[發(fā)明專利]基于聲波時(shí)差的鉆桿刺漏點(diǎn)位置檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810981027.1
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN109113727B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉書杰;任美鵬;孫寶江;周建良;耿亞楠;楊向前;李昊;張興全;王元嬌;夏強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號(hào): E21B47/10
• 分類號(hào): E21B47/10;E21B47/18
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;劉美麗

1.一種基于聲波時(shí)差的鉆桿刺漏點(diǎn)位置檢測裝置，其特征在于該裝置包括：

聲波信號(hào)發(fā)射裝置，所述聲波信號(hào)發(fā)射裝置用于向鉆井液中發(fā)射聲波信號(hào)；

聲波信號(hào)接收裝置，所述聲波信號(hào)接收裝置用于接收鉆井液中的聲波信號(hào)；以及，

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)用于控制所述聲波信號(hào)發(fā)射裝置工作，并采集來自所述聲波信號(hào)接收裝置接收的聲波信號(hào)，通過分析同一聲波信號(hào)沿不同聲波傳播路徑到達(dá)所述聲波信號(hào)接收裝置的時(shí)間差，確定鉆桿刺漏點(diǎn)位置；其中：確定鉆桿刺漏點(diǎn)位置為結(jié)合鉆井液相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出井下鉆桿刺漏點(diǎn)處的深度，具體過程為：

不同路徑的聲波傳播距離不同，聲波在鉆井液中傳播的速度計(jì)算公式滿足：

式中，v代表聲波在鉆井液中的傳播速度，單位m/s；ρ代表鉆井液流體的密度，單位kg/m³；k代表鉆井液流體的體積彈性模量，單位MPa；

鉆井液的流動(dòng)速度計(jì)算公式滿足：

式中，v_d,i、v_a,i分別代表鉆井液在對應(yīng)鉆桿、環(huán)空段中的流動(dòng)速度，單位m/s；Q代表鉆井液泵排量，單位L/s；d_in,i代表對應(yīng)位置段處的鉆桿內(nèi)徑，單位mm；d_out,i代表對應(yīng)位置段處的鉆桿外徑，單位mm；d_c,i代表對應(yīng)位置段處的套管內(nèi)徑，單位mm；

已知井深H，假設(shè)鉆桿刺漏點(diǎn)深度為h，則聲波傳播長路徑比聲波傳播短路徑多出的傳播距離ΔL＝2(H-h)；

傳播距離差值與時(shí)間差值的公式表示如下：

式中，ΔL為聲波傳播長路徑比聲波傳播短路徑多出的傳播距離，單位m；ΔL_d為鉆桿中聲波傳播長路徑比聲波傳播短路徑多出的傳播距離，單位m；ΔL_a為環(huán)空中聲波傳播長路徑比聲波傳播短路徑多出的傳播距離，單位m；Δt為聲波信號(hào)兩個(gè)峰值的時(shí)間間隔，單位s；n₁、n₂分別為刺漏點(diǎn)到井底路徑中鉆桿、環(huán)空的變徑段數(shù)；ΔL_d,i、ΔL_a,i分別為刺漏點(diǎn)到井底路徑中鉆桿、環(huán)空的不同變徑段長度，單位m；

通過以上公式求解即可根據(jù)所接收聲波信號(hào)波峰的時(shí)間差計(jì)算得出井下鉆桿刺漏點(diǎn)處的深度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波時(shí)差的鉆桿刺漏點(diǎn)位置檢測裝置，其特征在于，所述聲波信號(hào)發(fā)射裝置包括聲波信號(hào)發(fā)射器接頭、出液端接頭和聲波信號(hào)發(fā)射器；所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭后端部密封連接所述出液端接頭的前端部形成管體，所述管體內(nèi)徑與安裝鉆井的立管外徑相匹配；所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭的前端部圍設(shè)有所述聲波信號(hào)發(fā)射器，所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭與所述出液端接頭連接的間隙形成空心圓柱形空間，所述空心圓柱形空間內(nèi)設(shè)置黃銅套管及壓電堆，所述壓電堆通過所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭設(shè)置的線孔連接所述聲波信號(hào)發(fā)射器用于為其進(jìn)行供電，所述聲波信號(hào)發(fā)射器連接所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聲波時(shí)差的鉆桿刺漏點(diǎn)位置檢測裝置，其特征在于，所述壓電堆由被施加預(yù)緊力而相互疊加組成的多片壓電陶瓷圓環(huán)片及薄電極圓環(huán)片組成，所述壓電堆兩端裝有絕緣墊片實(shí)現(xiàn)電磁的隔離，所述壓電堆的正極引線的一端接在所述壓電堆的正極及與其緊靠的絕緣墊片之間，所述壓電堆的負(fù)極引線的一端接在所述壓電堆的負(fù)極及與其緊靠的絕緣墊片之間，所述壓電堆正極引線和負(fù)極引線另一端均穿過所述壓電堆的絕緣墊片及線孔連接所述聲波信號(hào)發(fā)射器，實(shí)現(xiàn)對所述聲波信號(hào)發(fā)射器的電池供電。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于聲波時(shí)差的鉆桿刺漏點(diǎn)位置檢測裝置，其特征在于，所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭的后端部外側(cè)周向采用階梯狀結(jié)構(gòu)，所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭的階梯狀結(jié)構(gòu)設(shè)置有后端外密封螺紋和外壁下臺(tái)階外密封螺紋；相應(yīng)地，所述出液端接頭的前端部內(nèi)側(cè)周向采用階梯狀結(jié)構(gòu)，所述出液端接頭的階梯狀結(jié)構(gòu)設(shè)置有前端內(nèi)密封螺紋和內(nèi)壁下臺(tái)階內(nèi)密封螺紋；所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭的外壁下臺(tái)階面與所述出液端接頭的前端處設(shè)置有外密封橡膠墊圈，所述出液端接頭的內(nèi)壁臺(tái)階面與所述聲波信號(hào)發(fā)射器接頭的后端處裝設(shè)置內(nèi)密封橡膠墊圈。