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摘要： 钻井过程中溢流的及时发现，将为排除溢流、重建压力平衡赢得宝贵时间，大大降低二次井控的难度。目前国内外监测溢流的方法很多，主要包括井口导管液面监测技术、钻井液流量计监测技术、改进流量监测技术、随钻环空压力测量监测技术、立压套压监测技术以及声波监测技术。本文在对比分析上述各种溢流监测方法的优势与不足的基础上，结合不同钻井方式溢流的特点，推荐了相应的早期溢流监测方法；并针对目前国内早期溢流监测技术的不足，提出改进意见。对早期溢流监测方法的选择和早期溢流监测方法的进一步研究具有一定的指导意义和参考价值。
Abstract： The rapid detection of early kick will win valuable time for the kick's preclude and the reconstruction of pressure balance in the drilling process， which greatly reduce the risk of secondary well control. At present， there are many methods for the rapid detection of early kick， mainly including wellhead catheter liquid level monitoring， drilling fluid flow meter monitoring， differential flow out monitoring technology， Standpipe and Discharge Pressure monitoring， and acoustic monitoring technology. Based on the contrast of the advantages and disadvantages of these methods and the analysis of characteristics of influx of different drilling ways， the corresponding early kick monitoring methods are recommen
关键词： 溢流；溢流监测；井控；监测技术
Key words： kick；kick detection；well control；monitoring technology
1006-4311（2013）05-0027-03
0 引言
钻井过程中，若侵入井筒的天然气溢流未被及时发现并得到有效控制，将促使更多的天然气溢流进入井筒，并在运移过程中不断膨胀。在接近井口时，天然气溢流的急剧膨胀将导致井涌、甚至井喷，从而造成重大的安全事故。因此，早期溢流的及时监测，对井控安全具有重要的意义。目前，早期溢流监测技术主要包括井口导管液面监测技术、钻井液流量计监测技术、随钻环空压力测量监测技术、声波监测技术和国外最新进展的立压套压监测技术以及改进流量监测技术。然而，上述各种监测方法都有其独特的优势，但也存在着较多不足。而对这些优势与不足的对比分析，将有助于国内早期溢流监测技术的进一步研究。
井口导管液面监测方法简单实用，对于早期溢流监测的及时性也较传统的泥浆池液面监测方法有很大的提高。然而不足之处就是不能获得侵入井筒的溢流体积。
1.2 钻井液流量计监测 天然气溢流的进入，必会使得循环流体总体积增加，致使钻井液出口流量增大。通过实时监测返出钻井液的出口流量（如质量流量、体积流量、累积流量）变化，即可实现对溢流的实时监测。由于多数流量计必须在满管情况下才能准确计量，所以一般安装在导管旁路上，如图1。
目前钻井液出口流量的监测方法也多种多样，但由于受到钻井液性能（粘度、密度、含气率）、泥浆泵振动、回流管回流、测量仪器限制等影响，对早期溢流的监测，都不同程度的存在着不及时、不精确的问题。
1.3 改进流量监测技术 通常泥浆泵排量的改变、起下钻、泥浆的压缩性、回流管回流以及浮式钻井装置升沉摇动等都会不同程度的影响钻井液出口流量。改进流量监测技术正是通过考虑这些影响因素，对钻井液出口流量进行修正，运用修正过后的流量来对溢流进行快速准确的监测。由于此流量不同于井口的真实流量，也不同于井口的理论流量，因此称之为改进流量。并通过考虑关井后泥浆返出管中的泥浆体积和不同工况引起泥浆罐中泥浆体积的变化，对溢流体积进行一定的修正，使得到的溢流体积更加准确。
目前，改进流量监测技术的首次应用（深水钻井中）取得了较好的效果。因此，可对钻井液出口流量进行选择性的修正，推广运用该技术。1.4 随钻环空压力测量技术 当天然气溢流进入井筒时，必会引起井底附近环空压力场的变化。随钻环空压力测量技术正是通过实时监测井底环空压力，并与水力计算模型或正常井底压力趋势线上的值对比，来实现对早期溢流的及时监测。另外，随钻环空压力测量技术能通过实测钻柱内外压力，实时修正钻井液流变模型，建立精确反映井筒流体流动规律特征的水力模型；并准确有效地测量地层压力，提高了溢流监测的精度。
