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一、前言
液面监测技术作为一项成熟的配套技术，在国外已广泛应用于钻井、试油、修井和采油等作业中。国内，目前已在塔里木油田、塔河油田、西南油气田推广应用，在钻（修）井、完井测试中，大大节约了现场生产时间，发挥了重要作用。
川东北地区气井异常压力层段钻井过程中井漏普遍，甚至存在气侵风险以及高含硫气体窜入井筒内引起的井内复杂，井控安全问题严重。采用液面监测技术，可以真正形成井下第三只眼睛，保证井控安全，创建“平安气田”。
二、川东北液面监测的必要性
川东北地区是中国石化勘探南方分公司的主要勘探区块，特别是元坝地区、通南巴地区的勘探更是勘探南方分公司实现6000亿储量目标的关键。
1、川东北地区井漏和溢流情况介绍
川东北地区钻井过程中，漏失普遍，造成了极大的浪费。元坝气田长兴组气藏埋藏深度大、地层温度高、高含硫化氢。自流组井气压高、裂缝发育，普遍漏失严重。由此可见，川东北地区各种地层漏失量大，漏失的层位多，钻井液所耗费的材料成本也相当大。目前，川东北钻井在钻遇井漏、井口失返情况下没有很好的液面监测手段，通常更多的是采取环空间断或定时吊灌泥浆，频繁吊灌泥浆，以过量的泥浆压制地层流体。主要存在以下几方面问题：（1）由于不知环空液面的变化情况，现场往往采取频繁吊灌泥浆，导致泥浆消耗量大，无形中增加了钻井成本；井漏严重或反复井漏，不仅造成单井钻井液材料成本增加，且大幅度延误施工周期。（2）由于不知环空液面变化，油气上升运移情况，很多井往往等油气上窜至井口附近才发现，导致井内泥浆液柱淘空过多，关井井口压力大，存在井控安全风险，甚至引发事故。
2、钻井时进行液面监测的意义
钻井过程中对井内液面进行监测，主要有以下几方面的意义：
（1）当发生井漏失返时，进行液面监测有利于准确监测井筒液面位置，判断地层井漏的性质和严重程度，确定合理的钻井液密度，制定有效的堵漏方案、减少钻井液漏失量、缩短堵漏施工时间等。（2）当井筒存在“喷漏同层或上喷下漏”，且发生井漏井口不见液面，可以及时地测量井筒内钻井液位置的变化，有利于及时发现溢流，及时采取井控技术措施，防止溢流、井涌及井喷的发生，降低井控安全风险。（3）在钻遇气层后起钻、短起钻，特别是在吊灌起钻等特殊作业过程中监测环空液面位置，对及时发现溢流、防止井喷能起到非常重要的作用。（4）当发生井控险情时，带压监测环空液面位置，提供更及时和准确的液面数据，对压井方案、压井措施的制定和压井施工起到重要作用，有利于保证压井施工顺利。
三、钻井时液面监测技术要求及现有液面监测技术介绍
1、钻井时液面监测技术要求
主要满足四点：误差小，满足现场作业要求；操作简便，对现场作业没影响或影响很小；能监测环空液面；气侵关井憋压时，能在环空进行高压监测。
2、目前国内常用液面监测技术介绍
常用的液面监测方法主要有以下两种：
（1）试井车钢丝+电子压力计监测法
该方法主要针对地层压力低，井口无压情况下进行的检测。通过试井车将电子压力计下入井底，探测出井内液面深度及积液状况，为下步措施作业提供数据依据。当井口有压时，需在井口安装防喷盒。其主要主要优点时监测结果较准确。主要缺点是要通过钢丝绳下电子压力计到井下，起下费时，一次作业费用高等缺点。并且在井口有压情况下，起下电子压力计存在钢丝磨细落井的风险与防喷盒密封不严有毒气体泄漏问题。另外一个致使缺点是，无法用于环空监测液面。
（2）声波回声测距法
该方法可以用于测管内液面和近距离测环空液面。但是，目前国内生产的声波回声监测仪只能在井口无压或很低的压力条件监测。液面监测精确度不高，误差大；安装位置受限；对井口有压或压力较高情况下，由于发射枪承压能力不足，难以进行监测，实用范围有限。特别是对于气侵憋压导致管内或环空出现高压时，就没法实现监测。
钻井井漏失返时环空压力重新与地层压力建立平衡是关键，如果发生气侵或溢流时，环空内往往又会憋高压，此时能监测环空液面更为重要。因而，迫切需要寻找一种能监测环空高压液面的技术。
四、EM液面监测技术
EM液面监测技术的原理也利用声波在井筒的传播与反射进行回声测距。它充分利用了现代电子技术与集成电路技术，在声信号处理、滤波、测量精度以及高压测试方面都得到了较大的提升。
1、基本组成
