技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于氣侵監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置，在石油與天然氣鉆探過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下氣侵的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)的目的。

背景技術(shù)：
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氣侵是在鉆井過程中，氣體侵入鉆井液中使鉆井液性能變壞的過程，氣侵對(duì)鉆井液柱壓力有一定的影響，并且氣侵的鉆井液在不同深度的密度是不同的，氣侵鉆井液接近地面時(shí)其密度才變得很小，所以即使地面鉆井液氣侵厲害，密度降低很多，但井底鉆井液柱壓力減少并不大；氣侵是引發(fā)井涌并直接導(dǎo)致井噴的主要因素和重要原因，所以，氣侵的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警是避免和預(yù)防井噴事故，實(shí)現(xiàn)安全鉆井的重要保證。

現(xiàn)有技術(shù)中，氣侵的監(jiān)測(cè)方法總體上分為兩類：一類是在地面或靠近井口的地方設(shè)置測(cè)量設(shè)備，通過監(jiān)測(cè)地面或近地面參數(shù)實(shí)現(xiàn)氣侵的監(jiān)測(cè)，包括鉆井液池液面氣侵監(jiān)測(cè)法、鉆井液返出流量計(jì)氣侵監(jiān)測(cè)法和聲波氣侵監(jiān)測(cè)法等，這類方法屬于間接判斷方法，發(fā)現(xiàn)氣侵的時(shí)間滯后，井深越大滯后時(shí)間越長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)氣侵的早期發(fā)現(xiàn)；另一類則是直接在井下放置設(shè)備，通過檢測(cè)井下參數(shù)實(shí)現(xiàn)氣侵的判斷，包括基于地層電阻率的氣侵監(jiān)測(cè)方法，這類方法是在產(chǎn)生氣侵的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)“早期”發(fā)現(xiàn)氣侵的目的。這些方法各有特點(diǎn)，但是使用時(shí)的局限性較大：通過測(cè)量地層電阻率來判斷是否發(fā)生氣侵的方法測(cè)量的對(duì)象不是受氣侵影響最明顯的鉆井液，并且需要使用隨鉆測(cè)井設(shè)備，成本較高，效果受到影響；通過測(cè)量井筒環(huán)空若干點(diǎn)的壓力獲得鉆井液密度變化并測(cè)量整個(gè)井筒聲波衰減特性的方法得到的特性參數(shù)是某個(gè)井段或整個(gè)井筒的；中國(guó)專利201610762964.9公開的一種基于環(huán)空壓差隨鉆測(cè)量的氣侵監(jiān)測(cè)裝置包括氣侵隨鉆監(jiān)測(cè)短節(jié)、中心處理器和計(jì)算機(jī)終端，氣侵隨鉆監(jiān)測(cè)短節(jié)兩端與鉆鋌和鉆桿相連，中心處理器兩端與氣侵監(jiān)測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)終端相連，計(jì)算機(jī)終端經(jīng)數(shù)據(jù)連接總線向中心處理器發(fā)出測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量信號(hào)經(jīng)鎧裝電纜傳輸?shù)綒馇蛛S鉆監(jiān)測(cè)短節(jié)，傳感器組立即進(jìn)行測(cè)量工作，得到對(duì)應(yīng)位置的壓力p、溫度t和深度h，計(jì)算得出實(shí)際鉆井液密度，若鉆井液實(shí)際密度與理論密度之差大于氣侵判別值，啟動(dòng)井控預(yù)防措施；中國(guó)專利201510046076.2公開的一種鉆井過程中氣侵早期監(jiān)測(cè)裝置包括井下監(jiān)測(cè)裝置、井上監(jiān)測(cè)裝置，井下監(jiān)測(cè)裝置對(duì)井筒環(huán)空流體的聲波衰減數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量并模數(shù)轉(zhuǎn)化，然后發(fā)送至井上監(jiān)測(cè)裝置，由井上監(jiān)測(cè)裝置對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，井下監(jiān)測(cè)裝置包括井下測(cè)量短節(jié)、矩形管、超聲波測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊、壓力測(cè)量模塊、供電鋰電池、數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)據(jù)上傳模塊和泥漿脈沖發(fā)生器，井上監(jiān)測(cè)裝置包括泥漿脈沖解碼器、井上數(shù)據(jù)分析及報(bào)警系統(tǒng)，泥漿脈沖解碼器通過數(shù)據(jù)傳輸線與井上數(shù)據(jù)分析及報(bào)