基于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测方法及装置，其特征在于：它包括一设置在井筒内的钻柱，钻柱底部连接随钻环空压力测量装置和钻头，随钻环空压力测量装置包括环空压力传感器、环空温度传感器、信号监测电路、数据存储电路、电池和数据连接器，随钻环空压力测量装置的顶部连接一随钻测量装置，该装置包括信号接收模块和脉冲发生器；钻柱上部设置有钻井液返出流量计，井口一侧通过管道连接泥浆泵和泥浆循环池，泥浆泵上安装泥浆压力传感器，泥浆循环池内设置有泥浆液位计；钻井液返出流量计、泥浆压力传感器和泥浆液位计分别导线连接录井仪，录井仪内设置有滤波模块和测量信号模块，录井仪通过导线连接数据分析及报警模块。本发明可以应用于深水石油钻井作业中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测方法及装置，特别是关于一种适用于深水钻井作业中基 于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测方法及装置。

背景技术

由于在深水钻井中常会遇到固结松散的沉积层，由于钻井液压力梯度与地层 压力梯度、地层破裂压力梯度间的窗口窄，因此安全、高效地进行深水钻井是开 发利用海洋石油资源的一个基本前提。如何及早并有效地发现溢流是深水井控的 关键点，否则，如果发生井喷事故，将会造成严重后果。海洋深水浮式钻井装置 的工作特点也要求必须选择比常规的井涌监测方法更为迅速、更适应浮式钻井装 置工作环境的井涌监测方法。而传统的基于录井信息和其它数据（比如dc值和钻 井液性能等）变化来进行气侵预测报警响应都不够准确及时，难以满足要求。而 且大部分现有的钻井监测系统灵敏度为7桶（1立方米）左右，只有满足这个条件 才会给出报警信号，而在水深增加的情况下，井筒安全余量不断降低，个别高难 度井最低达到1桶左右，因此目前已有的井涌监测方法难以满足深水特殊工况的 要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于随钻环空压力测量的井筒气侵 早期监测方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于随钻环空压力测量的 井筒气侵早期监测方法包括以下步骤：1）在钻柱上设置一包括随钻环空压力测量 装置、随钻测量装置、钻井液返出流量计、录井仪和数据分析及报警模块的监测 装置，将泥浆循环池连接一泥浆泵，在泥浆泵上安装有一泥浆压力传感器；所述 泥浆循环池内设置有一泥浆液位计；2）在监测现场，启动泥浆泵，使泥浆循环池、 钻柱内环空及钻柱外内环空泥浆为流动状态。数据依次通过随钻环空压力测量装 置、随钻测量装置的信号接收模块及脉冲发生器、录井仪和数据分析及报警模块； 3）置于井筒内的环空压力传感器和环空温度传感器采集井筒内的数据，将采集数 据通过信号监测电路记录在数据存储电路上，数据存储电路再通过数据连接器连 接随钻测量装置；4）随钻测量装置将得到的数据，通过脉冲发生器发送到地面的 录井仪内，录井仪同时采集通过钻井液返出流量计记录井筒内泥浆的反流量、井 筒外的泥浆压力传感器和泥浆液位计等的数据；5）录井仪将采集的信息通过滤波 模块进行滤波，再通过测量信号模块解码以还原井下测量信号，并通过数字和曲 线的方式，将测量结果显示在屏幕上；6）录井仪按照模型进行分析判定，若发现 在连续5分钟、6分钟时间段内，其时间长短根据钻井设计和储层流体情况确定， 环空温度上升5℃以上；再结合环空压力随时间变化曲线，若发现环空压力在5 分钟、6分钟时间段内不断下降，其压力下降值超过50psi以上，或发现海面泥 浆循环池液面高度不断增长，则初步判断井筒将要发生气侵，应采取预警措施；7） 通过录井仪密切监测泥浆压力传感器采集泥浆泵的泵压和泵冲数、泥浆循环池的 泥浆液位计液位高度和钻井液返出流量计的返出量参数的变化值；8）若泥浆压力 传感器监测的泵压降低和泵冲数增加、泥浆循环池的泥浆液位计的液位高度上升、 钻井液返出流量计给出的流量增大、再结合脉冲发生器气测值的变化和录井仪dc 指数的变化，录井仪按照模型进行分析判定，再将处理的数据通过输出端传给数 据分析及报警模块，数据分析及报警模块将得到数据经分析确定报警，发送给井 筒控制系统进行关井作业；9）按井控手册要求进行处理：在关井期间，观察录井 仪中记录立压和套压的变化，如果立压和套压值迅速上升，超过允许的立压和套 压值，井筒控制系统采取进行放喷点火的减压处理；10）根据关井压力确定压井 液的密度，当压井液的密度升高时，井筒控制系统迅速组织实施压井作业。

