发出报警信息,从而实现监测系统判断钻头趋近和对邻井套管碰撞的预警功能。如图1所示,当正钻井钻头趋近井2时,井2采集的振动信号特征会比井1明显。若钻头钻上水泥环或套管,井2的信号时域、频域特征值超过防碰报警阈值时,系统软件会发出警报。

2现场施工环境

某井组是胜利海上单井组布井数量最多的井组之一,共布井15口,井间距为1. 6 m × 1. 8 m。其中定向井14口,水平井1口。井斜超过50°的井有5口,超过45°的井有4口,有8口井为表层预定向,造斜点最高85 m,最低522 m。该井组施工的难点是: 井间距小、井网密集、井斜大、周围老井井眼轨迹参数不准、井眼净化难度大,防碰形势严峻,极易发生窜槽和碰撞。井眼防碰是该区块的关键问题,防碰技术难点可分为三个方面。

2.1井网密集

井间距小,易碰撞,易窜槽,各井纵横中心距离只有1. 6 m × 1. 8 m。周围有两个老井采油平台,最近的一个与该井组距离仅139. 39 m,且以前的老井测斜数据不准,造成防碰扫描缺乏有效依据。该井组为采修一体化平台双井组中的一个,距相邻的另一个井组为35 m,如图2所示,双井组同时施工时, 该井组防碰工作易受相邻井组施工影响。

2.2井眼情况复杂

CA井组中的8口井造斜点浅,都在90 ~ 300 m之间,定向井眼尺寸大,表层套管直径444. 5 mm。 在该井组前期施工中,各井 Ф660 mm抗冰隔水管已打桩下入,但存在个别隔水管井斜角过大的情况,如A-3、A-12、A-14井隔水管 井斜角分 别为0. 88°、 1. 05°、1. 45°,增大了井眼碰撞风险,给钻井作业带来巨大隐患。

以A-14井为例,隔水管长70 m,在71 m处MWD测斜 ( 地层倾角 和Gt在工作范 围内 ) 井斜角1. 45°,说明隔水 管打桩打 偏。 若隔水管长度为l,隔水管打 偏造成的 井斜误差 为α1,方位角误 差为 β1,全角误差[7,8]为

,水平位移误差为lsinλ1,则井斜角 产生的误 差就可达 到1. 79 m。在1. 6 m × 1. 8 m井网中,该误差完全足以导致两井相互碰撞。

2.3地层限制

表层段地质松软,造成表层段和直井段施工时易碰撞和窜槽。油层段也存在着防碰点,极大增加了防碰风险。且钻井顺序受地质因素限制,没有按造斜点由浅到深进行。

3防碰实时监测

针对以上问题,该井组采用基于振动波原理的防碰实时监测技术,保证了碰撞风险大的浅层井段顺利钻进。

选定A-6、A-14、A-2三口井分别作为防碰监测试验的正 钻井。 以A-14为例,该井设计 井深1 713. 79 m,造斜点180 m。根据定向井设计资料, 运用COMPASS扫描可得出风险井依次为A-11、 A-12、A-9、A-8,碰撞风险井段主要为80 ~ 265 m段。

如图3所示,在监测A-14井140 ~ 70 m井段时,发现风险井A-11振动信号特征强烈,且有持续增大趋势,A-11井信号峰值接近于正钻井A-14信号峰值,并大于另一风险井信号峰值的两倍,如图3所示,从上往下依次是A-11、A-12、A-14井套管头振动信号。经MWD测斜得出数据,运用COMPASS扫描( 图2) ,可知此时A-14与A-11中心距达到0. 7 m左右,这说明A-14井钻头正接近A-11井水泥环并极有可能钻头已刮碰上水泥环,系统此时发出预警指令。

经数据处理分析可知当两井中心距变小时,A11井振动信号幅值会呈逐渐增大趋势,如表1、图4所示,A-11井与A-14井的幅值比也会逐渐增大,在最小中心距0. 7 m时幅值比达到最大值0. 88; 当中心距又变大时,A-11井振动信号幅值也跟着逐渐减小,A-11井与A-14井的幅值比也会逐渐减小,结果显示,两口井的中心距和信号幅值具有一定的对应关系。

