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随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用思考随钻地层压力监测技术是一种在钻井过程中实时监测地层压力变化的技术，它能够为钻井工程提供重要的地质信息，帮助工程师更好地掌握井下情况，优化钻井设计和操作，降低钻井风险。
随钻地层压力监测技术在钻井工程中具有重要的应用意义，本文将从技术的原理、应用优势和发展趋势等方面对其进行探讨和思考。
一、技术原理随钻地层压力监测技术主要是通过在钻头下安装传感器，实时监测钻井液循环系统中的压力变化，从而推算出地层的压力情况。
传感器主要包括压力传感器和流量传感器，通过采集钻井液循环系统中的压力和流量数据，结合地层参数和流体动力学模型，可以较为准确地计算出地层压力。
这种技术在钻井过程中的应用，可以实现对井下地层压力变化的实时监测，为钻井工程提供可靠的地质信息。
二、应用优势1. 提高钻井安全性随钻地层压力监测技术可以实时监测地层的压力变化，及时预警井下的地质灾害风险，例如井漏、井喷等情况，从而有助于提高钻井的安全性。
2. 优化钻井设计通过实时监测地层压力，可以更准确地了解井下地质情况，有利于调整钻井设计方案，降低钻井风险，提高钻井效率。
3. 减少钻井成本对地层压力的准确监测和控制，可以减少不必要的钻井损失，降低钻井成本。
4. 改善油气井产量合理控制地层压力，可以降低油气井的产量下降速度，从而延长油气井的产能，提高油气开采效率。
三、发展趋势随钻地层压力监测技术在国内外油气开采领域得到了广泛应用，但仍存在一些问题和挑战。
随着油气勘探开发深度和复杂度的提高，对随钻地层压力监测技术的提出了更高的要求。
未来随钻地层压力监测技术的发展趋势主要集中在以下几个方面：1. 多元化监测手段目前随钻地层压力监测技术主要依靠钻井液循环系统中的压力和流量传感器进行监测，技术单一局限性较大。
未来将借助声波、电磁、地震等多元化监测手段，开发出更多的地层监测技术，提高监测精度和可靠性。
2. 智能化监测系统随钻地层压力监测技术将朝着智能化方向发展，结合人工智能、大数据等技术，实现对地层压力变化的智能预测和控制，提高技术的自动化水平。
随钻压力测量系统的研制与现场试验张涛;柳贡慧;李军;李立昌;王帅;谭天宇【摘要】The balance relationship between bottom hole annulus pressure and formation pressure is a key factor to affect the drilling operation safety. Because of the complex and various situation underground, there is a big error between the actual bottomhole pressure and calculated one. The paper introduced a PWD system which can measure the parameters of weight on bit (WOB), torque, annulus pressure, annulus temperature, pressure inside the drill string, etc., and transmit the measurement data to the ground in real time. With the real time measurement data, the wellbore hydraulic model can be corrected in real time, and the underground situation can be interpreted in real time, what is more, the drilling accident can be predicted in real time. The field test proves