本發(fā)明涉及石油及天然氣鉆井過程中井眼環(huán)空氣侵實(shí)時監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種鉆井過程中利用隨鉆測量工具在傳遞井下數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的壓力脈沖波動信號來實(shí)時監(jiān)測環(huán)空氣侵的方法。用于實(shí)時監(jiān)測早期發(fā)現(xiàn)地層氣體侵入井眼環(huán)空，為及時采取井控措施贏得更充足的時間。

背景技術(shù)：

氣侵是在鉆井過程中，當(dāng)鉆遇高壓地層時，井底有效液柱壓力低于地層壓力致使地層中的天然氣侵入井眼環(huán)空鉆井液的現(xiàn)象；氣體具有很強(qiáng)的可壓縮性，氣體侵入井眼初期，由于受到上部較大的液柱壓力，氣體處于壓縮狀態(tài)，氣體體積很小，很難發(fā)現(xiàn)氣侵。隨著鉆井液的循環(huán)，氣體沿井眼環(huán)空上升，氣體所受上部液柱壓力逐漸減小，體積不斷膨脹增大。氣體越接近井口，膨脹得越厲害，環(huán)空液柱壓力降低得越快，越容易引起井噴事故發(fā)生。因此，在鉆井作業(yè)過程中需要對氣侵是否發(fā)生進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)越早井控風(fēng)險越小。

現(xiàn)有的氣侵監(jiān)測方法主要包括泥漿池液面監(jiān)測技術(shù)、井口流量計(jì)法、環(huán)空壓力隨鉆監(jiān)測法和聲波監(jiān)測方法等。前兩種方法是以氣體體積膨脹為基礎(chǔ)所建立的，簡單實(shí)用，但是在高溫高壓深井、超深井鉆井及一些復(fù)雜的地質(zhì)條件下鉆井時，發(fā)現(xiàn)氣侵的時間具有較大的滯后性。環(huán)空壓力隨鉆監(jiān)測法能夠及時有效的發(fā)現(xiàn)氣侵，但是配套設(shè)施要求高，成本昂貴。聲波監(jiān)測氣侵技術(shù)是前蘇聯(lián)鉆井研究院提出的一種早期氣侵監(jiān)測方法。隨后國內(nèi)外許多專家學(xué)者和公司也相繼進(jìn)行了這方面的研究，但受各種因素影響，一直未能有效解決相關(guān)技術(shù)瓶頸，至今也沒推廣應(yīng)用。

壓力波早期監(jiān)測氣侵技術(shù)主要是利用壓力波在純鉆井液中的傳播速度遠(yuǎn)大于在氣侵鉆井液中的傳播速度的原理，能夠在氣侵還處于井眼中下部、氣侵量還比較小時就被監(jiān)測到。在環(huán)空沒有發(fā)生氣侵的條件下，壓力波在鉆柱內(nèi)和環(huán)空的傳播速度基本相同；在氣體侵入井筒環(huán)空內(nèi)后，壓力波在環(huán)空氣侵鉆井液中的傳播速度明顯減小，而在鉆柱內(nèi)未受氣侵鉆井液中的傳播速度不變，所以壓力波從井底沿鉆柱內(nèi)和環(huán)空兩條路徑傳播到井口的時間會有一定差值，可以利用壓力波在鉆柱內(nèi)和環(huán)空傳遞到地面的時間差來監(jiān)測井筒環(huán)空是否發(fā)生氣侵?，F(xiàn)有的做法是利用位于地面的鉆井液泵產(chǎn)生的壓力波作為壓力波源，其波動變化特征不明顯，通過調(diào)節(jié)泵速或排量改變壓力波特征的方法操作又過于復(fù)雜；而本發(fā)明利用安裝于近鉆頭位置的隨鉆測量工具(MeasurementWhile Drilling，MWD)在傳遞井下數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的壓力脈沖波動信號作為壓力波源，其產(chǎn)生的壓力波信號特征明顯，便于地面分析系統(tǒng)進(jìn)行有效的區(qū)分處理。當(dāng)前定向鉆井作業(yè)和部分直井鉆井作業(yè)過程中均在近鉆頭位置安裝MWD以隨鉆測量井眼軌跡參數(shù)，基于本發(fā)明，僅需要增加井口裝置即可實(shí)現(xiàn)環(huán)空氣侵實(shí)時監(jiān)測；其工藝操作簡單，成本低廉，易于安裝，原理科學(xué)合理，可靠性高，便于推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種油氣鉆井井眼環(huán)空氣侵監(jiān)測方法，早期發(fā)現(xiàn)氣侵，及時采取應(yīng)對措施，避免財(cái)產(chǎn)和人員損失，為安全鉆井提供可靠保證。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的氣侵監(jiān)測方法采用隨鉆測量工具和井口地面監(jiān)測裝置實(shí)施。所述井口地面裝置主要包括環(huán)空壓力傳感器、立管壓力傳感器、濾波處理器、弱信號放大器、數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)和報警器。本發(fā)明利用安裝于近鉆頭位置的MWD發(fā)射的壓力波信號通過鉆柱和環(huán)空兩條路徑傳播到井口，利用安裝于井口附近的立管壓力傳感器和套管壓力傳感器分別接收來自鉆桿內(nèi)和環(huán)空的壓力波信號，利用濾波處理器過濾環(huán)空壓力傳感器和立管壓力傳感器接收到的壓力波信號，利用弱信號放大器對過濾后的弱信號進(jìn)行放大處理，最后利用數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算壓力波從兩條路徑傳播到井口兩個傳感器的時間差，若經(jīng)過實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算出環(huán)空壓力傳感器和立管壓力傳感器接收到井底MWD發(fā)射出的壓力波信號沒有足夠的時間差，表明井眼環(huán)空未發(fā)生氣侵或者氣侵不嚴(yán)重，則報警器不發(fā)出預(yù)警或報警信號；若實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算出環(huán)空壓力傳感器和立管壓力傳感器接收到井底MWD發(fā)射出的壓力波信號存在時間差并達(dá)到預(yù)先設(shè)定的警戒值，表明井眼環(huán)空已發(fā)生比較嚴(yán)重的氣侵，則報警器發(fā)出預(yù)警或報警信號，并提示現(xiàn)場人員采取井控措施，直到環(huán)空壓力傳感器和立管壓力傳感器接收到井底MWD發(fā)射出的壓力波信號的時間差低于警戒值。