4认识和建议

( 1) 在隔水管打偏、地层磁干扰大、测斜精度不足等复杂情况下,防碰实时监测技术可充当一双 “耳朵”,在一定程度上弥补MWD的不足,可有效降低井眼碰撞风险。

( 2) 隔水管打桩质量是保证表层定向的基础。 隔水管打桩必须保证铅直,否则会大大增加表层段碰撞风险。A-14隔水管井斜角达到1. 45°,才造成140 ~ 170 m井段偏离设计井身轨迹,钻头趋近A-11井眼。

( 3) 本井组既要在同平台井组之间防碰,同时要与同期施工的邻近井组做好防碰工作,两个井组应确保施工仪器精度一致。

( 4) 井口槽附近施工噪音大,会分散监测的注意力,增大监测难度。建议高风险井段停止井口施工。

( 5) 正钻井和风险邻井之间的距离和传感器接收的振动信号强度具有一定的对应关系,正确提取有效的钻头振动信号可以将二者关系描述出来。

参考文献

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防碰监测 篇2

石油钻机游车防碰装置是钻机安全运行的关键部件, 为避免发生碰撞恶性事故, 石油钻井安全管理条例要求必须安装3套防碰天车, 但近两年碰撞事故仍然时有发生, 究其原因, 设备设施可靠性存在一些问题。目前钻机安装的防碰装置[1]和存在的问题如下。

(1) 过卷阀控制。过卷阀安装在绞车滚筒上, 依靠钢丝绳层高及运动位置进行触发动作, 触发可靠性低。

(2) 重锤式防碰天车。重锤式防碰天车安装在天车下通过横拉钢丝绳进行定位, 游车运动上限位置触发横拉钢丝绳, 由钢丝绳导向带动下步重锤气开关实现防碰控制;钢丝绳导向繁琐, 气路控制反应滞后, 动作迟缓。

(3) 编码器计算的电子防碰天车。电子防碰天车基本上都是通过滚筒旋转带动编码器计算游车运动行程。钢丝绳负载和伸长量变化影响编码器的计算准确性。需要定期进行归零校验, 而且传动机构计算程序较为复杂, 故障率高、可靠性差。

2 新型石油钻机防碰保护系统原理

新型石油钻机电子防碰保护装置是参考吊车重锤控制, 引入电磁控制的一种简单有效的电子防碰天车 (图1) , 既可解决传统钢丝绳传动及过卷阀传递气路控制防碰天车的响应滞后, 也可解决电子防碰天车的低可靠性问题。

2.1 控制原理

环形重锤环绕在游车死绳上, 环形重锤安装在游车上行高位, 当游车达到或超过该位置时, 游车接触环形重锤并带动环形重锤上行, 使拉线开关动作, 拉线开关控制盘刹刹车, 提升离合器放气, 执行防碰保护功能。

2.2 安装部分

(1) 检测触发装置安装在游车死绳上, 为减少重锤与钢丝绳的磨损, 重锤内部安装尼龙材料的防磨衬套。防磨衬套与重锤之间要求为紧配合。根据经验, 吊绳长度最好在1.5 m以上。图1 中绳卡卡板是拉线开关固定座, 卡在死绳端, 便于调节游车上限位置。

(2) 控制部分安装。该电子防碰装置主要利用拉线开关控制钻机气路系统中的电磁阀, 再并入原防碰天车控制气路, 实现防碰天车多级保护多重控制功能 (图2) 。

2.3 装置特点

(1) 结构简单, 动作可靠。环形套装重锤确保触发准确、可靠, 用重锤经吊绳直接连接电气拉线开关, 中间环节少、可靠性高, 还可有效解决响应滞后问题。防磨衬套可有效解决与钢丝绳死绳摩擦磨损问题。

(2) 通过死绳外套重锤寻求游车运动上止点位置, 保护点位置固定可靠灵敏。

(3) 在刹车高度确定情况下, 将拉线开关固定在天车底座下面, 不安装在死绳上, 这样既可解决刹车滑行距离不够的问题, 也利于钻井过程的倒换钢丝绳, 避免忘记拆卸绳卡卡板, 引起故障。