警系統(tǒng)相連；中國(guó)專利201410370774.3公開的一種確定鉆井過程中氣侵類型的設(shè)備包括出口流量檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)井筒出口處的鉆井液流量，入口流量檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)井筒入口處的鉆井液流量，以及控制器，在井筒出口處的鉆井液流量變大，即出現(xiàn)氣侵的情況下，控制向井筒增加回壓，根據(jù)增加回壓一段時(shí)間之后所述井筒出口處的鉆井液流量和所述井筒入口處的鉆井液流量來確定所述氣侵的類型；中國(guó)專利201310216987.6公開的一種模擬氣井環(huán)空帶壓及氣侵過程的實(shí)驗(yàn)裝置包括空壓機(jī)(1)、氣體流量計(jì)(2)、橡膠軟管(3)、固定板(4)、閥門一(5)、下密封蓋(6)、下端進(jìn)氣筒(7)、巖心夾持筒(8)、橡膠套(9)、上端測(cè)壓筒(10)、標(biāo)尺(11)、壓力表(12)、閥門二(13)、上密封蓋(14)及中心柱(15)；其核心結(jié)構(gòu)在于中心筒，包括：巖心夾持筒(8)、橡膠套(9)、上密封蓋(14)、下密封蓋(6)、中心柱(15)、上端測(cè)壓筒(10)及下端進(jìn)氣筒(7)，空壓機(jī)(1)通過橡膠軟管(3)連接至下端進(jìn)氣筒(7)的支管，且沿途安裝有氣體流量計(jì)(2)和閥門一(5)，橡膠軟管(3)固定在具有一定高度的固定板(4)的凹槽內(nèi)，且固定板(4)的高度等于上端測(cè)壓筒(10)支管處的高度，下端進(jìn)氣筒(7)與巖心夾持筒(8)相連接，通過下密封蓋(6)對(duì)下端進(jìn)氣筒(7)密封，下密封蓋(6)和中心柱(15)為一整體結(jié)構(gòu)，巖心夾持筒(8)內(nèi)放置有橡膠套(9)，巖心夾持筒(8)的另一端與上端測(cè)壓筒(10)相連接，且上端測(cè)壓筒(10)有一對(duì)稱支管，一支管上安裝有閥門二(13)，另一支管上安裝有壓力表(12)，上端測(cè)壓筒(10)通過上密封蓋(14)進(jìn)行密封，在中心筒外的垂直方向上貼有標(biāo)尺(11)，用于測(cè)量液面的高度；這些設(shè)備或者裝置只有在氣侵比較嚴(yán)重時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，所以也不能實(shí)現(xiàn)真正意義的早期發(fā)現(xiàn)。因此，研發(fā)一種基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置，實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)氣侵，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，減除對(duì)隨鉆測(cè)井設(shè)備的依賴，降低生產(chǎn)成本，避免財(cái)產(chǎn)和人員損失，為安全鉆井提供可靠保證，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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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)一種基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置，實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)氣侵，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，減除對(duì)隨鉆測(cè)井設(shè)備的依賴，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)明涉及的基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括空心管、通孔、棱柱、倒角、凹槽、測(cè)量電路板、導(dǎo)線、電極、蓋板、電極緊固件、絕緣密封層、走線孔和螺釘；圓柱形結(jié)構(gòu)的空心管的圓心處開設(shè)有圓柱形結(jié)構(gòu)的通孔，空心管的圓周表面等間距設(shè)置有三個(gè)梯形斷面結(jié)構(gòu)的棱柱，棱柱在空心管的外表面分割出三個(gè)流道，棱柱的頂端和底端分別設(shè)置有倒角，相鄰棱柱之間的空心管的外表面向內(nèi)開設(shè)有矩形結(jié)構(gòu)的凹槽，凹槽的內(nèi)部設(shè)置有矩形板狀結(jié)構(gòu)的測(cè)量電路板，測(cè)量電路板通過圓柱形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線分別與6-10個(gè)電極的一端電連接，電極的另一端伸出覆蓋在凹槽外表面的弧形板狀結(jié)構(gòu)的蓋板并與蓋板的外表面平齊，電極位于凹槽中的一端通過電極緊固件與蓋板卡扣式連接，電極與蓋板之間的縫隙填充有絕緣密封層，凹槽的頂端開設(shè)有圓形結(jié)構(gòu)的走線孔，空心管通過蓋板上均勻布置的螺釘與蓋板連接。