该监测技术主要用到的设备包括EM液面监测仪、发射枪和气瓶等辅助设备。EM型液面监测仪是一种双通道、微处理器控制的放大/记录仪。主要包括微处理器、滤波器、双记录通道、精度为1秒的时钟系统。为适应油田井口油套压的变化，发射枪承压有1500PSI、5000PSI和15000PSI三种规格。
2、监测原理
EM液面监测技术的原理是过发射枪与井筒压差作用产生声波，再通过EM液面监测仪接收井下管柱接箍或液面反射信号经识别处理从而监测到井下液面深度。发射信号：发射枪与井筒通过压差作用，产生声波在向下传播、反射。接收处理：井下液面监测仪接收反射回的信号并分别处理。曲线识别：数据输出在带状记录纸上或电脑上，通过曲线识别并计算液面位置。
3、EM液面监测技术特点：
误差小：一般测量误差<1%。安全性高：充气时利用的是氮气，井内带压时可利用井内能量，为现场井控和人身安全，提供了极大的保障；可带压监测：最高监测压力可达15000PSI；实时性：因安装、操作简单，和电子压力计监测相比，极大的节省了现场作业时间。
五、EM液面监测技术配套改进
为了与川东北钻井现场更有效的结合，安全、高效、保质的实现液面监测，作了以下几方面的改进：
（1）为了起钻监测时更节省时间，不影响现场起钻作业，加工了一多功能橡胶转换接头，现场操作时，将低压发射枪先安装到多功能橡胶转换接头上。每次监测时，只需要将多功能橡胶接头安放到钻杆接头处，即可实现监测，方便快捷。多功能橡胶接头主要适用钻杆尺寸范围为3 1/2"～5 1/2"。
（2）为了增强在压井管汇处监测时的信号质量，加工了三通，三通可先装在压井管汇处，与井口装置一起做承压测试。如遇有高压监测时，将高压枪安装在法兰A-A处进行监测，不监测时，将法兰A-A处的闸门关闭。
此外，声波法监测液面要求有从发射枪到液面的密封监测通道。环空监测时，则要关防喷器等，可以考虑做一个环空封堵装置，装井口时先装到防喷器以上防溢管以下的位置。则需要监测时，用关该环空封堵装置来代表关防喷器，从而实现监测所需的密封监测通道。
六、结论
（1）在川东北地区钻井过程中进行液面监测，有利于合理指导井漏时灌浆，减少泥浆浪费，缩短堵漏时间；保证井控安全，创建“平安气田”。（2）EM液面监测技术成为一种成熟的钻井配套技术，可以满足川东北地区钻井过程中的液面监测要求。
液面监测技术作为一项成熟的配套技术，在国外已广泛应用于钻井、试油、修井和采油等作业中。国内，目前已在塔里木油田、塔河油田、西南油气田推广应用，在钻（修）井、完井测试中，大大节约了现场生产时间，发挥了重要作用。
川东北地区气井异常压力层段钻井过程中井漏普遍，甚至存在气侵风险以及高含硫气体窜入井筒内引起的井内复杂，井控安全问题严重。采用液面监测技术，可以真正形成井下第三只眼睛，保证井控安全，创建“平安气田”。
二、川东北液面监测的必要性
川东北地区是中国石化勘探南方分公司的主要勘探区块，特别是元坝地区、通南巴地区的勘探更是勘探南方分公司实现6000亿储量目标的关键。
1、川东北地区井漏和溢流情况介绍
川东北地区钻井过程中，漏失普遍，造成了极大的浪费。元坝气田长兴组气藏埋藏深度大、地层温度高、高含硫化氢。自流组井气压高、裂缝发育，普遍漏失严重。由此可见，川东北地区各种地层漏失量大，漏失的层位多，钻井液所耗费的材料成本也相当大。目前，川东北钻井在钻遇井漏、井口失返情况下没有很好的液面监测手段，通常更多的是采取环空间断或定时吊灌泥浆，频繁吊灌泥浆，以过量的泥浆压制地层流体。主要存在以下几方面问题：（1）由于不知环空液面的变化情况，现场往往采取频繁吊灌泥浆，导致泥浆消耗量大，无形中增加了钻井成本；井漏严重或反复井漏，不仅造成单井钻井液材料成本增加，且大幅度延误施工周期。（2）由于不知环空液面变化，油气上升运移情况，很多井往往等油气上窜至井口附近才发现，导致井内泥浆液柱淘空过多，关井井口压力大，存在井控安全风险，甚至引发事故。
2、钻井时进行液面监测的意义
钻井过程中对井内液面进行监测，主要有以下几方面的意义：
（1）当发生井漏失返时，进行液面监测有利于准确监测井筒液面位置，判断地层井漏的性质和严重程度，确定合理的钻井液密度，制定有效的堵漏方案、减少钻井液漏失量、缩短堵漏施工时间等。（2）当井筒存在“喷漏同层或上喷下漏”，且发生井漏井口不见液面，可以及时地测量井筒内钻井液位置的变化，有利于及时发现溢流，及时采取井控技术措施，防止溢流、井涌及井喷的发生，降低井控安全风险。（3）在钻遇气层后起钻、短起钻，特别是在吊灌起钻等特殊作业过程中监测环空液面位置，对及时发现溢流、防止井喷能起到非常重要的作用。（4）当发生井控险情时，带压监测环空液面位置，提供更及时和准确的液面数据，对压井方案、压井措施的制定和压井施工起到重要作用，有利于保证压井施工顺利。