3 应用

2014 年, 重庆钻井分公司部分井队做过气路控制防碰保护, 2015 年4 月, 石油钻机电子防碰保护装置通过改进实现电气连锁控制, 在70852 井队TK10374 井全井试用表现很好, 动作反应更及时、可靠。只是吊绳长度要超过惯性刹车行程, 试验刹车距离最好>0.8 m, 最佳安装方式是将拉线开关置于天车梁上, 避免倒换钢丝绳游车滑轮的影响。定期检查重锤紧固螺丝性能, 以免松动脱开, 确保螺栓连接锁紧可靠。

参考文献

防碰监测 篇3

1作业难点

全油田共有268口井, 本次整体加密, 新建2个新槽口平台, 2个外挂槽口平台, 槽口间距1.8m (横向) ×2m (纵向) 。在原有井网基础上采用定向井结合水平井的方式, 对目前井网进行加密, 地下井网密布, 井眼轨迹复杂, 井槽毗邻原生产平台, 浅层防碰压力愈发突出 (图1) , 同时由于井间加密, 各新钻井靶点均布在已钻井靶点间, 由此导致深层防碰问题也极为严重 (图2) 。一方面轨迹实施非常困难, 基本上所有井均存在不同程度地防碰问题;另一方面, 由于邻近平台均为生产平台, 一旦出现井眼碰撞、钻穿邻井套管的情况, 影响重大。

2关键技术

2.1老井井眼轨迹的坐标系统转换处理

20世纪90年代渤海定向井轨迹数据使用的坐标系统为WGS 72系统。现阶段渤海钻井作业定向井方面使用的坐标系统为WGS 84系统, WGS 72系统下的定向井轨迹数据将无法在WGS 84系统下实现与周围井的防碰扫描, 给定向井防碰扫描带来一定困难, 需要将WGS 72系统下的坐标数据转换到WGS 84系统下。

组织研发专门软件, 对原WGS 72系统下的坐标数据, 依据相关技术规范和标准, 将其转化到WGS 84系统下[3,4]。首先根据平台中心坐标及结构北角, 计算各个井的理论井口坐标数据, 然后对完成转化的数据, 利用其井口坐标及井轨迹数据进行投影成图, 与理论计算值相互验证, 检验数据准确情况, 确保转化过程中数据的准确无误。

2.2老井井眼轨迹的陀螺复测验证

使用陀螺测斜仪器, 对S油田老平台所有定向井的轨迹数据统一进行复测, 建立完备的老井定向井轨迹数据库, 与坐标系统处理后的数据做对比验证, 如图3所示。

2.2.1复测原理

老井均是已经投产的生产井或者注水井, 井内已经下入管柱等设备, 地面安装了采油树等配套设备。通过在采油树上部连接、安装小型 (口径较小) 升高立管、防喷器组等保证井控安全, 然后在防喷器、油管内下入外径小于生产管柱以及防喷器最小内径的陀螺测斜仪器串, 利用电缆送入连续测斜。

2.2.2井口防喷器的组成

采用高压防喷系统, 防喷管耐压为70.0MPa, 两套闸板防喷器, 半封和全封。采油树与升高立管之间安装2个三通, 分别连接管线至泥浆泵和回收池, 连接泥浆泵是为了防喷器组试压 (试压标准, 先低压2.1MPa稳压5min, 再泄压后打高压20.0MPa稳压15min) , 连接回收池是为了避免带出的原油等散落污染环境。仪器放到防掉器位置卡住, 陀螺自寻北, 如图4所示。

2.2.3陀螺复测工具组合

由于生产管柱内存在结腊等问题, 为保证安全, 下入测斜陀螺前先通井。通井仪器串物理性质如表1所示。工具串下放, 同时注意绞车张力变化, 每500m上提试张力, 通井工具下放超过1 000m, 每下放100m上提试张力。在距目的底部50 m处上提试悬重, 再将工具串下至指定位置。