然而，井底环空压力是钻井液环空流动压耗和钻井液静压力综合作用的结果，受施工排量、溢流侵入量等影响较大，给早期溢流的监测增加了难度。
1.5 立压套压监测技术 目前，立压套压监测技术主要用于控压钻井。随着溢流进入环空中上升膨胀，环空部分钻井液被置换，致使环空液柱压力降低，从而导致立压降低，进而回压升高。立压套压监测技术正是通过在立管和套管出口安装压力传感器，实时监测立压和套压的变化，来实现对早期溢流及时、准确的监测。
当然，不同的钻井施工参数或是井下复杂状况（井漏、钻柱刺漏、桥塞）都会影响立压和套压。目前，国外研制的自动溢流监测系统将压力变化、溢流体积以及压力变化持续时间等因素综合考虑，实现了对早期溢流准确的监测。
然而，该自动溢流监测系统使用时，需要根据不同施工参数，反复调试、校正，不易被现场人员掌握。
1.6 声波监测技术 气液两相流理论研究成果表明，当天然气溢流进入井眼环空后，通常在井底是以泡状流出现。另外由声波传播理论可知，声脉冲信号在纯泥浆单相流中的传播速度远高于含气泥浆两相流中的传播速度。声波监测技术正是基于上述两原理，以泥浆泵的压力波动为波源，同时在进口和出口分别安装传感器，接受波信号。通过相移曲线法或概率密度处理技术分析比较两个传感器所接收的信号，便可及时的监测到气侵的发生，并计算出气侵高度和井底进气量。
声波检测虽然能及时地监测到溢流，但是声波信号容易受钻井施工参数影响、钻井设备等干扰，同时还存在判断失真等不足。
2.2 早期溢流监测方法选择 早期溢流监测方法的选择，不仅要考虑各种早期溢流监测方法的优缺点，更要考虑不同钻井方式的溢流特点。表2分析了不同钻井方式溢流的特点，并结合表1推荐了相应的早期溢流监测方法，便于在工程中运用。
然而，早期溢流监测技术必将向着及时性、高效性发展。为此，国内应进一步开展以下几方面研究：①根据不同的情况，对钻井液出口流量和溢流体积进行修正，使早期溢流监测更加及时、获得的溢流体积更加准确。②加强专门针对溢流的井下监测设备和声波信号处理技术的研究。③对现有监测技术进行一定集成、优化处理，使之同时实现多种工况条件下的早期溢流监测。
4 结论
①早期溢流监测作为井控工作的重要部分，取得了丰富的研究成果。根据不同原理、不同监测方式的早期溢流监测方法多种多样，但总的说来，井下监测较地面监测更加及时。
②通过地面监测和井下监测方法的同时使用，实现对溢流的及时监测，并获得溢流的准确体积，将为接下来的井控工作赢得了主动权。
③及时性与高效性将是早期溢流监测技术的发展方向。
④目前国内早期溢流监测技术跟国外还有一定差距，因此要求国内学者针对不足加大研究力度。
参考文献：
孙晓峰，李相方，齐明明等．溢流期间气体沿井眼膨胀规律研究[J].工程热物理学报，2009，30（12）．
邓勇，刘绘新．超深井早期微量溢流监测技术研究[J].西部探矿工程，2010，（9）：58-60．
[3]江汉秀.一种快速判断溢流和井漏的新仪器和新方法[J].西安石油学院院报，2000，15（3）：29-30．
[4]，张志东，李淼等.早期溢流监测方法[J].油气田地面工程，2012
[5]卓鲁斌，葛云华．深水钻井早期井涌监测方法及其未来趋势[J]．石油钻采工艺，2009，31（1）：22-26．
[6]Lan Mills，Donald Reritma．Simulator and the First Field Test Results of an Automated Early Kick Detection System That Uses Standpipe Pressure and Annular Discharge Pressure，SPE 156902，2012．
[7]范军.油气井动态井控理论模型及计算机仿真研究[D].成都：西南石油大学，1998．
[8]卢志红，高兴坤，曹锡玲.气侵期间环空气液两相流模拟研究[J].石油钻采工艺，2008，30（1）：25-28．
[9]宋荣荣，孙宝江，刘晓兰．井筒气侵后井底压力变化的计算分析[J]．断块油气田，2011，（7）．
[10]王瑞娥，汪海阁．水平井压井方法[J]．钻采工艺，2005，（2）：11-12．
[11]杨进，曹式敬．深水石油钻井技术现状及发展趋势[J]．石油钻采工艺，2008，30（2）：11-13．
