启动扭矩监测技术在海上某油田的应用

孙永乐¹，马志忠¹，刘慧达¹，陈 磊¹，王大鹏²

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；

2.康士伯数字技术服务（北京）有限公司，北京 100192）

摘  要：黏卡、环空堵塞等复杂情况是钻井作业过程中较为常见的井下风险，启动扭矩是观察、预测该类风险的可靠指标之一。为降低该类型复杂情况发生的概率，降低NPT并提高钻井作业效率，开展了启动扭矩在实际钻井作业过程的应用研究。应用实时在线分析工具，从实时曲线中提取启动扭矩值，并结合反演的摩阻系数和钻井扭矩值进行实时对比分析，确定静摩阻是否有增大的趋势。结合其他信息，如返出岩屑、ECD等，可快速进行黏卡、环空堵塞等井下复杂情况的判断和预测。应用结果表明，在线分析工具实时对比分析，改进了人工观测的方式，并能够反映钻井作业过程中井筒内静摩阻的变化，对判断和预测黏卡、岩屑堆积、井筒缩颈等复杂情况有重要意义。

关键词：启动扭矩；钻井作业；实时分析;决策支持

0 引言

钻井作业中，黏卡、环空堵塞等井下复杂工况常导致非生产时间增加、作业成本上升及安全风险加剧。启动扭矩作为反映井下摩阻状态的关键间接参数，其动态变化可有效预示井眼清洁不良、井壁失稳或工具黏卡趋势。系统阐述启动扭矩的物理机理、识别算法构建方法及工程应用场景，并基于某油田现场数据，提出一套实时提取、分析与可视化监控的技术方案，实现从“人工经验判断”向“数据驱动预警”的转型升级，显著提升钻井作业的安全性与效率。

1 启动扭矩的物理机理与工程意义

1.1  定义与本质

启动扭矩是钻具系统由静止状态转为旋转运动瞬间所克服的最大扭矩。其物理本质为静摩擦力矩的峰值表现，该参数广泛存在于各类旋转机械系统中，在钻井工程中特指钻柱在接单根或接立柱后首次启动旋转或钻进过程中临时停转再启动时，因克服井壁/岩屑/泥饼等与钻具间的静摩擦力而产生的瞬时扭矩响应。

1.2 产生过程与工程场景

典型启动扭矩产生场景包括：①接单根后启动，钻具连接顶驱/转盘，开泵建立循环后首次旋转；②钻进中临时停转再启动，如设备检修、参数调整或规避风险后重启；③低速缓启工况，在高摩阻井段，司钻常采用缓慢提升转速策略以避免扭矩冲击。在上述过程中，若井眼清洁不良、泥浆润滑性下降、井壁垮塌或存在缩颈，则静摩擦力显著增大，启动扭矩随之异常升高，成为井下复杂工况的重要前兆信号。

1.3 启动扭矩与井况关联性

理论上，在井眼规则、泥浆性能稳定、无岩屑堆积的理想工况下，启动扭矩应随井深呈平缓上升趋势，符合地层压力与井斜角的累积效应。若出现异常突增或偏离基线趋势，往往预示以下5类风险：①泥浆润滑性不足或失水造壁性能下降；②井眼清洁效率低，岩屑床形成；③井壁失稳、掉块或缩径；④地层异常压力或构造应力干扰；5钻具组合刚性不足或偏磨加剧。因此，持续监测启动扭矩动态变化，可提供风险预警窗口，便于早期主动干预决策，有效规避卡钻等重大事故发生。

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