[發明專利]漏失井鉆井液面與漏失壓力監測系統及方法

在審

• 申請號: 201710156243.8
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106703789A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 吉樹鵬;穆國臣;劉彥學;薄啟煒;王友付;葛春梅;張天笑;陳業鵬;陳玉平;陳曉峰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: E21B47/047
• 分類號: E21B47/047;E21B47/06;E21B47/14
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 鞠傳龍

技術領域

本發明涉及一種監測系統及方法，特別涉及一種漏失井鉆井液面與漏失壓力監測系統及方法。

背景技術

目前,在石油鉆井過程中，由于地層裂縫、孔洞發育和漏失壓力低的原因，導致井下惡性漏失等復雜情況經常發生。漏失發生后，鉆井液失返，鉆井液面迅速下降，液面位置不明，地層漏失壓力不清，給復雜問題的處理與下步施工帶來重大安全隱患。在漏失井鉆井液面監測方面，目前采用的方法是:借鑒采油井監測井下油水液位的方法，通過在井口安裝聲納裝置，利用聲納技術監測油水液面位置。但鉆井漏失井的井筒環境比采油井的井筒環境要復雜得多。采油井井筒內基本沒有噪聲干擾，其噪聲過濾僅針對地面常規噪聲采用高通濾波的方法。但在鉆井漏失井中，尤其是漏失發生初期，鉆井液面是處于快速變化狀態的，同時伴有井下鉆具的旋轉和上下活動，形成的井筒內背景噪聲較多，對鉆井液面監測結果造成很大影響，監測結果誤差很大，常規噪聲過濾方法無法滿足要求。在地層漏失壓力監測方面，目前還沒有直接監測的手段，只能在鉆井施工前進行預測，具體方法是采用鄰井巖心及測井資料，通過室內巖心實驗和測井資料處理開展數學建模，然后根據數學模型對施工井進行預測。這種方法是采用鄰井資料對施工井進行預測，由于地層條件的差異性，必然存在誤差，另外這種方法實施過程較長，不具備實時性。

發明內容

本發明的目的是為了解決在漏失井鉆井液面監測方面存在的諸多問題而提供的一種漏失井鉆井液面與漏失壓力監測系統及方法。

本發明提供的漏失井鉆井液面與漏失壓力監測系統是在鉆井套管頭下部的平板閥上安設有井口集成模塊，井口集成模塊通過平板閥與井筒相連通，通過井口集成模塊監測鉆井液面深度和地層漏失壓力，井口集成模塊由氮氣源提供工作動力，井口集成模塊由工控計算機進行工作控制和數據、圖形顯示，并由工控計算機完成計算。

井口集成模塊包括有電磁閥、聲納發射器、聲納接收器、整形放大器和單片機，氮氣源通過承壓軟管與電磁閥連接，由電磁閥控制氮氣源為聲納發射器提供動力，聲納發射器向井筒內發生聲波，聲波遇鉆井液面后發生反射，由聲納接收器接收反射波并轉換成電信號，并進入整形放大器，由整形放大器整形放大后進入單片機，由單片機整流、濾波后由工控計算機來顯示曲線圖，并由安裝在工控計算機上的系統軟件完成計算，得出鉆井液面深度和地層漏失壓力。

本發明提供的漏失井鉆井液面與漏失壓力監測方法，其方法如下所述：

步驟一、由工控計算機發出工作指令，由單片機傳輸給下面的執行部件；

步驟二、啟動聲納接收器首先接收井筒內背景噪聲，經整形放大器處理后在單片機中存儲；然后打開電磁閥，對聲納發射器完成儲能后關閉；

步驟三、啟動聲納發射器向井筒內發射聲波，聲波在井筒內向下傳播遇到鉆井液面后發生反射，聲納接收器中的聲納片接收反射波后發生壓電效應，聲波轉換成電信號，進入整形放大器進行常規噪聲過濾，并進行放大處理，然后轉換成脈沖信號輸出到單片機，此時將反射波信號與井筒內背景噪聲信號進行比對，即可識別出摻雜在反射波信號中的井筒內背景噪聲信號并將其過濾，然后由工控計算機顯示曲線圖；

步驟四、依據聲納發射器發射聲波到聲納接收器接收反射波的時間差和聲波傳播速度，由系統軟件完成鉆井液面深度計算，根據液柱壓力與地層漏失壓力平衡原理，當鉆井液面最終穩定時，依據鉆井液面穩定深度和鉆井液密度，由系統軟件完成地層漏失壓力計算，并將計算結果在工控計算機上輸出或直接打印，最終實現對鉆井液面和地層漏失壓力的監測。

本發明的有益效果：

本發明提供的漏失井鉆井液面與漏失壓力監測系統及方法的監測過程在20秒之內可全部完成。由系統軟件控制，按設定的監測頻率不斷向井筒內發射聲波，即可實現對鉆井液面和地層漏失壓力的連續監測。具有較強的抗噪聲干擾能力，能夠快速、準確監測漏失井鉆井液面和地層漏失壓力的系統和方法。徹底解決了常規噪聲過濾方法無法滿足要求而導致的監測結果誤差大的問題。

附圖說明

圖1本發明所述的監測系統整體結構示意圖。

圖2為本發明所述的氮氣源、承壓軟管、工控計算機和井口集成模塊原理結構示意圖。

1、鉆井套管頭 2、平板閥 3、井口集成模塊 4、井筒 5、鉆井液面6、氮氣源 7、電磁閥 8、承壓軟管 9、聲納發射器 10、聲納接收器11、整形放大器 12、單片機 13、工控計算機。

具體實施方式

請參閱圖1和圖2所示：