地层信息的复杂性和不可预见性是油气安全钻井面临的主要技术挑战，尤其是在深层、深水和窄安全压力窗口地层中，溢流一旦发现不及时，极易造成关井后套压过高，甚至诱发井喷。当前现场主要采用泥浆池增量或出入口流量差等参数设置报警门限，但这些参数通常要在地层流体进入井筒并发生运移、滑脱和膨胀后才出现明显变化，难以满足溢流更早发现的需求。现有研究也多聚焦侵入流体在井筒内的后续运移过程，对地层流体“侵入”本身引起的井筒流动参数瞬态响应关注不足。针对这一问题，中国石油大学（华东）李昊副教授依托全尺寸科学实验井，系统研究了气侵初期井底压力、立压、套压、出口流量及泥浆池增量等测、录井参数的响应规律，发现了井底压力和立压“先升后降”的典型早期特征。在此基础上，研究团队构建了地层—井筒耦合流动状态表征模型，并引入扩展Kalman滤波实现多参数融合预测，形成了基于地层与井筒耦合流动响应特征的溢流早期监测方法，为钻井期间溢流的及时、可靠识别提供了新的理论依据和技术路径。相关研究认识刊登在《石油学报》第47卷第7期。

（1）揭示了地层流体侵入初期测、录井参数的差异化响应规律。全尺寸实验井结果表明，气侵发生后，井底压力、立压、套压和出口流量均出现不同程度的上升，出口流量迅速增加，而泥浆池增量缓慢累积；其中，井底压力和立压的响应早于出入口流量差和泥浆池增量，并呈现显著的“先升后降”瞬态特征。随着溢流强度增大，压力波动幅度进一步增大，明确了压力异常上升后下降可作为溢流早期识别的重要物理标志。

（2）构建了考虑地层与井筒耦合流动的溢流早期监测模型。以井筒与地层压差变化量、环空动量变化量和泥浆池体积变化量为状态变量，建立地层—井筒耦合流动系统的状态方程和观测方程，将现场可测的泵压、出口流量和泥浆池体积等数据与难以直接监测的地层压力、环空动量及泥浆池增量等参数进行关联，形成了多输入—多输出非线性状态观测器，为从侵入源头识别溢流提供了机理模型基础。

（3）提出了基于扩展Kalman滤波的多参数融合预测方法。该方法能够实时捕捉立压的早期微小扰动，并将其转化为对泥浆池增量演变趋势的超前预测，使模型预测的溢流指标更早达到预警阈值。同时，通过综合利用泵压、出口流量和泥浆池体积等多源数据，可降低水眼堵塞、钻井液性能变化等因素引起立压突变所造成的误报风险，在部分观测参数缺失时仍具备溢流预警能力。

（4）验证了所提方法在实验井和现场实钻条件下的预警效果。科学实验井结果显示，该方法较传统泥浆池增量监测方法的预警时间平均提前24.1s；塔里木油田现场实测数据表明，模型能够敏锐捕捉早期压力扰动，溢流发现时间较传统泥浆池增量监测方法提前21min。实验与现场验证表明，该方法显著提升了溢流预警的时效性与准确性，具有良好的工程应用潜力。

论文链接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202604013