通井后下入复测陀螺组合, 其物理性质如表2所示。

2.3常规表层预斜的创新优化

海上丛式井、定向井轨迹设计时, 为了让上部轨迹不发生碰撞, 一般采用上下错开造斜点, 根据轨迹方向分散原则选择槽口等措施。初次造斜点发生在表层的做法一般称为预斜技术, 但是由于上部地层极其松软, 钻头很难产生较大的侧向力, 预斜作业存在较大的难度。常规渤海预斜技术采用简易井口闭路循环, 利用马达钻具配合合理参数实现。在本次加密调整设计阶段, 本着高效、优质的理念, 在原有作业工序的基础上, 优化思路, 提出开路表层预斜技术。即不安装简易井口, 不建立闭路循环, 通过海水开路钻进配合扫稠膨润土浆的思路, 保证作业质量的同时, 提高作业效率, 单井表层提效20%~30%。

2.4单筒双井表层预斜技术

海上平台建造费用极高, 将每个槽口的利用效率最大化是降本增效的有力手段。914.4mm隔水导管内实现两口井的单筒双井技术不断发展, 最早在岐口17-2油田首次实现单筒双井, 但是在表层防碰压力极大的情况下, 如何实现单筒双井的表层预斜是海上油田加密调整的大命题[5]。通过理论研究与不断创新最终形成一套成熟的单筒双井表层预斜技术:1表层预斜设计造斜率尽量低于3°/30m, 第一趟钻具组合444.5mm钻头+1.5°高弯角马达配合低排量、高钻压的钻井参数, 实现表层压实强度较低、胶结较差情况的预斜;2第二趟扩眼钻具组合203.2mm S.DC (4~6m) +425.5mm STB+203.2mm F/V+203.2mm DC+X/O+762mm OPENER+203.2mm NMDC+203.2mm MWD + 203.2mm NMDC + 203.2mm UBHO +203.2mm (F/J+JAR) +X/O+127mm HWDP×14根, 第一趟预斜钻进至设计的第一层套管深度, 起钻更换第二趟扩眼钻具, 要求扩眼钻压持续不低于4~5t, 保证进尺不低于正常钻进的1.5倍, 以免出现新井眼;3双套管下入。两口井的套管分短筒和长筒, 管鞋距离差20m左右, 采用倒角套管, 先下入长筒套管, 再下入短筒套管, 长筒套管内灌满钻井液, 短筒空置, 利用重力、浮力原理分开双套管。

2.5 Power Drive Archer混合型旋转导向系统的应用

S油田储层具有埋藏浅、油稠、储层胶结疏松的特点, 储层物性为中高孔-高渗, 岩性以褐灰色细砂岩为主, 夹薄层泥岩, 泥质胶结。经过长期开发, 储层压力衰竭, 疏松程度进一步加深。为了保证水平段钻进过程中的轨迹控制, 同时提高作业效果, 优选新型混合型旋转导向系统Power Drive Archer。该系统具有指向式旋转导向和常规弯角马达的复合效果, 可以实现高达15°/30m的理论造斜率, 同时可以全力解放机械钻速, 最终应用表明, 平均机械钻速可以达到90m/h, 是马达作业效率的2.2倍[6,7,8]。

3现场应用效果

3.1老井井眼轨迹陀螺复测效果

S油田前后累计已经完成47口老井的陀螺复测作业, 保证了数据准确度。同时证明老井测斜结果与复测结果存在一定的偏差, 因此复测是必要的。 图5为某井的前后复测结果对比。

3.2新钻井井眼轨迹防碰质量控制效果

S油田加密新钻井96口, 井网间距由350m缩减至150m, 涉及井眼轨迹防碰问题的井达到100%。 统计显示深层防碰井达到17口、防碰绕障井43口、 表层预斜井56口。采用如图6的技术管理流程, 最终96口井全部顺利完成, 未出现井眼碰撞事故。

4结论与认识

海上丛式井综合调整加密钻井的关键是:对老井轨迹的确定和计划井轨迹的设计。只有这样才能有效避免井眼碰撞, 实现油田效率最大化, 因此老井轨迹的陀螺复测意义重大。同时表层预斜开路钻进和单筒双井表层预斜技术的创新发展进一步扩展了丛式井、定向井轨迹控制思路, 具有较大的应用前景。

参考文献

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[6]和鹏飞, 孔志刚.Power Drive Xceed指向式旋转导向系统在渤海某油田的应用[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2013, 40 (11) :45-48, 51.