本發(fā)明涉及的空心管為空心管狀結(jié)構(gòu)，便于井下使用；通孔的設(shè)置為鉆井液提供通道；棱柱用于分割空心管的外表面使三組電極相互獨(dú)立，防止三組電極之間的干擾，同時(shí)，棱柱在空心管的外表面分割出的三個(gè)流道對(duì)鉆井液形成導(dǎo)流作用，鉆井液對(duì)電極進(jìn)行沖刷，避免泥質(zhì)或其他固體覆蓋電極的表面，保證電極的測(cè)量精度；倒角能夠減輕棱柱的自重并使棱柱在井下的通過性增強(qiáng)；凹槽作為測(cè)量電路板、導(dǎo)線和電極的存儲(chǔ)空間；測(cè)量電路板上按照電學(xué)原理和電阻抗測(cè)量要求設(shè)置有電源部件和電路系統(tǒng)用于產(chǎn)生激勵(lì)電源并測(cè)量電極的電位；導(dǎo)線用于連接測(cè)量電路板和電極以及測(cè)量電路板和井下信號(hào)發(fā)射裝置；電極的外端與鉆井液直接接觸，用于傳遞激勵(lì)電流和測(cè)量電位，三組電極的設(shè)置提高了基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置的可靠性；蓋板的作用是保護(hù)、隔離和密封；電極緊固件用于加固電極與蓋板的連接；絕緣密封層使電極與蓋板之間達(dá)到絕緣和密封的效果；走線孔用于布設(shè)電路導(dǎo)線，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量電路板與井下信號(hào)發(fā)射裝置的連接，以使測(cè)量電路板測(cè)量到的電位數(shù)據(jù)傳遞給井下信號(hào)發(fā)射裝置；螺釘便于空心管與蓋板的連接。

本發(fā)明涉及的基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置實(shí)現(xiàn)油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)的具體工藝過程為：在靠近鉆頭或井下動(dòng)力鉆具的地方將基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置與鉆具連接，使電極與井筒鉆井液接觸，再將基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置與位于井下的井下信號(hào)發(fā)射裝置連接，信號(hào)發(fā)射裝置與位于地面的信號(hào)接收裝置以無線方式連接，最后將信號(hào)接收裝置與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)連接；測(cè)量時(shí)，依次對(duì)兩個(gè)棱柱之間的一組電極施加電流激勵(lì)，在鉆井液中建立電場(chǎng)，施加激勵(lì)的過程為，將一個(gè)電極固定為電源激勵(lì)的一極，然后依次將其他電極作為電源的另一極，直到所有電極使用完畢，施加激勵(lì)的同時(shí)測(cè)量其他未激勵(lì)電極上的電位數(shù)據(jù)，基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置將測(cè)量到的電位數(shù)據(jù)發(fā)送給信號(hào)發(fā)射裝置，然后由信號(hào)發(fā)射裝置發(fā)送至地面信號(hào)接收裝置，地面信號(hào)接收裝置接收電位數(shù)據(jù)后傳送給數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)通過其中的電阻抗計(jì)算和成像軟件對(duì)電位數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和成像，基于氣侵氣體電阻抗與鉆井液電阻抗之間存在差異的原理，氣侵發(fā)生時(shí)，氣侵處的鉆井液的電阻抗值發(fā)生變化，另外在圖像中，氣體與鉆井液以不同的顏色或不同深度的顏色呈現(xiàn)，綜合利用計(jì)算得到的電阻抗值和圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)氣侵是否發(fā)生與氣侵程度的判斷。

