[发明专利]随钻当量密度测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明基于申请日为2014年5月29日，申请号为2014102338597， 发明名称为“随钻当量密度测量方法及装置”的发明专利申请的分案申请。 涉及石油、天然气钻井作业中随钻当量密度监测方法及装置，用于实时获 取钻井期间井下当量钻井液密度，指导窄密度窗口钻井、大位移井和欠平 衡井等作业施工，达到安全快速钻井和有效保护储层的目的。

背景技术

随着油气勘探开发不断向深层发展，钻井作业面临的地质条件和地层 压力系统更为复杂，喷漏同层、上喷下漏等复杂地层条件下的窄密度窗口 安全钻井问题突出，井下复杂情况和事故频繁，已成为制约深层油气开发 的技术瓶颈。解决复杂地层条件下窄密度窗口钻井问题的有效技术途径是 实施精细控压钻井作业，因此应实时监测钻井液当量密度，使其控制在允 许范围内，以确保钻井安全。

在大位移和水平井钻井作业中，随着大斜度井段的钻进，环空沿程损 耗不断增加，而垂深增加缓慢，甚至不增加或减少(如井斜角≥90°井段)， 从而导致钻井液当量循环密度(ECD)逐步增加，尤其是在小井眼大斜度 长位移井段钻井后期，当量循环密度的控制尤为重要，它是能否安全钻达 设计完钻井深的一个关键因素。

对于欠平衡钻井作业，实时监测钻井液当量密度，使其低于地层孔隙 密度并维持在合理的压差范围内，可有效地保护储层，减少降低钻井液对 油气层的伤害，提高油气采收率，对油气勘探开发具有重要意义。此外， 随钻实时监测钻井液当量密度及其变化，还可有助于及时了解井眼清洁、 地层流体侵入以及钻井液漏失等情况，为指导下步钻井作业提供帮助。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供涉及井下随钻实时监测钻井液当量密 度的技术方案，自动跟踪钻进过程中钻井液当量密度及其变化情况，为窄 密度窗口钻井、大位移井和欠平衡井等作业施工提供施工指导，预防井下 复杂情况和事故，达到安全快速钻井作业和保护油气储层等目的。

具体来说，本发明提供了一种随钻当量密度测量装置，包括PWD (PressureWhileDrilling)参数测量工具、MWD数据通讯工具，其特征 在于，所述PWD工具上分别装有钻柱柱内和环空压力传感器，用于测量 钻柱内外的钻井液流体压力、监测开停泵情况和检测地面下传信号，PWD 上还装有轴向加速度传感器，用于测量钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向 移动距离，应用井下实时跟踪深度和测斜数据计算压力传感器位置垂直深 度，进而求得当量钻井液密度，PWD通过上下数据连接器同MWD (MeasurementWhileDrilling)通讯连接，MWD用于随钻测量定向参数 和上传井下测量参数。

本发明还提供一种随钻当量密度测量方法，其特征在于，包括在井下 存储器中设置已钻井眼轨迹基本参数、待钻井眼深度校验点、不同地层深 度允许当量密度范围、压力传感器及定向参数传感器位置、压力和轴向加 速度传感器采样时间等参数步骤；下钻到井底后钻柱处于暂停运动状态， 地面向井下发送信息后开始钻进，初始化速度及轴向位移后，利用加速度 传感器进行钻柱轴向运动距离(深度)跟踪步骤；应用井下实时跟踪深度 和测斜数据计算压力传感器位置垂直深度，进而求得当量钻井液密度步骤， 其中，若当量密度超出允许范围或偏离正常变化趋势时，通过MWD及时 上传到地面系统，并进行预警显示，否则间隔一定时间上传当量钻井液密 度；当钻达预定深度校验点时(通常设为钻进接单根深度)时，暂停钻柱 运动进行测斜，测斜上传到地面系统确认后，向井下发送信息并恢复钻钻 进作业，继续钻进深度跟踪和随钻当量密度监测直到结束钻进作业。

本发明还提供一种用于测量钻柱轴向运动距离的测量方法，其特征在 于，利用轴向加速度传感器测量轴向加速度，然后对测量轴向加速度进行 滤波，以滤除叠加于其中的直流误差信号和噪声干扰信号，求得钻进时有 效的钻柱轴向运动加速度，对有效运动加速度一次积分可求得轴向运动速 度；再对计算出的轴向运动速度进行滤波，以滤除叠加于其中的直流误差 信号和噪声干扰信号，求得钻进时有效的钻柱轴向运动速度，对有效运动 速度一次积分可求得轴向移动距离，由此实现钻柱轴向移动距离的测量。

本发明还提供一种井下获取完整测斜数据的方法，其特征在于，通过 井下预设深度校验点，到预定深度时，暂停钻柱运动测斜并上传测量结果， 地面确认后下发信息，从而井下可获得测量点深度数据。