[发明专利]一种井下随钻气侵监测装置及工作方法

说明书

本发明涉及一种井下随钻气侵监测装置及工作方法，属于钻井井下气侵测量技术领域。装置包括随钻短节、气体传感装置、处理器、脉冲传输系统和地面接收处理装置，其中，随钻短节内均布设置有若干个气体传感装置，气体传感装置均连接有处理器，处理器通过脉冲传输系统连接有地面接收处理装置。本发明将气敏材料良好的气体识别功能与硅橡胶渗透膜的稳定性功能结合起来，不仅能更好的适应井下复杂的工况环境，还能大幅度提升气侵监测的精度和准确性。

技术领域

本发明涉及一种井下随钻气侵监测装置及工作方法，属于钻井井下气侵测量技术领域。

背景技术

气侵是指在油田钻井过程中，地层中的气体侵入到钻井井筒中，使得钻井液性质发生变化的现象。气侵的产生原因主要有三点：一是钻遇裂缝型或大溶洞型地层时，会出现气体突然大量涌入井筒以及钻井液流失的情况。二是钻进气层时，随着岩石的破碎，地层中的气体会侵入井筒。三是井下压力小于同深度的地层压力时，处于欠平衡钻井状态，地层中的气体由于压差，会通过泥饼以气体或溶解气的状态侵入井筒中。一旦发生气侵，就会导致钻井液的密度降低，容易发生溢流、井喷等事故。因此，对井下气侵进行及时的精确检测，从而采取措施，能有效避免事故的发生。

在气侵检测方面，国内通常采用的方法有钻井液池液面检测法(钻井液增量法)、流量差溢流检测法与声波气侵监测法。钻井液池液面检测法和流量差溢流检测法精度低、反应速度也较慢。声波法较前两种有较快的反应速度，但是也存在精度和技术上的缺陷。

使用传统方法检测气侵，指示结果太过粗糙且不可靠，同时也存在检测结果反应慢的问题，随着钻井深度提高、钻井工程难度的增加，传统方法很难满足井控的要求，对于花费巨大的深海钻井来说，溢流检测需要更可靠的检测结果才能满足更先进的井控技术。

近年来利用气敏传感器检测气体的技术愈发成熟，根据传感器检测原理分类有：半导体电阻式传感器、热导式传感器、热催化传感器、红外式传感器、电化学式传感器、光纤传感器以及气相色谱传感器等。不同的气体传感器有不同的优缺点和对应的特性，其中半导体电阻式传感器和催化燃烧式传感器能够承受很高的温度，适合于在井下高温的环境中进行气体检测。另一方面，作为气敏传感器核心的气敏材料也有多种类型，大体可分为四大类：半导体金属氧化物及复合材料、有机聚合物复合材料、超分子穴番-A和碳纳米管及其掺杂材料。半导体金属氧化物及复合材料发挥功能需要一定的启动温度，同时又具有很强的气体种类与浓度识别特性，是很好的井下气体检测材料。但是，液态水分子里含有的氢离子与羟基会破坏气敏材料表面的氧化还原物质，导致检测能力的下降，所需必须将传感器核心装置与井筒中的钻井液体系隔离开来。

现有的气-液膜分离技术可以很好的解决了这一问题。过去油田实践中常使用电动脱气器装置分离出钻井液中的气体成分，但电动脱气器装置庞大，耗能较高，难以适用于井下情况。近年来半透膜分离技术的诞生，让低成本的井下气液分离成为可能。半透膜分离技术同时还具有稳定性、隔水性、耐温耐压和抗冲击特性，有很大的应用优势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种井下随钻气侵监测装置，将气敏材料良好的气体识别功能与硅橡胶渗透膜的稳定性功能结合起来，不仅能更好的适应井下复杂的工况环境，还能大幅度提升气侵监测的精度和准确性。

本发明还提供上述井下随钻气侵监测装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种井下随钻气侵监测装置，包括随钻短节、气体传感装置、处理器、脉冲传输系统和地面接收处理装置，其中，随钻短节内均布设置有若干个气体传感装置，气体传感装置均连接有处理器，处理器通过脉冲传输系统连接有地面接收处理装置。

优选的，气体传感装置包括气体检测腔室、气敏传感器、隔离盒和活性吸附固体，气体检测腔室内设置有气敏传感器、气体检测腔室底部设置有隔离盒，隔离盒内设置有活性吸附固体，隔离盒上设置有透气孔。