Abstract： The rapid detection of early kick will win valuable time for the kick's preclude and the reconstruction of pressure balance in the drilling process， which greatly reduce the risk of secondary well control. At present， there are many methods for the rapid detection of early kick， mainly including wellhead catheter liquid level monitoring， drilling fluid flow meter monitoring， differential flow out monitoring technology， Standpipe and Discharge Pressure monitoring， and acoustic monitoring technology. Based on the contrast of the advantages and disadvantages of these methods and the analysis of characteristics of influx of different drilling ways， the corresponding early kick monitoring methods are recommen
摘自：学术论文格式模板www.udooo.com
ded. And improvement opinions for the domestic insufficient were also suggested. The results of this study will he certain guide and reference value for the further research of fast and accurate detection of early kick.关键词： 溢流；溢流监测；井控；监测技术
Key words： kick；kick detection；well control；monitoring technology
1006-4311（2013）05-0027-03
0 引言
钻井过程中，若侵入井筒的天然气溢流未被及时发现并得到有效控制，将促使更多的天然气溢流进入井筒，并在运移过程中不断膨胀。在接近井口时，天然气溢流的急剧膨胀将导致井涌、甚至井喷，从而造成重大的安全事故。因此，早期溢流的及时监测，对井控安全具有重要的意义。目前，早期溢流监测技术主要包括井口导管液面监测技术、钻井液流量计监测技术、随钻环空压力测量监测技术、声波监测技术和国外最新进展的立压套压监测技术以及改进流量监测技术。然而，上述各种监测方法都有其独特的优势，但也存在着较多不足。而对这些优势与不足的对比分析，将有助于国内早期溢流监测技术的进一步研究。
1 早期溢流监测方法
1.1 井口导管液面监测 由于井口导管横截面积较小，对侵入井眼中的少量溢流，井口导管液面也会有较大的波动。井口导管液面监测技术正是通过监测导管中钻井液的液面高度来监测溢流。具体做法就是利用连通原理，在井口导管侧壁开孔引出一个L型的支管，通过安装在支管上面的声纳测深装置来实时监测导管液面高度，当液面高度超过所规定的值时，就自动报警，从而实现对溢流的及时监测。井口导管液面监测方法简单实用，对于早期溢流监测的及时性也较传统的泥浆池液面监测方法有很大的提高。然而不足之处就是不能获得侵入井筒的溢流体积。
1.2 钻井液流量计监测 天然气溢流的进入，必会使得循环流体总体积增加，致使钻井液出口流量增大。通过实时监测返出钻井液的出口流量（如质量流量、体积流量、累积流量）变化，即可实现对溢流的实时监测。由于多数流量计必须在满管情况下才能准确计量，所以一般安装在导管旁路上，如图1。
目前钻井液出口流量的监测方法也多种多样，但由于受到钻井液性能（粘度、密度、含气率）、泥浆泵振动、回流管回流、测量仪器限制等影响，对早期溢流的监测，都不同程度的存在着不及时、不精确的问题。
1.3 改进流量监测技术 通常泥浆泵排量的改变、起下钻、泥浆的压缩性、回流管回流以及浮式钻井装置升沉摇动等都会不同程度的影响钻井液出口流量。改进流量监测技术正是通过考虑这些影响因素，对钻井液出口流量进行修正，运用修正过后的流量来对溢流进行快速准确的监测。由于此流量不同于井口的真实流量，也不同于井口的理论流量，因此称之为改进流量。并通过考虑关井后泥浆返出管中的泥浆体积和不同工况引起泥浆罐中泥浆体积的变化，对溢流体积进行一定的修正，使得到的溢流体积更加准确。
目前，改进流量监测技术的首次应用（深水钻井中）取得了较好的效果。因此，可对钻井液出口流量进行选择性的修正，推广运用该技术。1.4 随钻环空压力测量技术 当天然气溢流进入井筒时，必会引起井底附近环空压力场的变化。随钻环空压力测量技术正是通过实时监测井底环空压力，并与水力计算模型或正常井底压力趋势线上的值对比，来实现对早期溢流的及时监测。另外，随钻环空压力测量技术能通过实测钻柱内外压力，实时修正钻井液流变模型，建立精确反映井筒流体流动规律特征的水力模型；并准确有效地测量地层压力，提高了溢流监测的精度。
然而，井底环空压力是钻井液环空流动压耗和钻井液静压力综合作用的结果，受施工排量、溢流侵入量等影响较大，给早期溢流的监测增加了难度。
