渤海钻井总公司山东省东营市河口区257200
摘要：油田开发中后期,在进行注水注聚开发增产后,地层压力系统由以前的静态压力层系变成动态的多套压力层系,地层的孔隙压力、破裂压力都发生了很大的变化。为了防止井喷，监控溢流是安全钻井的前提和保证。目前，一般通过检测钻井夜池液位的变化来判断溢流，以达到防止井喷的目的。
关键词：溢流；监控；坐岗
（一）项目来源及意义
液位的监测主要由作业人员坐岗和钻井液液位监测仪来完成，人工坐岗监测虽然可行，但是实时性和可靠性不能保证；液面监测仪受钻井液波动等因素的影响，可能会导致错报和误报。此外，钻井液池液位的变化与实际的地层流体进入井筒之间存在着较长的时间延迟，当钻井液液面变化达到一定高度时，实际的溢流已经十分严重，井喷预测缺乏实时性。
（二）国内外同类技术研究及应用现状
井喷失控是重大的钻井事故,防止井喷失控,需要早期发现溢流,及时采取井控措施。目前溢流检测方法包括泥浆池液面法、流量差法、声波检测法和基于PWD&LWD法。声波检测法和基于PWD&LWD法技术还不够成熟,现场应用较少,泥浆池液面法和流量差法是各种钻井工艺溢流检测的主要方法。
在石油勘探开发钻井过程中，钻井液循环池液面在钻井过程中的变化，主要用钻井液液面监测仪来检测，并以此判断井筒是否发生溢流或井漏。中途起下钻、完井作业，起钻灌钻井液及下钻返出的钻井液是否正常，可对钻井生产中可能发生的井涌、井漏等异常情况作出预判。目前井队现场钻井施工，下钻、下套管作业中，每个钻杆立柱或每根套管井口是否返浆正常，起钻是否“拔活塞”；钻井液是否灌满，都需要座岗人员观察返钻井液情况并把情况及时反应给钻台操作人员，人工来观察井口返泥浆情况费时费力，而且不能及时把情况反应给操作人员，延误判断井下故障，极易出现井涌，井漏等复杂情况的发生。
（三）溢流成因及监测方法
1、溢流发生原因
溢流发生的直接原因是地层孔隙压力大于井筒环空压力，地层孔隙压力升高或井筒环空压力降低都有可能引发溢流。在实际钻井过程中，引发溢流有以下原因：
（1）钻遇异常高压地层，地层压力驱使地层流体侵入井筒，引发溢流。
（2）地层压力掌握不准，设计的钻井液密度过低；下套管速度过快，引发地层破裂。
（3）在井底压力近平衡状态时停泵，环空压耗消失，地层流体侵入井筒，引发溢流。
（4）起钻时，抽汲作用引发溢流。
2、溢流发生的表现形式
当溢流发生时，在地面上可以看到一些相关的征兆或者参数的变化，尽管这些征兆和参数变化不一定意味着有溢流发生，但预示着有潜在的溢流存在。其征兆和参数变化有：
（1）钻井液相关参数的变化，由于地层流体侵入井筒，井口返出液体不仅有钻井液，还包括侵入井筒的地层流体，导致钻井液出口流量增加，钻井液池体积增加，钻井液密度减小，钻井液电导率升高或降低，钻井液温度升高或降低等。
（2）泵压和立管压力短时上升继而下降，钻开高压层后，井底压力增加，泵压和立管压力短时上升，但由于油气水的侵入使钻井液密度降低，泵压和立管压力转而下降。
（3）大钩负荷增加，井内液体对钻具有浮力作用，当地层流体侵入井筒后，钻井液密度降低，浮力作用减小，大钩负荷增加；当地层流体侵入量很大时，钻具受到向上的推力，大钩负荷会短时减小，是即将发生井喷的前兆。
（4）硫化氢浓度、烃类或氯根含量增高，气体检测出现单根峰值增大，气体基值升高，后效气升高，停泵气显示升高。
（5）井底参数的变化，井底环空压力升高，井底环空温度升高或降低。