本發(fā)明涉及的井下信號發(fā)射器為利用壓力脈沖傳遞信號的MWD。

本發(fā)明涉及的利用隨鉆測量工具的壓力波信號實(shí)時監(jiān)測氣侵的裝置主體結(jié)構(gòu)包括：壓力波信號發(fā)生器MWD、環(huán)空壓力傳感器、立管壓力傳感器、濾波處理器、弱信號放大器、數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、報警器等。

與現(xiàn)有氣侵監(jiān)測技術(shù)及裝置相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1.井下信號發(fā)射器為利用壓力脈沖傳遞信號的MWD，因?yàn)樗械亩ㄏ蚓筒糠种本紩惭bMWD，所以于本發(fā)明，僅需要增加井口裝置即可實(shí)現(xiàn)環(huán)空氣侵實(shí)時監(jiān)測，其工藝操作簡單，成本低廉，易于安裝，原理科學(xué)合理，可靠性高，便于推廣使用。

2.MWD產(chǎn)生的壓力波信號特征明顯，便于識別，監(jiān)測精度高，實(shí)時性極強(qiáng)，操作專業(yè)性要求低，穩(wěn)定性較好，測量過程利用計(jì)算機(jī)監(jiān)測，因此自動化程度高。

3.實(shí)現(xiàn)井眼環(huán)空發(fā)生氣侵時，在氣侵早期階段就能準(zhǔn)確判別是否有地層氣體侵入，提前預(yù)警。

附圖說明

圖1為本發(fā)明涉及的一種利用MWD的壓力波信號實(shí)時監(jiān)測氣侵裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖中，1-MWD壓力波發(fā)生器、2-環(huán)空壓力傳感器、3-立管壓力傳感器、4-濾波處理器、5-弱信號放大器、6-數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、7-報警器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本實(shí)施例涉及的利用MWD的壓力波信號實(shí)時監(jiān)測氣侵裝置的主體結(jié)構(gòu)包括MWD壓力波發(fā)生器1、環(huán)空壓力傳感器2、立管壓力傳感器3、濾波處理器4、弱信號放大器5、數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)6、報警器7。

利用安裝于近鉆頭位置的MWD壓力波發(fā)生器1產(chǎn)生壓力波；壓力波信號通過鉆柱和環(huán)空兩條路徑從井底傳播到井口，利用安裝于井口位置的環(huán)空壓力傳感器2和立管壓力傳感器分別接收來自于環(huán)空和鉆柱內(nèi)的壓力波信號，利用濾波處理器4過濾環(huán)空壓力傳感器2和立管壓力傳感器3接收到的壓力波信號，利用弱信號放大器5對過濾后的弱信號進(jìn)行放大處理，最后利用數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)6計(jì)算壓力波從兩條路徑傳播到井口兩個傳感器的時間差，若經(jīng)過數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)6計(jì)算出環(huán)空壓力傳感器2和立管壓力傳感器1接收到井底MWD發(fā)射出的壓力波信號沒有足夠的時間差，表明井底未發(fā)生氣侵，則報警器7不發(fā)出預(yù)警或報警信號；若數(shù)據(jù)處理及實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)6計(jì)算出環(huán)空壓力傳感器2和立管壓力傳感器1接收到井底MWD發(fā)射出的壓力波信號存在時間差并達(dá)到預(yù)先設(shè)定的警戒值，表明井眼環(huán)空已發(fā)生氣侵，則報警器7發(fā)出預(yù)警或報警信號并發(fā)出指令讓現(xiàn)場人員采取措施，直到環(huán)空壓力傳感器2和立管壓力傳感器1接收到井底MWD發(fā)射出的壓力波信號的時間差低于警戒值。

本實(shí)施例涉及的井下壓力波發(fā)射器1為利用壓力脈沖傳遞信號的MWD。