the accuracy and reliability of the measurement system. Compared with the storage PWD system, this measurement system is more accurate, and has the function of transmitting the measured data in real time, so it can offer powerful technical support for drilling operation.%井底环空压力与地层压力的平衡关系是影响钻井作业安全的重要因素.由于井下工况复杂多变,而目前通过水力模型理论计算所得的井底压力与实际压力值存在较大的误差.文中介绍了一种可以测量近钻头处钻压、扭矩、环空压力、环空温度及钻柱内压力等参数并将测量数据实时传输至地面的随钻压力测量系统(PWD).依靠PWD的实时测量数据,可以实时修正井筒水力模型,解释井底工况,预测钻井事故.现场试验证明,该测量系统测量参数准确、工作稳定可靠.通过与存储式PWD测量数值对比,该测量系统有较高的测量精度,具有实时传输测量数据功能,可为钻井作业提供有力的技术支持.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】3页(P20-22)【关键词】PWD;随钻测压;井底压力;测量【作者】张涛;柳贡慧;李军;李立昌;王帅;谭天宇【作者单位】中国石油大学,北京102249;中国石油大学,北京102249;北京信息科技大学,北京100085;中国石油大学,北京102249;渤海钻探工程技术研究院华北分院,河北任丘062552;渤海钻探工程技术研究院华北分院,河北任丘062552;渤海钻探工程技术研究院华北分院,河北任丘062552【正文语种】中文【中图分类】TE249近钻头处的井底环空压力是影响钻井作业安全的重要参数，也是控压钻井中必不可少的技术参数［1-5］。
第五节随钻地层压力检测“正常”的地层流体压力大致等于流体液柱中的静水压力。
地层流体压力有时比静水压力高，有时比静水压力低。
两种“不正常”的压力条件都能引起钻井事故，而工业生产中最为关心的是异常高压，有时称之为地质压力。
一、基本概念1、静水压力(Hydrostatic Pressure)静水压力是指单位液体重量与静液柱垂直高度的乘积。
与液柱的直径和形状无关。
静水压力的计算公式如下：10dH Ph ⨯=式中P h－静水压力，kg/cm2d－钻井液重量，g/cm3H－垂直深度，m2、帕斯卡定律(Pascal’s Law)帕斯卡定律阐述了静止流体中任何一点上各个方向的静水压力大小相等。
通过流体可以传递任何施加的压力，而不随距离的变化而降低。
根据帕斯卡定律，静水压力在液柱中给定的深度上，作用于任何方向上。
3、静水压力梯度（Hydrostatic Pressure Gradient ）静水压力梯度是指每单位深度上静水压力的变化量。
这个值描述了液体中压力的变化，表示为单位深度上所受到的压力。
其计量单位是kgF/cm 2/m 。
录井人员常用体积密度（g/cm3）来描述静水压力梯度，以便于同钻井液密度相对比。
静水压力梯度的计算公式如下：10V h PGP H P H == 式中 H PG －静水压力梯度，kg/cm 2/mP h －静水压力，kgf/cm 2 P v －单位体积质量，g/cm 3 H －实际垂直深度，m 。
应用体积密度（g/cm 3）时，静水压力梯度H G 的计算公式如下：V hG P LP H ==10 式中 H G －静水压力梯度，g/cm 34、地层孔隙压力（Pore Pressure ）地层孔隙压力是指作用在岩石孔隙中流体上的压力。
对于现场计算，孔隙压力与流体液柱的密度及垂直深度有关。
对于正常压力系统的地层，给定深度的真实孔隙压力等于液柱压力与流体流动的压力损失及温度效应的总和。
计算孔隙压力的公式为：10H d P f F ⨯=式中 P F －孔隙压力，kg/cm 2d f －流体密度，g/cm 3 H －真实垂直深度，m5、地层孔隙压力梯度（Pore Pressure Gradient ）地层孔隙压力梯度是指单位深度上地层孔隙压力的变化量。