（6）钻速突然增加，钻压、扭矩和钻时突然下降、悬重突升，即出现放空现象，这说明可能钻遇异常高压地层或油气水层。
（7）停泵后钻井液外溢。
（8）起钻时井内流体外溢或钻井液的减少量小于上提钻具的体积。
（9）下钻和下套管时，返出的钻井液大于钻具的排替量。
（10）返出的钻井液中有油花、气泡，这是进入油气层的直接标志。
3、溢流监测方法
最原始的溢流监测是人工坐岗制，监测钻井液成分和钻井液池液位的变化，完全凭个人经验判断是否发生溢流。随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自动化技术的快速发展，为溢流监测提供了更多的途径和方法，现有的溢流监测方法是利用钻井液相关参数的变化来监测溢流，钻井液相关参数包括总池体积、分离器液面井口导管液面、环空液面、密度（井口、井底）、温度、流量、流速（进、出口、井下环空）。钻井液总池体积的溢流监测。
这种方法在溢流监测的早期被广泛应用，其优点是成本低，实施方便。但是监测不够灵敏，不能及时发现早期微量溢流，实时性差，具有很明显的滞后，可靠性不高。
（1）微流量溢流监测。
这是近期兴起的溢流监测新方法之一，能够发现早期溢流，技术成熟。但是需要对现有设备进行改造，在与井口防溢流管相连的导管处旁引一个L型的支架，在支架上安装声纳探测装置；或者，在与井口防溢流管连接的导管上安装流量计，通过测量返出钻井液流量的变化实现早期微量溢流监测。高精度流量计要比声纳探测装置价格高，在长期工作过程中计量精度会受到影响。这种监测方法现场应用证明实时性较好，当溢流发生时，井口导管处钻井液流量或液面会立即发生相应变化。
（2）环空液面的溢流监测。
实际钻井数据表明，起下钻过程中发生溢流的概率占溢流发生总量的55%，这种方法最大的优势是能够监测起钻过程中的溢流情况，同样也需要对现有设备进行改造，在套管阀处安装环空液位检测传感器，一般为非接触测量传感器。1998年Schubert提出在套管阀处安装声波液位传感器，监测起钻过程中环空液面的变化，并将其投入现场应用，结果表明，实时性较高，当溢流发生时，环空液位上升或者其降低量小于所起出钻具体积对应的降低量，可靠性较高。
（四）综合运用监控设备监测溢流
目前，溢流监测方法主要是人工坐岗。由于钻井现场的工作性质，单单靠人工坐岗，很难保证全天24小时的不间断监控，而液面报警器报警又存在滞后现象。溢流监测最重要、最快速的位置就是井口或者钻井液出水口，如果在钻井液出水口旁加一个监控摄像头，将监控屏幕安装在司钻房里，操作者就能随时监控钻井液的返出情况，在钻井施工过程中，司钻房里的操作者基本上能够保证全天24小时在岗，施工过程中操作者也非常需要随时掌握井口返浆情况。
另外，在安装封井器，电测或者固井候凝期间，司钻房里大部分时间是没有人的，监控器也没人查看。在这种工况下，可以在钻井液出口安装溢流报警器，井口只要出现外溢，报警器就会全井场发出报警声提醒作业人员。
通过司钻房里安装监控器和钻井液出口安装溢流报警器，可以辅助井队坐岗人员一起监控溢流，即使，坐岗工临时有事，也能起到辅助监控的目的。
（五）结论
(1)钻井液导管出口是监测溢流的最佳位置。
(2)钻进期间，司钻房井口监控器可以达到24小时监控溢流
(3)空井时，钻井液出口溢流报警器可以辅助井控坐岗人员及时发现溢流。
(4)综合运用监控设备提高了发现溢流的实时性和有效性。