英公司研制光纤传感系统实时显示“井涌”动态

英国达纳石油公司（Dana Petroleum）日前宣布，公司研发可实时显示钻井与完井过程中的“井涌（气涌）”动态光纤传感系统。

在钻井和完井过程中，“井涌”与“井喷”是两个关系油气井安全的重要事件。在钻井现场，作业者尽可能早期检测并“量化”描述气体井涌过程，这对于完成“井控”目标和防止井喷及保障油气井安全至关重要。

达纳石油公司研发人员利用分布式声学传感技术（DAS,Distributed Acoustic Sensor），和分布式温度传感技术（DTS,Distributed Temperature Sensor），可以实时“播报”井眼内多相流变化，现场作业人员可及时识别和验证这些传感技术中的变化特征（指纹），并告知现场钻井司钻及其他工作人员。

为及时、清晰地获得井底“井涌”动态过程，考虑到石油钻井流体力学和气体动力学的复杂性，公司专家明确提出利用大学或科研机构的全尺寸石油设备进行试验与分析。专家表示，只有这样巨额资金投入与真实尺寸钻井设备环境的再造，才可能正确描述与再现钻井与完井过程中的井涌与井喷事件。

目前世界上只有美国路易斯安那州立大学具备全尺寸钻井与完井井筒与环境实验室，所以达纳石油公司专家决定项目实验在美国大学进行。

项目人员利用路易斯安那州立大学的“ PERTT（石油工程研究与技术转让）实验室”完成相关试验。这所大学实验室为此专门进行设备与设施改造，重新安装直径为9-5/8英寸与深度为5200英尺（1450米）的井筒环境。科研人员还安装分布式光纤（DAS和DTS）和4个永久压力温度计，实时感测和可视化井下井涌动态。他们进行了几项实验，包括通过化学注入管线注入氮气井涌，以及在停滞和循环水中向下压入2-7/8英寸的管道。

研发人员研究了实验室5200英尺深度井眼流量、井涌大小和背压变化。这些研究包括关井期间的气体运移规律。研发人员还逐一分析井下采集DTS和DAS数据，以及沿井眼的4个不同深度处的表压和温度。专家还进行井下深层数据与钻机的地面现场纪录数据合并，并以此创建完整的实验室报告图片。

达纳石油公司称，研发人员使用此方法可以深入进行钻完井中的井涌机理观测与研究。

一是科研人员通过传感器，可以立即看到（听到）进入井筒的气涌，当气涌上升到地面时，可以实时追踪气涌前沿，从而可以检测到气涌，改进对气涌大小的估计，并易于计算气涌上升速度。二是科研人员发现井筒中所包含的气体轴向分布是可见的，并提供了事件持续时间预测。三是科研人员发现通过可压缩性动力学，可以实现DAS可视化，从而阐明气泡和“段塞”尺寸，以及动力学过程细节，并且得出井筒内离散气体完全循环溢出井筒时间。

达纳石油公司专家认为，其在实验过程坚持采集“全频率”数据，不作任何滤波的做法，提高了井筒内气泡尺寸真实性与增强了动力学数据的保真度。这些初步成果为钻井同行进一步深入研究，包括使用井下传感器进行实时立管气体动态检测与描述提供了有益的借鉴。