一种基于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测的装置，其特征在于：它包 括一设置在井筒内的钻柱，所述钻柱的底部连接有一随钻环空压力测量装置，所 述随钻环空压力测量装置包括一环空压力传感器、一环空温度传感器、一信号监 测电路、一数据存储电路、一电池和一数据连接器；所述随钻环空压力测量装置 的底部连接一钻头；所述随钻环空压力测量装置包括数据接收模块和一脉冲发生 器；所述钻柱上部设置有一钻井液返出流量计，所述井口地面一侧通过管道连接 有一泥浆泵，所述泥浆泵上安装有一泥浆压力传感器，所述泥浆泵的出口通过管 道连接有一泥浆循环池，所述泥浆循环池内设置有一泥浆液位计；所述钻井液返 出流量计、泥浆压力传感器和泥浆液位计分别通过导线连接一录井仪，所述录井 仪内设置有滤波模块和测量信号模块，所述录井仪的输出端通过导线连接一数据 分析及报警模块，所述数据分析及报警模块输出端通过导线连接井筒的控制系统。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在深水钻井作业 现场由于采用随钻环空压力测量装置采集井筒内的压力和温度，其所采集的数据 为井筒气侵初期迅速判断及防止井筒复杂情况和事故的发生，提供了两个方面的 重要参考数据，而且还不受钻机类型和井眼尺寸限制，因此使其监测方法简单、 快速。2、本发明由于根据环空压力、温度数据和其他录井仪给出的数据如：排量、 立管压力、钻速、钻井液进出口性能、进出口温度、总气量、泥浆循环池的液位 高度一同综合分析，因此可以更加迅速准确预测早期井筒的气侵发生。3、本发明 基于随钻环空压力测量早期监测井筒气侵，并通过进行数据处理，建立井涌早期 监测模型，为深水井涌早期监测等提供理论验证和方法补充，同时还综合考虑地 面上通过录井仪采集的泥浆压力、泥浆循环池的液位高度和钻井液返出流量的钻 井参数，并经过滤波模块进行分析滤波，再经过测量信号模块解码以还原井下测 量信号，通过数字和曲线的方式，将测量结果显示在屏幕上，因此可以为实现对 井筒气侵时的早期报警。本发明可以应用于深水石油钻井作业中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的随钻环空压力测量装置和随钻测量装置工作流程方框图

图3是本发明的随钻环空压力测量溢流监测数据曲线图

图4是本发明的监测方法流程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明包括一设置在井筒内的钻柱1，钻柱1的底部连接 有一随钻环空压力测量装置2，随钻环空压力测量装置2包括一环空压力传感器 21、一环空温度传感器22、一信号监测电路23、一数据存储电路24、一电池25 和一数据连接器26（如图2所示）。随钻环空压力测量装置2的底部连接一钻头3。 在随钻环空压力测量装置2的顶部连接一随钻测量装置4，随钻测量装置4包括一 信号接收模块41和脉冲发生器42。

在钻柱1上部设置有一钻井液返出流量计5，在井口地面一侧通过管道连接有 一泥浆泵6，泥浆泵6上安装有一泥浆压力传感器61，泥浆泵6的入口通过管道 连接有一泥浆循环池7，泥浆循环池7内设置有一泥浆液位计71。钻井液返出流 量计5、泥浆压力传感器61和泥浆液位计71分别通过导线连接一录井仪8，录井 仪8内设置有滤波模块81和测量信号模块82，录井仪8的输出端通过导线连接一 数据分析及报警模块9，数据分析及报警模块9输出端通过导线连接井筒的控制系 统。

