挪威石油技術(shù)研究院（Norce）近日公布其研發(fā)的井眼內(nèi)，實(shí)時(shí)鉆井液密度測(cè)量裝置，即實(shí)時(shí)測(cè)量在井眼內(nèi)溫度與壓力不斷變化條件下，鉆井液真實(shí)密度。此項(xiàng)技術(shù)是全自動(dòng)鉆井工藝的一個(gè)分支，對(duì)于加強(qiáng)鉆井過(guò)程中的井控環(huán)節(jié)、提前預(yù)防井噴與井漏事故、提高鉆井效率與降低鉆井成本具有重要作用。

在鉆井過(guò)程中，始終在井眼內(nèi)保持循環(huán)的鉆井液，會(huì)受跨度很大的壓力和溫度等外界條件制約，以至于鉆井液密度在不同井段中存在較大差異。因此，作業(yè)者均懂得準(zhǔn)確測(cè)量鉆井液的密度，并切實(shí)厘清鉆井液真實(shí)密度對(duì)于井眼內(nèi)壓力和溫度的依賴性，對(duì)于鉆井司鉆精確估計(jì)井眼內(nèi)的靜水壓和動(dòng)水壓極為重要。

在世界各地，作業(yè)者通常使用泥漿天平，手動(dòng)測(cè)量從井眼內(nèi)所采集鉆井液的密度。然后，操作者根據(jù)流體組分PVT（壓力與體積及溫度）特性，以及相對(duì)比例，估算鉆井液密度與井眼內(nèi)壓力和溫度相互函數(shù)關(guān)系，常稱為PVT特性。然而，人工測(cè)量鉆井液密度，由于受鉆井液混合物成分的變化，以及各成分PVT特性的不確定性，可能導(dǎo)致鉆井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液密度測(cè)量不準(zhǔn)確。Norce為了克服技術(shù)缺憾，研發(fā)了一種直接自動(dòng)測(cè)量井眼中鉆井液PVT特性的裝置。

實(shí)時(shí)測(cè)量鉆井液密度的裝置基本原理，是通過(guò)流體內(nèi)的聲速測(cè)量鉆井液在特定壓力和溫度條件下的密度。具體來(lái)說(shuō)，是作業(yè)者根據(jù)液體混合物中的聲速變化，估算鉆井液的絕熱壓縮特性。裝置還利用自身安裝的熱交換器，通過(guò)熱交換器可以估算鉆井液“導(dǎo)熱系數(shù)”和“容積比熱”。裝置內(nèi)安裝的電腦，可以結(jié)合“容積比熱”“熱導(dǎo)率”和“絕熱壓縮率”，計(jì)算出等鉆井液“等溫壓縮率”。結(jié)合在其他測(cè)量參數(shù)，比如井眼內(nèi)的不同壓力和溫度條件下的監(jiān)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)井眼內(nèi)鉆井液特性。包括業(yè)已形成的流體抽汲狀態(tài)，以及相匹配的PVT特性模型。

鉆井液質(zhì)量密度是計(jì)算井內(nèi)靜水壓力的重要信息，同時(shí)也是黏性摩擦計(jì)算的一個(gè)重要參數(shù)，因?yàn)槠涑霈F(xiàn)在Navier-Stokes方程中，也是計(jì)算鉆柱扭矩和阻力或鉆柱動(dòng)力學(xué)性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

Norce研發(fā)人員通過(guò)鉆井液密度測(cè)量裝置的自動(dòng)與連續(xù)工作，準(zhǔn)確地提供井眼內(nèi)鉆井液的實(shí)際PVT特性。該裝置與井場(chǎng)上的自動(dòng)鉆井系統(tǒng)聯(lián)合作業(yè)，可以提高鉆井過(guò)程的整體工藝精度。專家指出，如果適當(dāng)簡(jiǎn)化裝置配置，還可以使這套裝置適用于任何類型的鉆井作業(yè)。Norce鉆井專家指出，深刻了解井眼內(nèi)鉆井液的PVT特性，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆井作業(yè)期間的井底壓力非常重要。隨著鉆井工藝的復(fù)雜化，鉆井液成分也趨于更多變化。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)，類似原來(lái)那樣，作業(yè)者僅基于一種壓力和溫度條件下進(jìn)行的零星鉆井液密度監(jiān)測(cè)，很難準(zhǔn)確給出井眼內(nèi)液體的PVT特性。

在研發(fā)過(guò)程中，技術(shù)人員推出一種模擬井眼環(huán)境模型。該模型需要6組井眼內(nèi)的壓力和溫度參數(shù)，進(jìn)行特定井眼條件下的某種鉆井液PVT特性的校準(zhǔn)。在實(shí)際使用過(guò)程中，作業(yè)者發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到井眼循環(huán)時(shí)鉆井液所顯示的壓力和溫度參數(shù)，遠(yuǎn)高于利用常規(guī)方式監(jiān)測(cè)到的壓力與溫度參數(shù)，作業(yè)者認(rèn)為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井眼內(nèi)壓力與溫度的精度是可信的。此外，作業(yè)者還發(fā)現(xiàn)，在安裝一個(gè)傳感器情況下，如果仍然堅(jiān)持利用6組不同的壓力和溫度參數(shù)確定模擬函數(shù)，則會(huì)延遲收到鉆井液密度信息，或者依然需要加裝相對(duì)復(fù)雜的水力機(jī)構(gòu)。

近年來(lái)，Norce專家對(duì)鉆井液密度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行多處改進(jìn)。他們采取同時(shí)監(jiān)測(cè)井眼內(nèi)鉆井液中的聲速與密度方法，這樣可以將原來(lái)監(jiān)測(cè)6組壓力與溫度參數(shù)的操作流程，改進(jìn)為監(jiān)測(cè)3組參數(shù)。具體實(shí)施方法，是添加幾個(gè)額外的溫度傳感器，即可同時(shí)預(yù)測(cè)井眼內(nèi)的“容積比熱”和“導(dǎo)熱系數(shù)”。