[發明專利]一種氣侵早期監測方法

在審

• 申請號: 201510869374.1
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN105298472A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 李志剛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/10
• 分類號: E21B47/10;E21B47/117;E21B47/06
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于監測方法技術領域，涉及一種氣侵早期監測方法，在石油與天然氣鉆探過程中，監測井下氣侵的發生，實現早期發現，及時應對，避免財產和人員損失的目的。

背景技術：

氣侵是在鉆井過程中，井底的有效壓力降低致使地層中的氣體侵入井筒的現象；鉆進氣層時，隨著氣層巖石的破碎，巖石孔隙中含有的氣體侵入鉆井液，當鉆到大裂縫或溶洞氣藏時，可能會出現置換性的大量氣體突然侵入鉆井液的現象，氣層中的氣體通過鉆井液不斷向井內擴散，當井底壓力小于地層壓力時，井下處于較大的欠平衡狀態，氣體由氣層以氣態或溶解氣狀態大量地流入或侵入鉆井液，就有出現井涌溢流或井噴的危險。目前，氣侵的監測方法總體上分為兩類：一類是鉆井液池液面氣侵監測法、鉆井液返出流量計氣侵監測法和聲波氣侵監測法，在地面或靠近井口的位置設置測量設備，通過監測地面或近地面的相關參數實現氣侵的監測；另一類是基于地層電阻率的氣侵監測方法，通過直接在井下放置設備，檢測井下的相關參數實現氣侵的判斷；這些方法各有特點，但是使用時的局限性較大；第一類方法屬于間接判斷方法，發現氣侵的時間滯后，不利于氣侵的快速判定和控制，不屬于早期監測；第二類方法屬于早期監測，但是需要使用價格高昂和依賴性強的隨鉆測井設備；一般情況下，從發現氣侵到井噴的時間間隔極短，有的甚至不到5分鐘，實現氣侵的早期監測和識別是避免和預防井噴事故，實現安全鉆井的重要保證。因此，研發一種氣侵早期監測方法，早期發現，及時應對，減除對隨鉆測井設備的依賴，降低生產成本，避免財產和人員損失，為實現安全鉆井提供可靠保證，具有良好的社會和經濟價值，應用前景廣闊。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種氣侵早期監測方法，早期發現氣侵，及時采取應對措施，避免財產和人員損失，為安全鉆井提供可靠保證。

為了實現上述目的，本發明涉及的氣侵早期監測方法采用氣侵早期監測裝置實施，在井下鉆桿上按照設定的間距分別裝設下部壓力測量器和短距離無線信號發射器與上部壓力測量器和井下信號發射器，下部壓力測量器與上部壓力測量器分別測量所處位置的環空流體壓力，短距離無線信號發射器將下部壓力測量器所處位置的環空流體壓力發射給上部壓力測量器，上部壓力測量器計算下部壓力測量器與上部壓力測量器所處位置之間的環空流體壓力的壓力差和密度，上部壓力測量器能夠根據密度判斷井下是否發生氣侵并通過井下信號發射器將判斷結果發送給地面控制中心供操作人員及時作出應對措施；上部壓力測量器也能夠直接通過井下信號發射器將壓力差和密度發送給地面控制中心，地面控制中心根據密度判斷井下是否發生氣侵供操作人員及時作出應對措施；在監測過程中，氣侵發生時，井下環空流體受到直接影響后密度發生變化；在井下鉆桿上相隔距離h處裝設的下部壓力測量器與上部壓力測量器分別測量的所處位置的環空流體壓力為P_下與P_上，根據公式：(P_上-P_下)/(h×g)計算得出下部壓力測量器與上部壓力測量器所處位置之間的環空流體密度，式中g為重力加速度；當計算的環空流體密度在根據操作工況確定的波動范圍內時，表明井下沒有發生氣侵，當計算的環空流體密度不在根據操作工況確定的波動范圍內時，表明井下發生氣侵。

本發明涉及的氣侵早期監測裝置的主體結構包括下部壓力測量器、上部壓力測量器、地面控制中心、短距離無線信號發射器和井下信號發射器；下部壓力測量器與短距離無線信號發射器固定連接，上部壓力測量器與井下信號發射器固定連接，地面控制中心放置在地面上易于操作人員使用的位置；下部壓力測量器和短距離無線信號發射器與上部壓力測量器和井下信號發射器無線通信式連接，上部壓力測量器和井下信號發射器與地面控制中心無線通信式連接；各部件電信息連通構成氣侵早期監測裝置。

本發明涉及的井下信號發射器為利用壓力脈沖傳遞信號的隨鉆測量儀(MWD)、利用電磁波傳遞信息的電磁隨鉆測量儀(EMWD)和利用聲波傳遞信息的隨鉆聲波遙測儀(ATWD)中的一種。

本發明與現有技術相比，在井下鉆桿按照設定間距裝設下部壓力測量器與上部壓力測量器，分別測量所處位置的環空流體壓力并計算環空流體密度，根據密度的變化準確判斷氣侵的發生，下部壓力測量器與上部壓力測量器的裝設距離能夠調整，解決了因井下流體密度低無法測量兩個近距離點間環空流體壓力的問題，利用常規的MWD、EMWD或ATWD實現氣侵的早期監測，不依賴隨鉆測井設備，降低生產成本，增加適用性；其工藝過程簡單，原理科學合理，操作便利，實用性好，使用環境友好，通用性強，安全可靠，易于推廣使用。