[發(fā)明專利]超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710969361.0
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107575212B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軼明;夏威;李相方;陳澤恩;沙瑞斯·阿哈邁德
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: E21B47/01
• 分類號: E21B47/01;E21B47/14;E21B47/10;E21B47/06
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞;賈磊

1.一種超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置包含：氣侵監(jiān)測短節(jié)和數(shù)據(jù)處理終端；

所述氣侵監(jiān)測短節(jié)包含超聲波發(fā)射傳感器、超聲波接收傳感器、信號處理器、鉆井工況監(jiān)測模塊及數(shù)據(jù)分析器；

所述超聲波發(fā)射傳感器用于向井下環(huán)空內(nèi)流體發(fā)射超聲波信號；所述超聲波接收傳感器用于接收經(jīng)由所述井下環(huán)空內(nèi)環(huán)空內(nèi)流體反射的超聲波信號；

所述鉆井工況監(jiān)測模塊用于獲取鉆井狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述的信號處理器與超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器相連，用于對所述超聲波信號進(jìn)行預(yù)處理生成超聲波預(yù)處理信號；

所述數(shù)據(jù)分析器分別與所述信號處理器和所述鉆井工況監(jiān)測模塊相連，用于將所述鉆井狀態(tài)數(shù)據(jù)中鉆鋌的角速度值、加速度值和壓差傳感器顯示值均與預(yù)定狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲得第一比較結(jié)果，根據(jù)第一比較結(jié)果獲得當(dāng)前鉆鋌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對所述超聲波預(yù)處理信號進(jìn)行降噪處理，并將處理后的所述超聲波預(yù)處理信號的頻率值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，獲得第二比較結(jié)果，根據(jù)第二比較結(jié)果獲得氣侵結(jié)果數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理終端與所述數(shù)據(jù)分析器通信連接，用于獲取所述氣侵結(jié)果并顯示輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理終端還包含一報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊用于將所述氣侵結(jié)果與預(yù)定報(bào)警閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出報(bào)警信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置，其特征在于，所述氣侵監(jiān)測短節(jié)的外徑與鉆鋌外徑一致，內(nèi)徑小于或等于鉆鋌內(nèi)徑；所述氣侵監(jiān)測短節(jié)外壁側(cè)設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)空腔，所述空腔用于安置所述超聲波發(fā)射傳感器、所述超聲波接收傳感器、所述信號處理器或所述數(shù)據(jù)分析器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置，其特征在于，所述空腔與所述空腔之間設(shè)置有通信線纜和供電電纜通道，用于設(shè)置通信線纜和供電電纜；所述空腔外設(shè)有曲面蓋體，所述曲面蓋體用于密封所述空腔。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置還包含數(shù)據(jù)回傳模塊，所述數(shù)據(jù)回傳模塊與所述數(shù)據(jù)分析器相連，用于將所述數(shù)據(jù)分析器獲得的所述氣侵結(jié)果發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理終端；

其中所述數(shù)據(jù)回傳模塊包含聲波信號發(fā)射器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器；所述聲波信號發(fā)射器，用于將所述氣侵結(jié)果發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理終端；

所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器，用于將所述氣侵結(jié)果轉(zhuǎn)換為預(yù)定數(shù)據(jù)格式后交由所述聲波信號發(fā)射器回傳至所述數(shù)據(jù)處理終端。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置，其特征在于，所述鉆井工況監(jiān)測模塊包含角速度傳感器、加速度傳感器和壓差傳感器；所述角速度傳感器用于監(jiān)測鉆柱的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述加速度傳感器用于監(jiān)測鉆柱起下鉆狀態(tài)；所述壓差傳感器用于通過測量鉆鋌內(nèi)壁兩孔之間的壓差，根據(jù)壓差值測量鉆桿內(nèi)流體流動(dòng)情況以及流速。

7.一種適用于如權(quán)利要求1至5中任一所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測裝置的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測方法，其特征在于，所述監(jiān)測方法包含：

于鉆鋌外壁向環(huán)空內(nèi)流體發(fā)射超聲波信號；

獲取經(jīng)由井內(nèi)流體反射的超聲波信號及當(dāng)前鉆井狀態(tài)數(shù)據(jù)；

對所述超聲波信號進(jìn)行預(yù)處理生成超聲波預(yù)處理信號；

將所述鉆井狀態(tài)數(shù)據(jù)中鉆鋌的角速度值、加速度值和壓差傳感器顯示值均與預(yù)定狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲得第一比較結(jié)果，根據(jù)第一比較結(jié)果獲得當(dāng)前鉆井狀態(tài)，根據(jù)所述鉆井狀態(tài)對所述超聲波預(yù)處理信號進(jìn)行降噪處理，并將處理后的所述超聲波預(yù)處理信號的頻率值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，獲得第二比較結(jié)果，根據(jù)第二比較結(jié)果獲得氣侵結(jié)果數(shù)據(jù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測方法，其特征在于，所述處理后的所述超聲波預(yù)處理信號的頻率值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較包含：通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)獲得的氣液兩相流含氣率與超聲波信號對應(yīng)關(guān)系，將所述超聲波預(yù)處理信號的頻率值與所述對應(yīng)關(guān)系的預(yù)定閾值進(jìn)行比較。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波隨鉆氣侵監(jiān)測方法，其特征在于，根據(jù)所述鉆井狀態(tài)對所述超聲波預(yù)處理信號進(jìn)行降噪處理包含：當(dāng)鉆柱為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，通過所述角速度值將超聲波預(yù)處理信號中切向流動(dòng)速度帶來的附加信號去除；

當(dāng)鉆井狀態(tài)為起下鉆時(shí)，通過所述加速度值和速度值將超聲波預(yù)處理信號中的流向加速度帶來的信號噪聲去除；

當(dāng)鉆井狀態(tài)數(shù)據(jù)為停泵或者循環(huán)時(shí)，通過壓差傳感器獲得的流動(dòng)參數(shù)將超聲波預(yù)處理信號中的流向加速度帶來的相對流動(dòng)速度去除。