[發明專利]一種全井段多參數隨鉆實時測量與傳輸的方法與系統

有效

• 申請號: 201410232679.7
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103967481B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 高文凱;竇修榮;賈衡天;張磊;王鵬;藍蓉;范錦輝;彭浩;管康
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/14
• 分類號: E21B47/14
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 劉黎明

技術領域

本發明涉及一種用于油氣鉆井過程中沿井筒隨鉆信息多點測量與實時傳輸到地面的方法和系統。

背景技術

在油氣鉆井作業過程中，對沿井身方向全井段井下參數(壓力、溫度、井徑、井斜、方位等)進行實時監測，是非常重要的。實現全井段井下參數測量并實時傳輸到地面，可幫助鉆井工程作業人員及時準確的了解沿鉆柱井筒內各點的鉆屑動態清潔情況、泥漿當量循環密度、井下流體的涌入或漏失以及實際井眼狀況等，進而能夠更有效的控制泥漿泵排量、鉆井液重度、機械鉆速以及堵漏材料的選取等，從而有效降低卡鉆、井壁坍塌的風險。在目前的鉆井作業中，上述全井段信息通常是根據井下測量的某單點的數據計算和預測得到，該預測計算結果與現場實際情況往往差別很大。因此，有效利用這些全井段實時測量的多種井下參數，可更好的進行鉆井決策，大幅提高鉆井效率，降低鉆井成本。

目前該領域已商業化應用的實現井底測量信息上傳到地面的技術方法主要有：泥漿壓力脈沖信號傳輸，電磁波傳輸，有線傳輸(包括硬連接法及電磁感應法傳輸)及聲波傳輸等四種。泥漿壓力脈沖傳輸方式僅可實現脈沖發生器下部測量信息的上傳，而脈沖發生器至井口測量數據無法加入該信息通道，數據傳輸速率低，而且對泥漿流動有要求。電磁波傳輸方式在有中繼的情況下可實現井下多點參數的測量與上傳，但其數據傳輸速率過低，應用效果依賴地層電阻率，并且在海洋鉆井特別是深水鉆井中無法應用。有線傳輸方式可實現井下多點測量信息的高速上傳，但需要對現有鉆井管柱系統進行改造，成本高昂，操作復雜，可靠性差，不宜推廣應用，并且系統檢修困難。聲波傳輸方式是以鉆柱作為聲信號傳輸通道，以聲波作為井下信號載體，進行井下信息的無線傳輸的方式。由于利用鉆桿作為井下信息高速傳輸用聲波的的信道，該信息傳輸方式不用依賴于鉆井液的存在與否及性質，不受地層內磁性物質的干擾，這為井下信息高速傳輸提供了得天獨厚的條件。另外該傳輸方式還具有設備結構簡單、成本較低、易于定向發射及傳播速度極快等優點，而成為當前井下信息傳輸技術領域研究的熱點之一。并且，在有中繼的情況下可實現井下多點測量信息的高速上傳，并且在起下鉆過程中仍可工作，目前被廣泛看好。在現有技術中，例如中國專利CN102733799A、CN103382837A中即公開了基于鉆柱信道的鉆井信息聲波傳輸中繼裝置的方案，有效增加了聲波在鉆柱中的傳輸距離。

然而，現有技術中的基于聲波信息傳輸的隨鉆測量與傳輸系統中，實時全井段準確測量并高速傳輸井下信息是一個難點，所達到的效果也不是很理想，并且仍然存在較大的鉆井風險。尤其在控壓鉆井作業過程中，精細控壓能力有待提高。

發明內容

鑒于此，為了解決現有技術中所存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種在油氣鉆井作業全過程中，基于聲波信息傳輸的實現沿鉆柱在井筒內多點進行多種參數測量，并實時傳輸到地面的方法和系統。

根據本發明的方法和系統，能夠獲取全井段實時井下參數，從而有效降低井下卡鉆、井壁坍塌等事故風險，提高鉆井效率，為最佳鉆井決策提供支持。特別在控壓鉆井作業過程中，可大幅提高精細控壓能力。

根據本發明的一個方面，提供一種基于聲波信息傳輸的實現沿鉆柱在井筒內多點開展參數隨鉆測量并實時傳輸到地面的方法和系統，其特征在于，所采用的系統包括井下隨鉆參數測量系統(1)、井下聲波信號發射系統(2)、聲波信號中繼系統(4)、地面信號接收系統(5)及地面信息顯示與決策系統(6)，其中，使用所述井下隨鉆參數測量系統(1)采集井下信息，該信息經調理后傳送到所述井下信號發射系統(2)，以聲波形式沿鉆柱向上傳輸，使用所述聲波信號中繼系統(4)接收井下上傳的信號，進行解碼，之后將其測量信息并入，再完成信息的向上發送，然后，信號上傳到地面，經過所述地面接收系統(5)接收、解碼后，通過無線方式傳輸到所述地面信息顯示與決策系統(6)，其中，根據鉆井施工需要，沿鉆柱布置多個上述中繼系統，實現沿井身全井段參數的實時獲取。

根據本發明的第二方面，在上述第一方面的所述的方法和系統中，其中所采用的系統還包括中繼隨鉆信息測量系統(3)及井下隔聲系統(7)。

根據本發明的第三方面，在上述第二方面的所述的方法和系統中，其中所述井下隨鉆信息測量系統(1)與井下聲波信號發射系統(2)集成在一起，和/或，聲波信號中繼系統(4)與中繼隨鉆信息測量系統(3)集成為一根短節，或者自成系統并采用有線連接。