随钻地层压力监测技术在钻井工程上的应用思考随着石油勘探开发的不断深入和海洋石油开发的迅猛发展，油气田的开发条件越来越复杂，随之而来的是钻井地质情况的复杂多变。
随钻地层压力监测技术因其及时、准确的特点，被广泛应用于钻井工程中。
本文将从随钻地层压力监测技术的原理、优势和在钻井工程中的应用思考进行分析，以期对该技术在钻井工程上的应用有更深层次的理解。
一、随钻地层压力监测技术的原理随钻地层压力监测技术是利用现代化的钻井工具，在施工过程中实时监测地层压力的变化趋势。
通过地面测井或地底测井，可以在实时地将钻井过程中地层的信息传输至地面，以供钻井人员进行实时分析，并根据地层的不同情况，调整钻井参数，最大限度地保证了钻井的安全和施工的高效性。
1. 应力分布的测量：通过测量井下的岩石应力分布，可以帮助钻井人员更好地掌握井下地层的力学性质，从而合理调整钻井参数，确保钻井作业的安全性和有效性。
2. 压力变化的监测：钻井过程中地层的压力变化是非常常见的，通过随钻地层压力监测技术，可以实时监测到地层压力的变化趋势，帮助钻井人员及时调整钻井参数，避免因压力变化带来的危险。
3. 井下信息的传输：通过随钻地层压力监测技术，可以实现井下地层信息的实时传输，这为钻井人员提供了极大的便利，可以更快速地做出决策，提高钻井作业的效率。
以上便是随钻地层压力监测技术的原理及其作用，这项技术的实施为钻井工程提供了更安全、更高效的保障。
随钻地层压力监测技术有着诸多优势，以下就其优势进行详细阐述：1. 及时性：随钻地层压力监测技术可以在钻井过程中实时地获取地层信息，及时提供给钻井人员决策参考，避免了因信息延迟而导致的风险。
2. 准确性：通过随钻地层压力监测技术，可以精准地获取井下地层的各种参数信息，确保了钻井作业及施工的准确性。
3. 安全性：随钻地层压力监测技术可以帮助钻井人员全面了解井下地层情况，及时发现潜在的危险，从而有效避免事故的发生。
4. 节约成本：通过实时监测地层情况，随钻地层压力监测技术可以帮助钻井人员合理调整钻井参数，避免无效的施工，提高施工的效率，减少了施工成本。
随钻测量随钻测井技术现状及研究随钻测量(measure while drilling，MWD)技术可以在钻进的同时监测一系列的工程参数以控制井眼轨迹，提高钻井效率。
随钻测井(logging while drilling，LWD)技术可以不中断钻进监测一系列的地质参数以指导钻井作业，提高油气层的钻遇率[1-5]。
近年来，油气田地层状况越来越复杂，钻探难度越来越大。
在大斜度井、大位移井和水平井的钻进中，MWD/LWD是监控井眼轨迹的一项关键技术[6-8]，是评价油气田地层的重要手段[9]，是唯一可用的测井技术[3]，而常规的电缆测井无法作业[10]。
国外的MWD/LWD技术日趋完善，而国内起步较晚，技术水平相对落后，国际知识产权核心专利较少[9]，与国外的相关技术有一段差距。
本文介绍国内外MWD/LWD相关产品的技术特点和市场应用等情况，分析国内技术落后的原因以及应对措施。
1 国外MWD/LWD技术现状20世纪60年代前，国外MWD的尝试都未能成功。
60年代发明了在钻井液柱中产生压力脉冲的方法来传输测量信息。
1978年Teleco公司开发出第一套商业化的定向MWD系统，1979年Gearhart Owen公司推出NPT定向/自然伽马井下仪器[10]。
80年代初商用的钻井液脉冲传输LWD 才产生，例如：1980年斯伦贝谢推出业内第一支随钻测量工具M1，但仅能提供井斜、方位和工具面的测量，应用比较受限，不能满足复杂地质条件下的钻井需求[11]。
1996年后，MWD/LWD技术得到了快速的发展。
国际公认的三大油服公司：斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯，其MWD/LWD技术实力雄厚，其仪器耐高温耐高压性能好、测量精度高、数据传输速率高，几乎能满足所有油气田的钻采，在全球油气田均有应用。
斯伦贝谢经过长期的技术及经验积累，其技术特点为高、精、尖、专，业内处于绝对的领先地位[12-15]，是全球500强企业。
