[发明专利]一种基于分布式光纤的实时监测溢流和漏失位置的方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤的实时监测溢流和漏失位置的方法，其特征在于：在钻井现场部署有分布式光纤测温系统和溢流井漏监测报警系统；分布式光纤测温系统对钻井过程中环空内上返的钻井液温度进行实时监测，发现溢流井漏；溢流井漏监测报警系统对分布式光纤测温系统所得实际钻井过程中环空内钻井液温度分布数据进行综合分析，及时判断是否发生了溢流或井漏，给出溢流或井漏发生的具体井深并发出警报。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分布式光纤测温系统，包括高功率脉冲半导体激光器(1)，固定连接在高功率脉冲半导体激光器(1)末端的激光器驱动电源(2)，毛细管(3)固定于钻杆外壁，毛细管(3)内安装有分布式传感光纤(4)，双向光纤耦合器(5)、波分复用器(6)及雪崩光电二极管(7)固定在井眼位置，信号处理装置(8)架设在地面。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溢流井漏监测报警系统，包括主控计算机(9)和报警设备(10)。

4.一种基于分布式光纤的实时监测溢流和漏失位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过分布式光纤采集井筒温度值，获得实际钻井过程中的井筒温度值；

根据建立的环空内钻井液温度分布模型计算正常钻井工况下的环空内钻井液温度；

分析实际温度数据与计算温度数据，准确判断溢流或漏失发生的时刻及具体位置，发出警报。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述通过分布式光纤采集井筒温度值，获得实际钻井过程中的井筒温度值的方法具体为：系统初始化后，高功率脉冲激光器(1)发出脉宽及频率恒定的脉冲光，并发出同步脉冲驱动信号处理装置(8)，脉冲光经过双向光纤耦合器(5)和波分复用器(6)进入固定在钻杆旁的分布式传感光纤(4)，与其分子碰撞产生拉曼散射，其中的背向散射光返回至波分复用器(6)，波分复用器(6)将其余波长的散射光滤除，将stokes和Anti-stokes送入雪崩光电二极管(7)中转换成电压信号，而后经信号处理装置(8)转化为环空内钻井液温度数据上传至主控计算机(9)。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述计算正常钻井工况下的环空内钻井液温度的环空内钻井液温度分布模型为：

式中：

ρ—钻井液密度，kg/m³；

c—比热系数，J/(kg·℃)；

S—热源项，W/m³；

λ—导热系数，W/(m·℃)；

v—环空内钻井液轴向流速，m/s；

T_计—环空内钻井液计算温度，℃。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述通过主控计算机对比分析实际温度数据与计算温度数据，准确判断溢流发生的时刻及具体位置的方法具体为：将分布式光纤测温系统实测温度与同一时刻温度分布模型计算温度比较，若ΔT连续A次大于事先设定的阈值X₁，说明钻井过程中井底发生溢流或是设备出现故障，地面报警设备发出警报；若某一处井深位置ΔT发生突增，连续B次大于事先设定的阈值X₂，说明钻井过程中在该井深处发生溢流或是设备出现故障，地面报警设备发出警报。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述通过主控计算机对比分析实际温度数据与计算温度数据，准确判断漏失发生的时刻及具体位置的方法具体为：将分布式光纤测温系统实测温度与同一时刻温度分布模型计算温度比较，当实测温度与同一时刻计算温度的差值ΔT连续C次小于事先设定的阈值Y₁，说明钻井过程中井底发生井漏或是设备出现故障，地面报警设备发出警报；若某一处井深位置ΔT发生突降，连续D次小于事先设定的阈值Y₂，说明钻井过程中在该井深处发生井漏或是设备出现故障，地面报警设备发出警报。