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防碰监测 篇4

天车防碰系统是石油、天然气等钻探作业中, 游车碰天车事故安全预防的保障系统。在钻井作业过程中, 尤其司钻在起下钻工况时, 游车频繁上提和下放动作, 一旦操作失误和注意力不集中, 会发生游车碰天车的事故, 造成了人员伤亡和设备损坏。所以钻机天车防碰系统的配备是非常有必要的。CPOE钻井平台钻机防碰天车装置采用三套独立的冗余系统, 一种是安装在井架上段上限制游车上升位置的钢丝绳防碰装置;一种是绞车防碰过卷阀装置;另一种是ABB天车防碰系统。ABB天车防碰系统能自动检测游车的正反转, 准确测量游车的实际高度, 当上升或下降到危险防碰高度时, 自动输出刹车信号, 启动盘刹实现防止游车上碰下砸功能。

二、ABB电子天车防碰系统硬件组成

ABB电子天车防碰系统由绞车滚筒脉冲编码器、司钻房OCS3站DP820模块、配电室逻辑运算处理单元AC800M、司钻房OCS3站DO810模块和盘刹控制单元组成。一旦AC800M检测到游车到达设置的危险高度时, 立即输出DO信号, 控制盘刹安全钳和工作钳同时刹车。

三、编码器接线方式

滚筒编码器型号为GAUX-30-1024-004, 游车上升或下降时同时输出A和B两路脉冲信号, 通过脉冲计数器实时计算游车高度。滚筒转一圈编码器产生1024个脉冲信号。

G3接法 (8根线) :

GP接法 (12根线) :

四、DP820与编码器接线方式

DP820由两个通道组成, 可以同时采集两路编码器输入信号, 一般只用其中一个通道。第一个通道中C1接A+, B1接A-, C2接B+, B2接B-, C3接0+, B3接0-, 适用于RS422接口;第二个通道中C5接A+, B5接A-, C6接B+, B6接B-, C7接0+, B7接0-。

五、DP820工作模式及计数方法

DP820的工作模式为模式二。当A脉冲上升沿滞后B脉冲上升沿时, 计数器计数递增, 此时游车处于上升趋势;当A脉冲上升沿超前B脉冲上升沿时, 计数器计数递减, 此时游车处于下降趋势。

六、ABB天车防碰系统应用

欲使天车防碰系统有效, 司钻先确定游车处于零位, 进行游车零位校准, 设置滚筒参数, 滚筒直径、钢丝绳直径、钢丝绳层数、每层钢丝绳根数、最上层钢丝绳根数、游车行程范围以及游车大绳根数, 然后设置游车参数, 上极限点、上至点、提升减速点、下降减速点、下至点。将游车提至最高点后进行最高位校准。

安装在绞车滚筒轴上的编码器根据游车的钩速和转向产生两组脉冲信号A和B, A和B信号相位相差90度, 通过比较A相在前还是B相在前, 以判别编码器的正转与反转;DP820安装在司钻房OCS3柜内, 采集来自编码器的脉冲信号, 通过PROFIBUS总线将信号传输至配电室OCS1站的逻辑运算单元AC800M中, AC800M根据A、B脉冲计数器实时计算游车高度和转向, 当达到设置防碰高度时, 输出两路刹车信号, 通过PROFIBUS总线将刹车信号传输至司钻房OCS3柜的DO810模块数字输出口, 控制盘刹自动刹车。

结论

本文从硬件组成、硬件接线和工作原理等详细介绍了ABB天车防碰系统, ABB天车防碰系统在CPOE钻井平台的应用有效的杜绝了上碰下砸事故的发生, 为平台的安全生产得到了良好的保障。

摘要：本文主要讨论了ABB电子天车防碰系统的硬件组成和软件逻辑计算原理, 以及该系统如何在钻井平台绞车天车防碰上的应用。

关键词：电子天车防碰,编码器,DP820

参考文献