三、钻井时液面监测技术要求及现有液面监测技术介绍
1、钻井时液面监测技术要求
主要满足四点：误差小，满足现场作业要求；操作简便，对现场作业没影响或影响很小；能监测环空液面；气侵关井憋压时，能在环空进行高压监测。
2、目前国内常用液面监测技术介绍
常用的液面监测方法主要有以下两种：
（1）试井车钢丝+电子压力计监测法
该方法主要针对地层压力低，井口无压情况下进行的检测。通过试井车将电子压力计下入井底，探测出井内液面深度及积液状况，为下步措施作业提供数据依据。当井口有压时，需在井口安装防喷盒。其主要主要优点时监测结果较准确。主要缺点是要通过钢丝绳下电子压力计到井下，起下费时，一次作业费用高等缺点。并且在井口有压情况下，起下电子压力计存在钢丝磨细落井的风险与防喷盒密封不严有毒气体泄漏问题。另外一个致使缺点是，无法用于环空监测液面。
（2）声波回声测距法
该方法可以用于测管内液面和近距离测环空液面。但是，目前国内生产的声波回声监测仪只能在井口无压或很低的压力条件监测。液面监测精确度不高，误差大；安装位置受限；对井口有压或压力较高情况下，由于发射枪承压能力不足，难以进行监测，实用范围有限。特别是对于气侵憋压导致管内或环空出现高压时，就没法实现监测。
钻井井漏失返时环空压力重新与地层压力建立平衡是关键，如果发生气侵或溢流时，环空内往往又会憋高压，此时能监测环空液面更为重要。因而，迫切需要寻找一种能监测环空高压液面的技术。
四、EM液面监测技术
EM液面监测技术的原理也利用声波在井筒的传播与反射进行回声测距。它充分利用了现代电子技术与集成电路技术，在声信号处理、滤波、测量精度以及高压测试方面都得到了较大的提升。
1、基本组成
该监测技术主要用到的设备包括EM液面监测仪、发射枪和气瓶等辅助设备。EM型液面监测仪是一种双通道、微处理器控制的放大/记录仪。主要包括微处理器、滤波器、双记录通道、精度为1秒的时钟系统。为适应油田井口油套压的变化，发射枪承压有1500PSI、5000PSI和15000PSI三种规格。
2、监测原理
EM液面监测技术的原理是过发射枪与井筒压差作用产生声波，再通过EM液面监测仪接收井下管柱接箍或液面反射信号经识别处理从而监测到井下液面深度。发射信号：发射枪与井筒通过压差作用，产生声波在向下传播、反射。接收处理：井下液面监测仪接收反射回的信号并分别处理。曲线识别：数据输出在带状记录纸上或电脑上，通过曲线识别并计算液面位置。
3、EM液面监测技术特点：
误差小：一般测量误差<1%。安全性高：充气时利用的是氮气，井内带压时可利用井内能量，为现场井控和人身安全，提供了极大的保障；可带压监测：最高监测压力可达15000PSI；实时性：因安装、操作简单，和电子压力计监测相比，极大的节省了现场作业时间。
五、EM液面监测技术配套改进
为了与川东北钻井现场更有效的结合，安全、高效、保质的实现液面监测，作了以下几方面的改进：
（1）为了起钻监测时更节省时间，不影响现场起钻作业，加工了一多功能橡胶转换接头，现场操作时，将低压发射枪先安装到多功能橡胶转换接头上。每次监测时，只需要将多功能橡胶接头安放到钻杆接头处，即可实现监测，方便快捷。多功能橡胶接头主要适用钻杆尺寸范围为3 1/2"～5 1/2"。
（2）为了增强在压井管汇处监测时的信号质量，加工了三通，三通可先装在压井管汇处，与井口装置一起做承压测试。如遇有高压监测时，将高压枪安装在法兰A-A处进行监测，不监测时，将法兰A-A处的闸门关闭。
此外，声波法监测液面要求有从发射枪到液面的密封监测通道。环空监测时，则要关防喷器等，可以考虑做一个环空封堵装置，装井口时先装到防喷器以上防溢管以下的位置。则需要监测时，用关该环空封堵装置来代表关防喷器，从而实现监测所需的密封监测通道。
六、结论
（1）在川东北地区钻井过程中进行液面监测，有利于合理指导井漏时灌浆，减少泥浆浪费，缩短堵漏时间；保证井控安全，创建“平安气田”。（2）EM液面监测技术成为一种成熟的钻井配套技术，可以满足川东北地区钻井过程中的液面监测要求。