1.5 立压套压监测技术 目前，立压套压监测技术主要用于控压钻井。随着溢流进入环空中上升膨胀，环空部分钻井液被置换，致使环空液柱压力降低，从而导致立压降低，进而回压升高。立压套压监测技术正是通过在立管和套管出口安装压力传感器，实时监测立压和套压的变化，来实现对早期溢流及时、准确的监测。
当然，不同的钻井施工参数或是井下复杂状况（井漏、钻柱刺漏、桥塞）都会影响立压和套压。目前，国外研制的自动溢流监测系统将压力变化、溢流体积以及压力变化持续时间等因素综合考虑，实现了对早期溢流准确的监测。
然而，该自动溢流监测系统使用时，需要根据不同施工参数，反复调试、校正，不易被现场人员掌握。
1.6 声波监测技术 气液两相流理论研究成果表明，当天然气溢流进入井眼环空后，通常在井底是以泡状流出现。另外由声波传播理论可知，声脉冲信号在纯泥浆单相流中的传播速度远高于含气泥浆两相流中的传播速度。声波监测技术正是基于上述两原理，以泥浆泵的压力波动为波源，同时在进口和出口分别安装传感器，接受波信号。通过相移曲线法或概率密度处理技术分析比较两个传感器所接收的信号，便可及时的监测到气侵的发生，并计算出气侵高度和井底进气量。
声波检测虽然能及时地监测到溢流，但是声波信号容易受钻井施工参数影响、钻井设备等干扰，同时还存在判断失真等不足。
2 早期溢流监测方法对比与选择
2.1 早期溢流监测方法对比 上述各种早期溢流监测方法都有其独特的优势，但也有其不足。现将各种监测方法的基本原理、监测精度以及优缺点等进行对比分析，结果如表1。2.2 早期溢流监测方法选择 早期溢流监测方法的选择，不仅要考虑各种早期溢流监测方法的优缺点，更要考虑不同钻井方式的溢流特点。表2分析了不同钻井方式溢流的特点，并结合表1推荐了相应的早期溢流监测方法，便于在工程中运用。
3 发展趋势
目前，国外的早期溢流监测系统具有较高的综合性，能在一定程度上实现复杂井下条件（井漏、桥塞、刺漏），针对不同工况（钻进、起下钻、接单根）的早期溢流的监测。但系统的调试、校对，维护等工作，对现场工作人员要求较高，在一定程度上增加了其使用的风险性。而目前国内早期溢流监测的不足主要体现在以下几个方面：①依据膨胀原理的地面监测方法，虽简单实用，但在溢流的发现时间上会有一定滞后，且对于水平井、深井超深井等滞后的时间更长。②井下监测方法虽然及时，但随钻环空压力监测中使用的井下随钻测量装置大都综合性较高，成本也较高；声波监测中的声波信号易受干扰，存在判断失真等问题。③监测技术自动化程度、效率相对较低，难同时实现不同工况条件下的早期溢流监测。然而，早期溢流监测技术必将向着及时性、高效性发展。为此，国内应进一步开展以下几方面研究：①根据不同的情况，对钻井液出口流量和溢流体积进行修正，使早期溢流监测更加及时、获得的溢流体积更加准确。②加强专门针对溢流的井下监测设备和声波信号处理技术的研究。③对现有监测技术进行一定集成、优化处理，使之同时实现多种工况条件下的早期溢流监测。
4 结论
①早期溢流监测作为井控工作的重要部分，取得了丰富的研究成果。根据不同原理、不同监测方式的早期溢流监测方法多种多样，但总的说来，井下监测较地面监测更加及时。
②通过地面监测和井下监测方法的同时使用，实现对溢流的及时监测，并获得溢流的准确体积，将为接下来的井控工作赢得了主动权。
③及时性与高效性将是早期溢流监测技术的发展方向。
④目前国内早期溢流监测技术跟国外还有一定差距，因此要求国内学者针对不足加大研究力度。
参考文献：
孙晓峰，李相方，齐明明等．溢流期间气体沿井眼膨胀规律研究[J].工程热物理学报，2009，30（12）．
邓勇，刘绘新．超深井早期微量溢流监测技术研究[J].西部探矿工程，2010，（9）：58-60．
[3]江汉秀.一种快速判断溢流和井漏的新仪器和新方法[J].西安石油学院院报，2000，15（3）：29-30．
[4]，张志东，李淼等.早期溢流监测方法[J].油气田地面工程，2012
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，（3）．[5]卓鲁斌，葛云华．深水钻井早期井涌监测方法及其未来趋势[J]．石油钻采工艺，2009，31（1）：22-26．
[6]Lan Mills，Donald Reritma．Simulator and the First Field Test Results of an Automated Early Kick Detection System That Uses Standpipe Pressure and Annular Discharge Pressure，SPE 156902，2012．
[7]范军.油气井动态井控理论模型及计算机仿真研究[D].成都：西南石油大学，1998．
[8]卢志红，高兴坤，曹锡玲.气侵期间环空气液两相流模拟研究[J].石油钻采工艺，2008，30（1）：25-28．
[9]宋荣荣，孙宝江，刘晓兰．井筒气侵后井底压力变化的计算分析[J]．断块油气田，2011，（7）．
[10]王瑞娥，汪海阁．水平井压井方法[J]．钻采工艺，2005，（2）：11-12．
[11]杨进，曹式敬．深水石油钻井技术现状及发展趋势[J]．石油钻采工艺，2008，30（2）：11-13．