[發明專利]一種用于測量鉆柱上下運動產生抽吸環空壓力波動的方法

在審

• 申請號: 201610119005.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN105672991A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 唐雪平;盛利民;竇修榮;鄧樂;王家進;王鵬;藍蓉;艾維平;呂海川
• 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: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/07
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 王澤云

技術領域

本申請是基于申請日為2014年5月29日、申請號為2014102329418、發明 名稱為“全程環空壓力測量方法及裝置”的發明專利申請的分案申請。涉及的 是石油、天然氣鉆完井作業的一種全程環空壓力測量方法及裝置，用于鉆井全 過程的井眼環空壓力實時檢測，以指導安全進行鉆井施工，降低作業風險，預 防井下復雜情況和事故，確保安全快速鉆完井作業。

背景技術

鉆井作業包括起下鉆、鉆進、接單根、循環、劃眼等作業，在鉆井作業過 程中，有多種因素會導致井下壓力變化，如鉆柱上下活動速度、開停泵作業、 排量變化、鉆柱轉速、機械鉆速、井眼凈化情況、井眼環空幾何尺寸、井眼軌 跡、鉆井液流變性能、巖屑大小和密度等。在工程實踐中，要避免因操作和施 工參數不當而造成井下壓力波動超出允許范圍，防止由此引起的井下復雜情況 和事故，如快速起下鉆引起的抽吸和激動壓力、停泵引起的井底壓力快速減小， 以及開泵和劃眼造成的壓力波動。

在大位移鉆井作業中，由于穩斜段長，且井斜角大，隨著鉆井進尺的增加， 環空沿程流動壓耗增加，垂深增加緩慢，從而導致鉆井液當量循環密度(ECD) 增加明顯；同時大位移井存在嚴重偏心環空和螺旋流，以及井眼凈化問題突出， 容易引起ECD超過允許值。此外，在高溫高壓深井、海上深水鉆井、小井眼鉆 井、復雜地層窄密度窗口鉆井，以及欠平衡鉆井作業都需要精確實時地監測鉆 井全過程環空壓力及變化情況，及時上傳重要數據，指導施工決策和安全鉆完 井作業；也利于鉆井事后分析，為以后的鉆井設計和施工參數制定提供參考。

全過程中監測鉆井環空壓力數據量大，目前MWD/LWD數據傳輸速率還很低， 因此迫切需要一種既可滿足全程環空壓力監測需求，又需智能檢測出抽吸、激 動壓力等重要參數，并適時上傳的一種全程環空壓力測量方法和裝置，為安全 鉆井施工作業提供指導。

發明內容

鑒于此，為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供涉及鉆井全過程 環空壓力測量的技術方案，實現開、停泵狀態下參數測量功能，智能檢測鉆井 作業過程中的最大波動壓力、靜動態穩定壓力和柱內外壓差變化等重要數據， 并適時上傳地面系統供綜合分析，預防井下復雜情況和事故，指導安全快速鉆 完井作業，降低作業風險和鉆井成本。

具體的，本發明采用了一種用于實現鉆井全過程的環空壓力測量裝置，包 括PWD(PressureWhileDrilling)工具、儀器連續供電設備、開停泵檢測判 斷部件、以及MWD(MeasurementWhileDrilling)數據通訊工具，所述PWD工 具上裝有柱內和環空壓力傳感器，用于測量鉆柱內外的鉆井液流體壓力、監測 鉆井液循環狀態和鉆頭壓降，所述PWD上還裝有軸向加速度傳感器，用于檢測 鉆柱軸向運動情況及計算鉆柱軸向移動距離，在接鉆桿坐卡等暫停鉆柱上下運 動時，利用環空壓力傳感器測量鉆柱軸向靜止環空壓力，當起下鉆、鉆進等鉆 柱運動時，測量環空壓力，利用軸向加速度傳感器計算相近兩次鉆柱軸向靜止 間的移動距離及鉆柱上下運動過程中鉆柱相對移動距離，對應的鉆柱運動環空 壓力，根據上述信息，計算鉆柱上下運動位置對應的靜止環空壓力及由于鉆柱 上下運動所產生的環空壓力波動，并求出最大環空壓力波動。

所述儀器連續供電設備包括電池和渦輪發電機，在起下鉆等停止鉆井液循 環時，井下工具采用電池供電，循環鉆井液時由渦輪發電機供電。

所述開停泵檢測判斷部件實時監測所述環空壓力及其變化過程，記錄最大 開泵環空壓力點，最大開泵環空壓力，實時測量在鉆進過程中環空及柱內壓力， 監測鉆頭壓降及環空循環壓耗變化情況，判斷鉆頭壓降(柱內壓力與環空壓力 之差)、環空循環壓耗(開泵與停泵時的環空壓力差)是否偏移正常趨勢，并 通過MWD數據通訊工具上傳到地面系統，并且，實時監測停泵過程環空壓力及 其變化，記錄停泵最小環空壓力和穩定環空壓力，開泵后通過MWD數據通訊工 具上傳到地面系統。