[發明專利]隨鉆當量密度測量方法及裝置

在審

• 申請號: 201610217226.6
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN105626041A8
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 鄧樂;唐雪平;盛利民;竇修榮;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: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/12;E21B21/08;E21B47/022;E21B47/04;E21B47/06
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 蔡飛燕

技術領域

本發明基于申請日為2014年5月29日，申請號為2014102338597， 發明名稱為“隨鉆當量密度測量方法及裝置”的發明專利申請的分案申請。 涉及石油、天然氣鉆井作業中隨鉆當量密度監測方法及裝置，用于實時獲 取鉆井期間井下當量鉆井液密度，指導窄密度窗口鉆井、大位移井和欠平 衡井等作業施工，達到安全快速鉆井和有效保護儲層的目的。

背景技術

隨著油氣勘探開發不斷向深層發展，鉆井作業面臨的地質條件和地層 壓力系統更為復雜，噴漏同層、上噴下漏等復雜地層條件下的窄密度窗口 安全鉆井問題突出，井下復雜情況和事故頻繁，已成為制約深層油氣開發 的技術瓶頸。解決復雜地層條件下窄密度窗口鉆井問題的有效技術途徑是 實施精細控壓鉆井作業，因此應實時監測鉆井液當量密度，使其控制在允 許范圍內，以確保鉆井安全。

在大位移和水平井鉆井作業中，隨著大斜度井段的鉆進，環空沿程損 耗不斷增加，而垂深增加緩慢，甚至不增加或減少(如井斜角≥90°井段)， 從而導致鉆井液當量循環密度(ECD)逐步增加，尤其是在小井眼大斜度 長位移井段鉆井后期，當量循環密度的控制尤為重要，它是能否安全鉆達 設計完鉆井深的一個關鍵因素。

對于欠平衡鉆井作業，實時監測鉆井液當量密度，使其低于地層孔隙 密度并維持在合理的壓差范圍內，可有效地保護儲層，減少降低鉆井液對 油氣層的傷害，提高油氣采收率，對油氣勘探開發具有重要意義。此外， 隨鉆實時監測鉆井液當量密度及其變化，還可有助于及時了解井眼清潔、 地層流體侵入以及鉆井液漏失等情況，為指導下步鉆井作業提供幫助。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供涉及井下隨鉆實時監測鉆井液當量密 度的技術方案，自動跟蹤鉆進過程中鉆井液當量密度及其變化情況，為窄 密度窗口鉆井、大位移井和欠平衡井等作業施工提供施工指導，預防井下 復雜情況和事故，達到安全快速鉆井作業和保護油氣儲層等目的。

具體來說，本發明提供了一種隨鉆當量密度測量裝置，包括PWD (PressureWhileDrilling)參數測量工具、MWD數據通訊工具，其特征 在于，所述PWD工具上分別裝有鉆柱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、監測開停泵情況和檢測地面下傳信號，PWD 上還裝有軸向加速度傳感器，用于測量鉆柱軸向運動情況及計算鉆柱軸向 移動距離，應用井下實時跟蹤深度和測斜數據計算壓力傳感器位置垂直深 度，進而求得當量鉆井液密度，PWD通過上下數據連接器同MWD (MeasurementWhileDrilling)通訊連接，MWD用于隨鉆測量定向參數 和上傳井下測量參數。

本發明還提供一種隨鉆當量密度測量方法，其特征在于，包括在井下 存儲器中設置已鉆井眼軌跡基本參數、待鉆井眼深度校驗點、不同地層深 度允許當量密度范圍、壓力傳感器及定向參數傳感器位置、壓力和軸向加 速度傳感器采樣時間等參數步驟；下鉆到井底后鉆柱處于暫停運動狀態， 地面向井下發送信息后開始鉆進，初始化速度及軸向位移后，利用加速度 傳感器進行鉆柱軸向運動距離(深度)跟蹤步驟；應用井下實時跟蹤深度 和測斜數據計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當量鉆井液密度步驟， 其中，若當量密度超出允許范圍或偏離正常變化趨勢時，通過MWD及時 上傳到地面系統，并進行預警顯示，否則間隔一定時間上傳當量鉆井液密 度；當鉆達預定深度校驗點時(通常設為鉆進接單根深度)時，暫停鉆柱 運動進行測斜，測斜上傳到地面系統確認后，向井下發送信息并恢復鉆鉆 進作業，繼續鉆進深度跟蹤和隨鉆當量密度監測直到結束鉆進作業。

本發明還提供一種用于測量鉆柱軸向運動距離的測量方法，其特征在 于，利用軸向加速度傳感器測量軸向加速度，然后對測量軸向加速度進行 濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有 效的鉆柱軸向運動加速度，對有效運動加速度一次積分可求得軸向運動速 度；再對計算出的軸向運動速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差 信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動速度，對有效運動 速度一次積分可求得軸向移動距離，由此實現鉆柱軸向移動距離的測量。

本發明還提供一種井下獲取完整測斜數據的方法，其特征在于，通過 井下預設深度校驗點，到預定深度時，暫停鉆柱運動測斜并上傳測量結果， 地面確認后下發信息，從而井下可獲得測量點深度數據。