本發(fā)明涉及的井下信號(hào)發(fā)射裝置、地面信號(hào)接收裝置、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)均為市售產(chǎn)品；電阻抗的計(jì)算和成像軟件能夠利用現(xiàn)有技術(shù)中的成熟算法。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)：一是綜合利用電阻抗測(cè)量和成像的方法，基于鉆井液與氣體之間電阻抗的巨大差異這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)氣侵的判別，鉆井液與氣體之間電阻抗的差異在任何井深、壓力和溫度環(huán)境下都存在，所以，其適用性更強(qiáng)，判別結(jié)果更準(zhǔn)確，而且不易發(fā)生誤判；二是基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置獲得的是井筒某處鉆井液的電阻抗及其分布情況，其反映的是該“點(diǎn)”處的氣侵狀況，而不是整個(gè)井筒或者某個(gè)井段的綜合氣侵情況，所以，判斷結(jié)果更及時(shí)，更具有“早期”發(fā)現(xiàn)的特征；三是通過周向均布的多組電極能夠獲得井筒周向上不同位置處的氣體含量，適用于氣體在周向上分布不均的情況；另外，當(dāng)其中一組甚至兩組電極或其電路部分出現(xiàn)故障時(shí)，不影響整個(gè)基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置發(fā)揮作用，所以，進(jìn)一步提高了測(cè)量的可靠性；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量原理科學(xué)合理，操作便利，實(shí)用性好，使用環(huán)境友好，通用性強(qiáng)，安全可靠，能夠更加準(zhǔn)確、及時(shí)和可靠地發(fā)現(xiàn)氣侵，利用市售的mwd設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)氣侵的早期監(jiān)測(cè)和發(fā)現(xiàn)，具有監(jiān)測(cè)成本低和適用性強(qiáng)的有益效果，易于推廣使用。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3為本發(fā)明的a軸剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4為本發(fā)明的b軸剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5為本發(fā)明的凹槽剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖6為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例：

本實(shí)施例涉及的基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括空心管1、通孔2、棱柱3、倒角4、凹槽5、測(cè)量電路板6、導(dǎo)線7、電極8、蓋板9、電極緊固件10、絕緣密封層11、走線孔12和螺釘13；圓柱形結(jié)構(gòu)的空心管1的圓心處開設(shè)有圓柱形結(jié)構(gòu)的通孔2，空心管1的圓周表面等間距設(shè)置有三個(gè)梯形斷面結(jié)構(gòu)的棱柱3，棱柱3在空心管1的外表面分割出三個(gè)流道，棱柱3的頂端和底端分別設(shè)置有倒角4，相鄰棱柱3之間的空心管1的外表面向內(nèi)開設(shè)有矩形結(jié)構(gòu)的凹槽5，凹槽5的內(nèi)部設(shè)置有矩形板狀結(jié)構(gòu)的測(cè)量電路板6，測(cè)量電路板6通過圓柱形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線7分別與6-10個(gè)電極8的一端電連接，電極8的另一端伸出覆蓋在凹槽5外表面的弧形板狀結(jié)構(gòu)的蓋板9并與蓋板9的外表面平齊，電極8位于凹槽5中的一端通過電極緊固件10與蓋板9卡扣式連接，電極8與蓋板9之間的縫隙填充有絕緣密封層11，凹槽5的頂端開設(shè)有圓形結(jié)構(gòu)的走線孔12，空心管1通過蓋板9上均勻布置的螺釘13與蓋板9連接。

