[發(fā)明專利]氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識(shí)別系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110048652.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112727454A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李皋;馮胤翔;何龍;陳一健;夏文鶴;蔣祖軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發(fā)明涉及氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識(shí)別系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括排砂管線、巖屑投料器和巖屑音頻取樣器，巖屑音頻取樣器包括外腔體6、內(nèi)腔體9、數(shù)據(jù)采集箱13和計(jì)算機(jī)14，外腔體6為圓柱形，位于排砂管線外，其隔音底座上端位于外腔體內(nèi)，下端通過(guò)排砂管線開(kāi)孔延伸至內(nèi)腔體，內(nèi)腔體位于排砂管線內(nèi)，包括壓力傳感器10、拾音器11和隔音棉12。該方法包括：分別采集不同粒徑、不同巖性的巖屑樣本的有效音頻，提取有效音頻的MFCC參數(shù)，建立模型樣本庫(kù)；鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)有效音頻進(jìn)行提取，判斷巖屑顆粒的粒徑及巖性；計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)排砂管線的巖屑體積，判斷井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性。本發(fā)明原理可靠，操作簡(jiǎn)便，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣開(kāi)采領(lǐng)域氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識(shí)別系統(tǒng)及方法，能明顯減弱環(huán)境噪音，增加有效音頻采集幾率，提高巖屑量估算精度，判斷巖屑巖性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井筒攜巖狀態(tài)。

背景技術(shù)

氣體鉆井在提高機(jī)械鉆速，保護(hù)儲(chǔ)層方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是在氣體鉆井的過(guò)程中容易發(fā)生井壁坍塌、掉塊；在鉆遇高壓儲(chǔ)層時(shí)容易發(fā)生巖爆，造成井下復(fù)雜事故。通過(guò)識(shí)別排砂管線返出的巖屑的性質(zhì)，能及時(shí)準(zhǔn)確地判斷井下巖性的變化，進(jìn)而預(yù)防、判斷井下復(fù)雜情況的發(fā)生。由于返出巖屑顆粒小、速度快，監(jiān)測(cè)人員很難通過(guò)現(xiàn)有手段獲取返出巖屑狀態(tài)信息。在常規(guī)的氣體鉆井施工中，通常需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員通過(guò)觀察排砂管線出口的巖屑排出情況，并通過(guò)耳朵聽(tīng)?zhēng)r屑與排砂管線的撞擊聲來(lái)判斷攜巖狀態(tài)。發(fā)明專利“一種氣體鉆井井筒內(nèi)攜巖狀態(tài)快速判斷方法”(CN104331598A)通過(guò)在排砂管線上游段下壁安裝一個(gè)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的音頻信號(hào)采集器，分析采集到的音頻信號(hào)來(lái)判斷井筒內(nèi)攜巖狀態(tài)，從而通過(guò)統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)采集到的大顆粒巖屑的個(gè)數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)大顆粒固相物的流量。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，鉆井現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，噪聲多，且?guī)r屑在排砂管線內(nèi)存在重復(fù)撞擊的情況，有效音頻采集困難，識(shí)別率低。因此亟需研制一種能有效減弱環(huán)境噪音并能提高巖屑音頻識(shí)別率的巖屑音頻采集系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識(shí)別系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理而緊湊，安裝更換方便，能夠有效減少通過(guò)空氣和排砂管線傳播的噪音，增加排砂管線與內(nèi)腔體的碰撞幾率，提高有效音頻的采集率，通過(guò)音頻信號(hào)分析判斷井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性。

本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述系統(tǒng)快速識(shí)別氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性的方法，該方法原理可靠，操作簡(jiǎn)便，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的基本原理在于通過(guò)采集巖屑與金屬內(nèi)腔體的撞擊音頻，并利用壓力傳感器判別撞擊音頻，通過(guò)采集、解析拾音器拾取到的撞擊音頻來(lái)獲取巖屑的粒徑、巖性和數(shù)量的信息，從而間接估算單位時(shí)間內(nèi)排砂管線內(nèi)的巖屑體積流量。

氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識(shí)別系統(tǒng)，包括排砂管線、排砂管線上游設(shè)置的巖屑投料器、位于排砂管線上的巖屑音頻取樣器。

所述巖屑投料器位于排砂管線上端，在排砂管線上端開(kāi)孔并通過(guò)焊接固定巖屑投料器，投料器設(shè)有投料口以及兩個(gè)開(kāi)關(guān)閥，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閥來(lái)達(dá)到投送巖屑的目的。

所述巖屑音頻取樣器包括外腔體、內(nèi)腔體、數(shù)據(jù)采集箱和計(jì)算機(jī)，所述排砂管線上部有開(kāi)孔，開(kāi)孔處焊接外腔體，所述外腔體為圓柱形，位于排砂管線外，包括金屬螺塞、隔音底座，金屬螺塞通過(guò)螺紋將隔音底座固定在外腔體底部，所述隔音底座的剖面為T型結(jié)構(gòu)，上端位于外腔體內(nèi)，下端通過(guò)排砂管線開(kāi)孔延伸至內(nèi)腔體，內(nèi)腔體通過(guò)卡槽結(jié)構(gòu)固定于隔音底座，所述內(nèi)腔體位于排砂管線內(nèi)，包括拾音器、壓力傳感器和隔音棉，拾音器和壓力傳感器通過(guò)隔音棉的擠壓作用固定并緊貼內(nèi)壁，拾音器和壓力傳感器均連接數(shù)據(jù)采集箱，數(shù)據(jù)采集箱連接計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集箱和計(jì)算機(jī)位于地面，用于采集、接收和處理拾音器和壓力傳感器傳送的信號(hào)。