钻井作业中需要监控系统能够及时传输井下信息，以便快速作出反应，防止井喷、失控事故发生所带来的损失。但在实际操作中，特别是复杂井中相关信息很难及时获取并正确反映。威德福国际公司的安全钻井监控系统把实时监控、自动井控技术与闭环钻井系统结合起来，该系统自2006年引进以来，已在全球应用40多次，使一些难井控的“不可钻井”变成正常井。

    安全钻井监控系统的基础

    实现监控功能的主要设备是闭环循环系统，由安装在防喷器组顶部的旋转控制装置组成，地面控制环空流体流量在很大程度上控制井底压力参数。闭环系统的末端，系统同样提供准确及时的信息，在钻井液入井途中测量流量、立柱压力和密度，环空返出的泥浆通过自动节流管汇，调整系统回压大小。管式流量计和传感器以每秒3次的频率实时采集质量流量、体积流量、钻井液比重和温度数据。

    系统的智能控制装置运用专门算

    法来辨别井底微量流体侵入和泥浆漏失，将这些微小变化与井的水力模式对比，在操作仪表盘显示并传送到智能控制器，从而调整自动节流阀的设置。除积极自动井控外，通过测量钻井液密度可直接提供气侵、重晶石沉降和岩屑沉积信息。

    只需增加几个小体积部件便可达到控制效果，并能与标准钻机有机结合。拥有特殊监控技术的闭环循环系统可提供控制功能，常用于提示人们发生井涌或进一步完善控压钻井工艺，为复杂井安全快速钻进提供有效手段，甚至为高难钻井提供技术参考。

    监控系统井控的优越性

    综合控制能力 闭环钻井系统可准确监测流体流量、井下温度、井底压力和钻井液密度等信息，并自动计算，为自动控制节流阀提供数据，达到控制当量循环密度的目的，控制当量循环密度能使常规钻井很容易转换为控压钻井，完善井控方案，提高井控效率。这种综合能力在复杂井眼条件下可提供更好的控制手段，包括解决普通井控难题的独特能力。例如连续获取并处理钻井液量增减变化数据，可有效区分正常膨胀和井涌。

    控压钻井工艺具备监控能力，使其具有闭环钻井系统和几个关键技术特点，使许多复杂井和“不可钻”井变成可钻井。碳酸盐岩油藏及高温高压井和窄钻井压力范围井最需要控压钻井技术。

    井底精确控压 在恒定井底压力钻井时，深层井段采用控压钻井方法可精确控制当量循环密度，以保持合适的井底压力。在压力范围很窄时，自动监控功能将大大增加钻井施工能力。参数方便可调 该系统对恒定孔隙压力和破裂压力梯度波动反应快速，可将当量循环密度控制在钻井压力允许范围内。只需调整钻井参数，常规钻井便
可转换为恒定井底压力钻井，根据钻井实际需要改变钻井工艺，以达到最佳钻井特性。

    准确判别险情 在井口失返漏失严重地层钻井时，采用加压泥浆帽钻井可解决井漏问题。地层天然裂缝有时会被堵塞，由此造成的压力峰值容易与井涌现象混淆，测量瞬时流量可快速区分裂缝闭合还是井涌。


    减轻气体危害 该系统也能减轻硫化氢气体危害。用闭环系统监控流量，气体侵入量稍一超标，硫化氢气体就会随钻井液和岩屑一起被安全泵入地层。在勘探领域内的广泛应用监控功能用于世界各地的勘探领域。例如，亚洲碳酸盐岩油藏是公认的难钻地层，通过成功应用加压泥浆帽钻井工艺，已将其划分到易钻井型中；处理井口失返严重漏失问题促进了早期控压钻井技术和设备的发展；对具有监控功能的有效措施加以完善，使其在高难井施工中的优势更加突显。

    在深水钻井中引进海上旋转控制设备，是闭环钻井系统的核心，也是对监控功能的补充，这些设备可处理浮式平台上的隔水管和横向摆动等复杂情况。

    对深水钻井而言，监测当量循环密度，并将其控制在窄孔隙压力或破裂压力范围内很重要，解决了井控这一核心问题，风险和成本会大大削减；复杂地层应用后，节约了时间和成本；另外在允许以设计井眼尺寸钻达目标深度的前提下减少了封隔复杂地层套管的下入深度，无需下入大套管柱，也减少了运送船只。

    近期现场试验

    该系统2006年8月首次商业应用在德克萨斯州南部的McAllen Ranch项目上，后在安哥拉海上和巴西陆上油田成功应用，现应用于委内瑞拉、突尼斯、巴基斯坦、北海、地中海、墨西哥湾、西非等国家、地区和海域，成功钻过因井控问题各种尝试都未成功的井。在中东地区的一口深陆地探井中用该系统把套管下得更深，减少了非生产时间。如果没有监控系统处理井涌问题，裸眼钻进根本无法进行。

    埃及深海油田运用该系统成功完成一口高温高压井的钻探。此地区钻井通常会因处理井涌漏失而增加作业时间，安装了闭环循环系统后，利用监控系统提供的信息资料，成功将井底压力控制在孔隙压力和破裂压力允许范围内。

    中东地区加压泥浆帽钻井时，三口海上井应用自动监控系统成功完钻。尽管存在高压硫化氢气体和循环漏失情况，但系统可靠的控制能力增强了作业者成功的信心。在加压泥浆帽钻井停钻期间有硫化氢气体侵入环空，井涌漏失情况比较复杂。

    监测流量和控制压力是决定继续钻进的关键，24小时监测流量，获取压力信号，依此判断压力变化是井涌还是因渗入地层的流体流量变化引起的，可用将其泵回地层的方法解决气侵问题。根据环空气侵量，控制流量使其稍微超过气侵速度，使进入井内气体量很少，防止气体上窜，然后再将其返回井底钻井液和岩屑一起注入地层。控制系统
确保漏失量不变是本次成功的关键。墨西哥一口井在设计套管时预先考虑到封隔高压层，预计孔隙压力9.5磅，钻头接近高压段时，钻井液比重是12.7磅。系统初始位于标准“自动测控井涌”模式下，随着继续钻进，自动系统显示钻井液返出量与下入钻柱体积不符，这表明发生漏失，钻井液正进入地层，孔隙压力和破裂压力梯度之间的范围需将系统转换到“特殊”模式下（图1），相当于恒定井底压力钻井技术，通过监测流量和压力实现连续井控，并且提供最佳起下钻速度以避免抽汲和波动，及时发现井漏，整个钻进过程就不会出现井涌，而这种转换只需使用一台辅助泵（现有钻井泵即可）。

图1 孔隙压力和破裂压力梯度之间的范围需将系
统转换到“特殊”模式

    该系统通过监测流量和压力可连续井控，还能提供最佳起下钻速度以避免抽汲和波动，及时发现井漏，整个钻进过程就不会出现井涌，也就无所谓高压层了。该系统还有高温下能使用井下工具的好处。减少了下套管深度，允许用大直径钻头钻进，比传统钻井方法效率更高。

    用于德克萨斯州东部气井时，开泵后井底处于过平衡状态，停泵时井底压力会减少200psi循环压耗，监测到流量逐渐减少，随即关井，流量还在增大。从停泵到关井花了3分钟，涌入35桶，避免了井喷事故的发生，如果未及时发现流量变化，就可能导致严重的井控事故，甚至损毁整个钻机。