本實(shí)施例涉及的空心管1為空心管狀結(jié)構(gòu)，便于井下使用；通孔2的設(shè)置為鉆井液提供通道；棱柱3用于分割空心管1的外表面使三組電極8相互獨(dú)立，防止三組電極8之間的干擾，同時(shí)，棱柱3在空心管1的外表面分割出的三個(gè)流道對(duì)鉆井液形成導(dǎo)流作用，鉆井液對(duì)電極8進(jìn)行沖刷，避免了泥質(zhì)或其他固體覆蓋電極8的表面，保證了電極8的測(cè)量精度；倒角4能夠減輕棱柱3的自重并使棱柱3在井下的通過性更好；凹槽5作為測(cè)量電路板6、導(dǎo)線7和電極8的存儲(chǔ)空間；測(cè)量電路板6上按照電學(xué)原理和電阻抗測(cè)量要求設(shè)置有電源部件和電路系統(tǒng)用于產(chǎn)生激勵(lì)電源并測(cè)量電極8的電位；導(dǎo)線7用于連接測(cè)量電路板6和電極8以及測(cè)量電路板6和井下信號(hào)發(fā)射裝置；電極8的外端與鉆井液直接接觸，用于傳遞激勵(lì)電流和測(cè)量電位，三組電極8的設(shè)置提高了基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置的可靠性；蓋板9的作用是保護(hù)、隔離和密封；電極緊固件10用于加固電極8與蓋板9的連接；絕緣密封層11使電極8與蓋板9之間達(dá)到絕緣和密封的效果；走線孔12用于布設(shè)電路導(dǎo)線，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量電路板6與井下信號(hào)發(fā)射裝置的連接，以使測(cè)量電路板6測(cè)量到的電位數(shù)據(jù)傳遞給井下信號(hào)發(fā)射裝置；螺釘13便于空心管1與蓋板9的連接。

本實(shí)施例涉及的基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置實(shí)施油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)的具體工藝過程為：在靠近鉆頭或井下動(dòng)力鉆具的地方將基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置與鉆具連接，使電極與井筒鉆井液接觸，再將基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置與位于井下的井下信號(hào)發(fā)射裝置連接，信號(hào)發(fā)射裝置與位于地面的信號(hào)接收裝置以無線方式連接，最后將信號(hào)接收裝置與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)連接；測(cè)量時(shí)，依次對(duì)兩個(gè)棱柱3之間的一組電極8施加電流激勵(lì)，在鉆井液中建立電場(chǎng)，施加激勵(lì)的過程為，將一個(gè)電極8固定為電源激勵(lì)的一極，然后依次將其他電極8作為電源的另一極，直到所有電極8使用完畢，施加激勵(lì)的同時(shí)測(cè)量其他未激勵(lì)電極8上的電位數(shù)據(jù)，基于電阻抗測(cè)量的油氣鉆井氣侵早期發(fā)現(xiàn)裝置將測(cè)量到的電位數(shù)據(jù)發(fā)送給信號(hào)發(fā)射裝置，然后由信號(hào)發(fā)射裝置發(fā)送至地面信號(hào)接收裝置，地面信號(hào)接收裝置接收電位數(shù)據(jù)后傳送給數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)通過其中的電阻抗計(jì)算和成像軟件對(duì)電位數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和成像，基于氣侵氣體電阻抗與鉆井液電阻抗之間存在差異的原理，氣侵發(fā)生時(shí)，氣侵處的鉆井液的電阻抗值發(fā)生變化，另外在圖像中，氣體與鉆井液以不同的顏色或不同深度的顏色呈現(xiàn)，綜合利用計(jì)算得到的電阻抗值和圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)氣侵是否發(fā)生與氣侵程度的判斷。

本實(shí)施例涉及的井下信號(hào)發(fā)射裝置、地面信號(hào)接收裝置、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)均為市售產(chǎn)品；電阻抗的計(jì)算和成像軟件能夠利用現(xiàn)有技術(shù)中的成熟算法。