LWD的技术主要体现在智能性、高效性、安全性[10]。
随钻地层压力检测随钻地层压力检测是钻井中非常重要的一项技术，它通过对钻井过程中地层压力的实时监测，可以帮助钻井工程师做出正确的钻井决策，降低钻井事故发生率，提高钻井效率和钻井质量。
本文将对随钻地层压力检测的原理、方法和应用进行详细介绍。
一、随钻地层压力检测的原理随钻地层压力检测的原理与杨氏模量定律有关。
杨氏模量是固体材料的一种弹性模量，在应力作用下，杨氏模量越小，则固体的周围表面变形越大。
在钻井过程中，地层中的岩石是固体材料，当钻头在岩石上钻进去时，会产生应力作用，使得周围的岩石受到压缩，形成应力。
如果地层中的岩石属于非均质性地层，那么不同深度、不同类型的岩石受到的应力也会不同，因此在进行钻井时，如果能够实时监测到地层中不同深度的压力值，就可以更加精确地判断地层类型和性质，从而做出正确的钻井决策。
二、随钻地层压力检测的方法随钻地层压力检测的方法主要有两种：一种是通过钻井液循环监测地层压力，另一种是通过安装随钻地层压力感应器实时监测地层压力。
1、通过钻井液循环监测地层压力在钻井过程中，钻井液不仅能起到润滑和冷却的作用，还可以通过变化的压力来反映地层的压力情况。
在液循环系统中，钻井液的流动速度和压力大小是可以通过仪器进行实时监测的。
当钻头钻进地层时，压力的变化就能够反映出地层中的压力情况。
通过对液压系统中高低压差的监测，可以得到地层压力值的近似估算。
2、通过安装随钻地层压力感应器实时监测地层压力随钻地层压力感应器一般是安装在钻杆上，可以实时测量地层压力，输出地层压力数据，包括静态压力和动态压力。
静态压力是指钻头不受力时钻柱内的压力，用来确定地层结构和压力的水平梯度；动态压力则是指钻头在不同深度下钻进岩石时所受到的压力，用来判断岩石类型和性质。
通过随钻地层压力感应器的安装，可以对地层压力进行高精度、实时的监测和分析，为钻井工程师提供重要的决策依据。
三、随钻地层压力检测的应用随钻地层压力检测可以应用于多个方面，比如确定井筒下端孔段位置、预测地层高压区、识别地层异常、评价井壁稳定性、判断地质条件和可钻性等。
地层压力随钻测量原理样机研制郑俊华;钱德儒;王磊;宗艳波;王强【摘要】地层压力是钻井工程所需的重要参数.随钻测量地层压力精度高,根据该数据可提高钻井效率,降低钻井风险.通过三维可视化虚拟设计及插装式液压元件集成设计等方法,解决了高输出压力微型液压系统研发等关键技术,研制了地层压力随钻测量原理样机.建立了井下环境模拟实验装置,通过对比实验装置预设值与测量短节测量值,验证了样机测量原理的正确性.在模拟井内考察了原理样机整机工作稳定性,从指令下发、仪器启动、探头坐封到抽吸流体等一系列动作准确无误,样机各功能短节匹配合理.原理样机的研制成功为工程样机的研发奠定了技术基础.%Formation pressures are key parameters in drilling engineering.With high accuracy, MWD formation pressures can be used to enhance drilling efficiency and minimize drilling risk.By using 3D visual virtual design and integral design of plug-and-play hydraulic elements, key techniques have been developed for miniature hydraulic systems with high output pressures.In fact, prototypes for MWD of formation pressures have been developed.In addition, testing apparatus for simulation of downhole environments have been constructed.By comparing pre-set values with measured values in