[发明专利]一种气侵早期监测方法

说明书

技术领域：

本发明属于监测方法技术领域，涉及一种气侵早期监测方法，在石油与天然气钻探过程中，监测井下气侵的发生，实现早期发现，及时应对，避免财产和人员损失的目的。

背景技术：

气侵是在钻井过程中，井底的有效压力降低致使地层中的气体侵入井筒的现象；钻进气层时，随着气层岩石的破碎，岩石孔隙中含有的气体侵入钻井液，当钻到大裂缝或溶洞气藏时，可能会出现置换性的大量气体突然侵入钻井液的现象，气层中的气体通过钻井液不断向井内扩散，当井底压力小于地层压力时，井下处于较大的欠平衡状态，气体由气层以气态或溶解气状态大量地流入或侵入钻井液，就有出现井涌溢流或井喷的危险。目前，气侵的监测方法总体上分为两类：一类是钻井液池液面气侵监测法、钻井液返出流量计气侵监测法和声波气侵监测法，在地面或靠近井口的位置设置测量设备，通过监测地面或近地面的相关参数实现气侵的监测；另一类是基于地层电阻率的气侵监测方法，通过直接在井下放置设备，检测井下的相关参数实现气侵的判断；这些方法各有特点，但是使用时的局限性较大；第一类方法属于间接判断方法，发现气侵的时间滞后，不利于气侵的快速判定和控制，不属于早期监测；第二类方法属于早期监测，但是需要使用价格高昂和依赖性强的随钻测井设备；一般情况下，从发现气侵到井喷的时间间隔极短，有的甚至不到5分钟，实现气侵的早期监测和识别是避免和预防井喷事故，实现安全钻井的重要保证。因此，研发一种气侵早期监测方法，早期发现，及时应对，减除对随钻测井设备的依赖，降低生产成本，避免财产和人员损失，为实现安全钻井提供可靠保证，具有良好的社会和经济价值，应用前景广阔。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种气侵早期监测方法，早期发现气侵，及时采取应对措施，避免财产和人员损失，为安全钻井提供可靠保证。

为了实现上述目的，本发明涉及的气侵早期监测方法采用气侵早期监测装置实施，在井下钻杆上按照设定的间距分别装设下部压力测量器和短距离无线信号发射器与上部压力测量器和井下信号发射器，下部压力测量器与上部压力测量器分别测量所处位置的环空流体压力，短距离无线信号发射器将下部压力测量器所处位置的环空流体压力发射给上部压力测量器，上部压力测量器计算下部压力测量器与上部压力测量器所处位置之间的环空流体压力的压力差和密度，上部压力测量器能够根据密度判断井下是否发生气侵并通过井下信号发射器将判断结果发送给地面控制中心供操作人员及时作出应对措施；上部压力测量器也能够直接通过井下信号发射器将压力差和密度发送给地面控制中心，地面控制中心根据密度判断井下是否发生气侵供操作人员及时作出应对措施；在监测过程中，气侵发生时，井下环空流体受到直接影响后密度发生变化；在井下钻杆上相隔距离h处装设的下部压力测量器与上部压力测量器分别测量的所处位置的环空流体压力为P_下与P_上，根据公式：(P_上-P_下)/(h×g)计算得出下部压力测量器与上部压力测量器所处位置之间的环空流体密度，式中g为重力加速度；当计算的环空流体密度在根据操作工况确定的波动范围内时，表明井下没有发生气侵，当计算的环空流体密度不在根据操作工况确定的波动范围内时，表明井下发生气侵。

本发明涉及的气侵早期监测装置的主体结构包括下部压力测量器、上部压力测量器、地面控制中心、短距离无线信号发射器和井下信号发射器；下部压力测量器与短距离无线信号发射器固定连接，上部压力测量器与井下信号发射器固定连接，地面控制中心放置在地面上易于操作人员使用的位置；下部压力测量器和短距离无线信号发射器与上部压力测量器和井下信号发射器无线通信式连接，上部压力测量器和井下信号发射器与地面控制中心无线通信式连接；各部件电信息连通构成气侵早期监测装置。

本发明涉及的井下信号发射器为利用压力脉冲传递信号的随钻测量仪(MWD)、利用电磁波传递信息的电磁随钻测量仪(EMWD)和利用声波传递信息的随钻声波遥测仪(ATWD)中的一种。

本发明与现有技术相比，在井下钻杆按照设定间距装设下部压力测量器与上部压力测量器，分别测量所处位置的环空流体压力并计算环空流体密度，根据密度的变化准确判断气侵的发生，下部压力测量器与上部压力测量器的装设距离能够调整，解决了因井下流体密度低无法测量两个近距离点间环空流体压力的问题，利用常规的MWD、EMWD或ATWD实现气侵的早期监测，不依赖随钻测井设备，降低生产成本，增加适用性；其工艺过程简单，原理科学合理，操作便利，实用性好，使用环境友好，通用性强，安全可靠，易于推广使用。