[發明專利]一種鉆井井下氣侵監測、智能井控系統及實施方法

有效

• 申請號: 202110045388.7
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112360439B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 許玉強;李兵碩;管志川;劉永旺;廖華林;史玉才;李雅婷
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/107
• 分類號: E21B47/107;E21B49/08;E21B47/06;E21B47/135;E21B43/38;E21B34/06;E21B33/12
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

本發明涉及一種鉆井井下氣侵監測、智能井控系統及實施方法，屬于油氣鉆井的技術領域，本發明重新設計旋流發生器有效提高了旋流發生器的壽命和超聲波監測氣侵的精度；將井下氣侵程度分為三個井控風險等級，并通過地下監測信號傳輸通路向地面發送井下氣侵井控風險等級和井筒壓力信息，為地面實施合理的井控預案提供了可靠依據和寶貴時間；對于低風險氣侵和中風險氣侵，系統自動判別氣侵程度并實時控制封隔器的開度，利用減小環空流道截面面積產生的壓降實現對井筒壓力和氣侵的實時控制；對于高風險氣侵，系統可自動封隔井筒、環空并構建加重鉆井液泵入通道，實現井筒環空壓力與地層壓力恢復平衡，更加智能高效，減少了風險及井控成本。

技術領域

本發明涉及一種鉆井井下氣侵監測、智能井控系統及實施方法，屬于油氣鉆井領域。

背景技術

智能鉆井技術是鉆井工程領域未來的發展方向，現有的鉆井工藝技術正逐漸向信息化、自動化和智能化的方向發展。在井控領域，氣侵的早期監測和控制至關重要，也是近年來研究的熱點之一。如何盡早、準確地探測到井下氣侵并快速實施有效的井控措施，是當前面臨的技術難題。

中國專利文獻CN111255443A公開了一種井下氣侵智能控制系統，利用監測鉆井液的粘度和電阻率變化判別出氣侵與否，利用封隔器暫時封隔氣侵鉆井液，利用旁通電磁閥實現鉆井井底管柱與環形空間的連通，方便替換鉆井液來避免井噴事故。但是專利文獻CN111255443A只能判斷氣侵的發生并直接實施“暫時封隔井筒并注入加重鉆井液”這一種措施，無法判斷氣侵程度并根據氣侵程度實施不同級別的井控措施，而注入加重鉆井液比較浪費時間并且成本較高，是針對較大井控風險而迫不得已采取的一項井控措施，應用到中低風險的氣侵，增加了控制時間和經濟成本；另外也無法做到對井下的氣侵程度和井控風險級別的實時監測。

中國專利文獻CN202010209748.8針對超聲波對氣泡和巖屑分辨率不高的難題，提出了基于井下氣固分離的監測方案，大幅提高了超聲波對氣侵氣體的識別精度，但是，專利文獻CN202010209748.8技術方案中氣固分離系統只是氣侵早期的監測方案，而從“監測到氣侵的發生”至“成功實施有效井控措施”之間，還存在一段人工判斷和操作的過程，降低了氣侵井控的效率并增大了不確定性。

發明內容

本發明針對上述技術問題，提出了一種鉆井井下氣侵監測、智能井控系統及實施方法，主要目的是利用超聲波氣侵監測裝置配合環空氣固分離裝置實時監測整個環空的含氣率，判斷出氣侵程度從而得出井控風險等級，根據井控風險等級進行相應的井控措施。當氣侵量為地面可控風險時，根據壓力傳感器監測的壓力信息和氣侵程度監測結果，調整封隔器的開度，利用減小的環空流道截面面積產生壓力降，進而增加封隔器下部環空內的流體壓力，阻止地層氣體的進一步侵入；當氣侵量達到地面不可控風險時，完全開啟封隔器對井筒環空進行封隔，同時打開新的鉆井液循環通道，注入合理的加重鉆井液。另外，本發明所述系統可自主判別封隔器兩側壓力和加重鉆井液產生的液柱壓力是否能夠控制氣侵，并自動開啟封隔器和原有通道恢復正常鉆井液循環，實現了井控風險的分級監測和智能控制，提高了井控的效率。

本發明所述系統還可以通過地下監測信號傳輸通路向地面傳輸井下監測到的壓力和井控風險等級信息。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種鉆井井下氣侵監測、智能井控系統，包括井筒、鉆柱，所述鉆柱為中空結構，設為第一通道，所述鉆柱和井筒之間為環空，還包括第一壓力傳感器、封隔器、第二壓力傳感器、氣侵監測裝置、環空氣固分離裝置、第一電磁閥、第二電磁閥、電控模塊、地面泵壓監控系統和保護罩；所述鉆柱自上而下依次設置有封隔器、氣侵監測裝置和環空氣固分離裝置，所述封隔器、環空氣固分離裝置與鉆柱外壁固定連接，所述封隔器上方和下方分別設置有第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器固定設置在鉆柱側壁上；

所述保護罩設置在鉆柱內部并與鉆柱內壁固定連接，所述保護罩外側形成第二通道，所述鉆柱側壁設有第三通道，所述第二通道、第三通道均與第一通道連通，所述氣侵監測裝置和電控模塊固設于保護罩內；