[发明专利]一种钻井过程中气侵位置检测的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测井方法及装置，特别是指一种在石油、天然气钻井过程中检测气侵位置的方法及装置，属于测井技术领域。

背景技术

钻井过程中，下钻产生激动压力、钻井液密度过低、地层压力异常等均会引起地层压力大于环空压力，造成地层气体侵入井底，发生气侵。在任何工况下，发生气侵时，环空与地层间存在负压差，若未及时检测到气侵并采取有效措施，随着气体向井口的运移，则会导致环空与地层间的负压差进一步增大，使气侵加剧，进一步恶化，容易诱发井喷等事故。常规情况下，气侵发生在井底或套管鞋处，但钻遇异常复杂地层时，气侵可能发生在裸眼段任何位置。从钻井安全角度考虑，气侵发现的越早越好，准确判断气侵位置，更有利于采取有效的措施抑止气侵，从根本上杜绝井喷事故的发生，保证钻井正常进行。

目前，钻井现场已有多种气侵判断方法，如钻井液池液面检测法、dc指数法、页岩密度法、扭矩仪检测法、声波时差法、泵冲法等。最具典型的是声波时差法和泵冲法。其中，声波时差法的基本原理是，声波在含气钻井液中的传播速度与在不含气钻井液中的传播速度不同，未发生气侵时，声波在钻杆内钻井液中的传播速度与在环空内钻井液中的传播速度相等，发生气侵时，环空中的钻井液含有气体，井底发出的声波经环空中的含气钻井液传到地面所需的时间与经钻杆内的不含气钻井液传到地面所需的时间不同，根据此时间差大小可判断出井下是否发生了气侵。泵冲法的基本原理是，在钻井泥浆泵工作时，泵内活塞产生压力脉冲，这一压力脉冲进入循环系统，在钻柱、井下动力钻具、随钻测试系统、钻头喷嘴中传播，然后沿环空上返至地面，该方法是利用泥浆泵在工作时产生的压力脉冲，作为地面压力脉冲发生器。

然而，国内外钻井行业的气侵检测只局限于的气侵判断，尚无可快速、准确判断钻井过程中气侵位置的方法，无法满足微流量精确控压钻井的要求。精确判断气侵位置不仅有助于分析复杂的地层结构，而且能针对气侵具体位置采取有效的措施，如增加钻井液密度、加大回压或下套管封隔等方法来抑止气侵。如何准确判定气侵位置，已成为目前钻井工程中亟待解决的难题。因此，非常有必要提供一种快速、准确检测气侵位置的方法和装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井过程中检测气侵位置的方法及装置，该方法及装置是基于压力波时差实现气侵判断及气侵位置检测的功能。

本发明提供的一种压力波气侵位置检测方法的基本原理是：基于压力波在不同含气率的钻井液中的传播速度不同判断气侵并检测气侵位置；液动节流阀动作产生压力波，压力波沿环空向井底传播，到达井底后分别经钻杆内泥浆、环空内泥浆返回地面；根据立管压力传感器和套管压力传感器接收到井底反射回的压力波的时间差判断是否发生气侵；根据检测到的井口气液流量、套压、压力波在环空和钻杆内的传播时差，采用环空水力学模型对各参数进行龙格库塔迭代，得出环空中不同位置空隙率的分布和波速响应时间，确定气侵位置与压力波响应时间之间存在的一一对应关系，从而得到发生气侵的准确位置。

本发明提供的一种压力波气侵位置检测装置包括套管压力传感器、立管压力传感器、气液流量计、液动节流阀、工控机和数据指令传输线；所述立管压力传感器安装在钻井液入口处，所述套管压力传感器安装在钻井液环空出口处，所述套管压力传感器和立管压力传感器可实时检测套管压力和立管压力，并拾取接收到压力波的时间；所述套管压力传感器后的管线上依次串联气液流量计和液动节流阀；所述气液流量计可实时检测井口环空出口处的气体流量和液体流量；所述液动节流阀通过所述数据指令传输线与所述工控机实现交互，所述液动节流阀可通过数据指令传输线向工控机传输节流阀动作时间，接收并执行工控机发出的节流阀开度调节指令；所述数据指令传输线共有四条，所述套管压力传感器、立管压力传感器、气液流量计、液动节流阀通过四条数据指令传输线与所述工控机相连接，向所述工控机传输气液流量、套压，立压、液动节流阀动作时间、套管压力传感器接收到压力波的时间、立管压力传感器接收到压力波的时间，实现的数据传递和指令发送；所述工控机上共设有4个数据传输通道，分别与四条指令传输线相连；所述工控机可实时接收所述数据指令传输线传递的液动节流阀动作时间、套管压力传感器接收到压力波的时间、立管压力传感器接收到压力波的时间、立管压力、套管压力、气体流量、液体流量数据；所述工控机具有人机交互界面，可在工控机上输入所钻油井的基础参数及钻井液特性，并可显示检测到的数据、是否发生气侵及发生气侵的位置；所述工控机中内置气侵位置检测软件，通过对各参数进行计算，确定发生气侵的准确位置。