measuring subs, accuracy of such prototypes can be verified.Reliability of such prototypes have been reviewed in the simulation well as well.Test results show these prototypes can perform a series of actions, from order issuing, instrument start-up, seating of sensors to suction of relevant fluids, accurately.At the same time, various functional subs cooperated well with each other.Successful development of suchprototypes may provide reliable foundation for research and development of engineering prototypes in future.【期刊名称】《特种油气藏》【年(卷),期】2017(024)002【总页数】5页(P170-174)【关键词】地层压力;随钻测量;原理样机;测量短节;液压系统;电源短节;信号传输模块【作者】郑俊华;钱德儒;王磊;宗艳波;王强【作者单位】中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;中国航天科技集团公司烽火机械厂,四川成都 611130【正文语种】中文【中图分类】TE928随着油田的深入开发，地层压力异常现象频繁出现。
地层压力随钻测量技术可实时测量地层压力数据，掌握复杂断块油藏多元注采情况下地层压力异常状况，实现复杂地层压力条件下调整井优快钻井。
为验证地层压力随钻测量原理的正确性与适用性，研制了原理样机[1-3]，并进行了室内评价。
地层压力随钻测量原理样机由测量短节、电源短节、信号传输模块、地面信号处理模块等部分组成。
测量短节可测量地层压力、环空压力、管柱压力、井底温度等参数。
测量数据通过信号传输模块实时上传地面，信号传输采用电磁波传输方式，数据传输速率高，满足测量短节大容量数据传输要求。
地面信号处理模块接收电磁信号并分析处理，还原井下测量数据。
电源短节采用高温电池组向测量短节供电，与井下涡轮发电相比，可在停泵模式下测量地层压力，井内压力无波动，对地层压力测量干扰小[4-5]。
原理样机技术参数如下。
(1) 规格参数。
仪器外径为Ø178 mm，长度为10 m。
(2) 测量参数。
地层压力、环空压力、管柱压力测量范围为0～100 MPa，测量精度为±0.1 MPa；温度传感器测量范围为-25～150 ℃，测量精度为±1 ℃。
(3) 工作参数。
耐压不小于100 MPa；耐温为125 ℃；抗扭不小于30 kN·m，抗压不小于100 kN，抗拉不小于200 kN。
2.1 机电液一体化测量短节2.1.1 系统组成机电液一体化测量短节融合机械、电子、液压3种技术[6-9]，是原理样机关键功能短节。
机电液一体化测量短节主要由液压系统、电气控制模块、数据采集模块、测量探头、地层流体抽吸模块等部分组成(图1)。
2.1.2 测量原理地层压力测试原理见图2。
钻进过程中，井下仪器实时监测环空压力phydr1。
钻进至目的层后，测量短节接收地面启动指令开始工作。
电机驱动液压系统将探头推靠至井壁形成密封。
由于探头端部密封垫被挤压变形，其腔体内压力微增至pdd，说明探头与井壁密封良好。
地层流体测试模块通过探头抽吸一定体积地层流体，在测量短节与地层之间建立起压力联系。
抽吸完成后地层流体测试模块腔体压力降低至最低点pfu。
在压差作用下地层流体通过探头向测试腔体内流动，形成压力逐渐恢复的过程。
当测试腔体内压力与地层压力平衡时地层流体停止流动，此时测试腔体内的压力pstop就是地层压力。
数据采集模块实时记录测试腔体内压力变化。
测试结束后，液压系统驱动探头复位，与井壁解封。