当监测装置在深水海底钻井作业的监测现场工作时：

启动泥浆泵6，使泥浆循环池7、钻柱1内环空及钻柱1外内环空（井眼）泥 浆为流动状态。数据依次通过随钻环空压力测量装置2、随钻测量装置4（信号接 收模块41、脉冲发生器42）、录井仪8和数据分析及报警模块9。井筒内的环空压 力传感器21和环空温度传感器22分别采集井筒内的数据，将采集数据通过信号 监测电路23记录在数据存储电路24上，数据存储电路24再通过数据连接器26 连接随钻测量装置4，随钻测量装置4将信号接收模块41得到的数据，通过脉冲 发生器42发送到地面的录井仪8内，录井仪8同时采集通过钻井液返出流量计5 记录井筒内泥浆的反流量、井筒外的泥浆压力传感器61和泥浆液位计71等的数 据，录井仪8将采集的信息通过滤波模块81进行滤波，再通过测量信号模块82 解码以还原井下测量信号，并通过数字和曲线的方式（如图3所示），将测量结果 显示在屏幕上，录井仪8按照模型进行分析判断判定，其判定过程（如图3、图4 所示），若发现在连续5、6分钟时间段内（时间长短根据钻井设计和储层流体性 质确定）环空温度上升5℃以上，再结合环空压力随时间变化曲线，若发现环空压 力在5或6分钟时间段内不断下降，其压力下降值超过50psi以上，或发现海面 泥浆循环池液面高度不断增长，则初步判断井筒将要发生气侵，应采取预警措施。 此时应进入井控应急状态，准备压井材料，密切观察井内钻井液返出流量计5返 出情况及各项参数。

本发明的基于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测方法包括以下步骤：

1）在钻柱1上设置一包括随钻环空压力测量装置2、随钻测量装置4、钻井 液返出流量计5、录井仪8和数据分析及报警模块9的监测装置，将泥浆循环池7 连接一泥浆泵6，在泥浆泵6上安装有一泥浆压力传感器61；所述泥浆循环池7 内设置有一泥浆液位计71；

2）在深水钻井作业的监测现场，启动泥浆泵6，使泥浆循环池7、钻柱1内 环空及钻柱1外内环空（井眼）泥浆为流动状态。数据依次通过随钻环空压力测 量装置2、随钻测量装置4（信号接收模块41、脉冲发生器42）、录井仪8和数据 分析及报警模块9；

3）置于井筒内的环空压力传感器21和环空温度传感器22采集井筒内的数据， 将采集数据通过信号监测电路23记录在数据存储电路24上，数据存储电路24再 通过数据连接器26连接随钻测量装置4；

4）随钻测量装置4将信号接收模块41得到的数据，通过脉冲发生器42发送 到地面的录井仪8内，录井仪8同时采集通过钻井液返出流量计5记录井筒内泥 浆的反流量、井筒外的泥浆压力传感器61和泥浆液位计71等的数据；

5）录井仪8将采集的信息通过滤波模块81进行滤波，再通过测量信号模块 82解码以还原井下测量信号，并通过数字和曲线的方式（如图3所示），将测量结 果显示在屏幕上；

6）录井仪8按照模型进行分析判定，其判定过程（如图3、图4所示），若发 现在连续5或6分钟时间段内（时间长短根据钻井设计和储层流体情况确定）环 空温度上升5℃以上，再结合环空压力随时间变化曲线，若发现环空压力在5或6 分钟时间段内不断下降，其压力下降值超过50psi以上，或发现海面泥浆循环池 7液面高度不断增长，则初步判断井筒将要发生气侵，应采取预警措施；

7）通过录井仪8密切监测泥浆压力传感器61采集泥浆泵6的泵压和泵冲数、 泥浆循环池7的泥浆液位计71液位高度和钻井液返出流量计5的返出量参数的变 化值；

8）若泥浆压力传感器61监测的泵压降低和泵冲数增加、泥浆循环池7的泥 浆液位计71的液位高度上升、钻井液返出流量计5给出的流量增大、再结合脉冲 发生器42气测值的变化和录井仪8dc指数的变化（dc指数法，常用的地层压力 检测方法，反映泥页岩的压实程度。实质是机械钻速法，利用泥页岩压实规律和 压差对机械钻速的影响理论来检测地层压力）。录井仪8按照模型进行分析判定， 再将处理的数据通过输出端传给数据分析及报警模块9，数据分析及报警模块9 将得到数据经分析确定报警，发送给井筒控制系统进行关井作业；

9）按井控手册要求进行溢流处理：在关井期间，观察录井仪8中记录立压和 套压的变化，如果立压和套压值迅速上升，超过允许的立压和套压值，井筒控制 系统采取进行放喷点火的减压处理；

10）根据关井压力确定压井液的密度，并实施压井作业。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以 有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排 除在本发明的保护范围之外。