测试腔体与环空再次连通，其内部压力由地层压力pstop增长为环空压力phydr2(phydr1=phydr2)。
2.1.3 主要工作系统(1) 液压系统。
微型液压系统是测量短节核心模块，起到驱动探头坐封、抽吸地层流体的作用。
为保证探头密封效果与抽吸能力，对液压系统输出压力有较高要求。
以使用最少的液压元件及管线，实现探头推靠、抽吸流体等基本测量动作为目标设计了液压系统，达到小体积输出高压力的目的[10-17]。
液压系统主要由电机、微型液压泵、微型溢流阀、微型电磁阀等部件组成(图3)。
微型液压系统在井下主要包含3个工序：①探头推靠。
仪器接收到地面下传指令后启动液压系统，电机带动液压泵开始运转，电磁阀6处于左位，电磁阀7打开，电磁阀5关闭，高压油将探头与推靠臂从仪器内推出，探头与井壁形成密封。
②抽吸流体。
电磁阀7关闭，电磁阀5打开，高压流体进入地层流体抽吸腔，推动抽吸活塞抽吸地层流体。
电磁阀5可控制仪器多次抽吸地层流体。
③探头复位。
地层压力恢复平衡后，电磁阀6处于右位，电磁阀5和7打开，高压流体进入探头、推靠臂及抽吸活塞复位腔，地层流体经探头排至环空，准备下一次测量。
(2) 电控系统。
电控系统主要由电机控制板、数据采集板、电源及电源监测模块等组成。
电机控制板、数据采集板与信号传输模块采用RS485通讯协议，信号传输模块为主控节点，数据采集板和电机控制板为从节点。
数据采集板和电机控制板之间采用CAN总线通讯，实现指令传递和数据交互。
信号传输模块负责下传地面控制指令与上传测量数据。
电机控制板控制200 W电机转速及电磁阀开闭逻辑。
数据采集板根据信号传输模块中转的地面下传指令进行地层压力等数据采集、存储和管理，并向液压系统发送启动命令。
数据采集板存储容量为256 M，满足大量测量数据存储要求[18-20]。
2.2 电源短节电源短节由本体、抗压筒、电池组、电池组骨架、电气接口等部分组成(图4)。
电源短节向测量短节供电，为液压系统提供48 V电压电源，为其他电子模块提供24 V电压控制电源。
其中48 V电压电源放电电流为6 A，24 V电压控制电源放电电流为4 A。
电源短节可向测量短节提供测量120个点的电量。
供电单元由高温锂电池组成，与井下涡轮发电相比，机械结构简单，输出电压及电流波动小，有利于测量短节液压及电子系统稳定工作，也可停泵测量地层压力，避免钻井液循环引起的压力波动影响地层压力测量。
电池组内设计了防短路、防反向充电电路，提高了工作安全性。
2.3 信号双向传输模块信号双向传输模块由钻杆天线、绝缘耦合组件、发射机、电源等部分组成(图5)。
该模块具有下发控制指令及上传测量数据2种功能。
通过开停泥浆泵形成的压力波动组合，井下仪器检测环空压力与管柱压力变化，将数据发送给信号传输模块，经分析、计算形成控制指令，启动测量短节。
仪器测量的井下参数多，为更准确地描述地层压力测试曲线，通过信号传输模块上传至地面的数据量较大。
使用电磁波传输数据，最高速率可达到12 bit/s，满足大容量数据传输要求[21]。
3.1 测量短节测试为验证测量短节功能，设计了井下环境模拟实验装置，由模拟井筒、地层压力、环空压力、地层岩心及井底温度模拟模块等部分组成(图6)。
该装置可模拟70 MPa的地层压力、环空压力及125 ℃井底温度。
在模拟井筒外侧壁上设计了地层岩心模拟模块，其内有可更换的岩心，模拟不同岩性与渗透率的地层。
该模块一端与地层压力模拟模块相连，另一端连接模拟井筒内壁，在模拟地层压力作用下，流体介质可以通过岩心向模拟井筒内渗透，模拟地层流体渗流过程[22-24]。
实验时将测量短节密封进模拟井筒，探头伸出后坐封在地层岩心模拟模块一端，进行地层压力测试实验。
将模拟实验装置环空压力设置为9.5 MPa，地层压力设置为8.5 MPa，选用渗透率为320×10-3μm2的岩心。
实验过程中，测量短节测得环空压力为10.0 MPa，地层压力为9.0 MPa，测试曲线如图7所示。
由图7可知：测试过程中形成了压力降及压力恢复的过程，压力平衡后恢复至地层压力，通过对比模拟实验装置预设值与测量短节实测值，测量数据具有较高准确度。
该曲线特征与图2所示理想测试曲线主要特征一致，说明样机测量原理正确[25-35]。
